GBT 1458-2023 纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣力學性能試驗方法

纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣力學性能試驗方法Testmethodformechanicalpropertiesofringoffilament-winding2023-09-07發(fā)布國家標準化管理委員會I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T1458—2008《纖維纏繞增強塑料環(huán)形試樣力學性能試驗方法》,與GB/T1458—2008相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動外，主要技術(shù)變化如下：——增加了拉伸試驗的適用范圍(見第1章);——增加了纖維纏繞增強復合材料管制樣的要求(見5.5);——增加了纖維纏繞增強復合材料管試樣的型式和尺寸(見5.6.2);——增加了剪切試驗夾具上壓頭半徑公差和表面硬度的規(guī)定(見6.2.3);——增加了剪切試驗的典型破壞形式(見6.3.5);——刪除了“拉伸試樣尺寸”圖(見2008年版的圖8);——增加了拉伸試驗Ⅱ型夾具(見7.2.3);——增加了纖維纏繞增強復合材料管試樣的加載速度(見7.2.4);——增加了纖維纏繞增強復合材料管試樣尺寸測量的規(guī)定(見7.3.3);——增加了夾具上安裝纖維纏繞增強復合材料管試樣的規(guī)定(見7.3.4)。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由中國建筑材料聯(lián)合會提出。本文件由全國纖維增強塑料標準化技術(shù)委員會(SAC/TC39)歸口。本文件起草單位：哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司、哈爾濱石油學院、北京玻鋼院檢測中心有限公司、黑龍江省科學院石油化學研究院。本文件及其所代替文件的歷次版本發(fā)布情況為：——1978年首次發(fā)布為GB/T1458—1978《纖維纏繞增強塑料環(huán)形試樣拉伸試驗方法》,1988年第一次修訂?！?008年第二次修訂時，并入了GB/T1461—1988《纖維纏繞增強塑料環(huán)形試樣剪切試驗方法》(1978年首次發(fā)布為GB/T1461—1978《纖維纏繞增強塑料環(huán)形試樣剪切試驗方法》,1988年第一次修訂)、GB/T2578—1989《纖維纏繞增強塑料環(huán)形試樣制作方法》(1981年首次發(fā)布為《纖維纏繞增強塑料環(huán)形試樣制作方法》,1989年第一次修訂)的內(nèi)容?！敬螢榈谌涡抻?。1纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣力學性能試驗方法1范圍本文件規(guī)定了纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣力學性能試驗的方法原理、試樣制作、剪切試驗、拉伸試驗和試驗報告。本文件適用于測定單向纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣的層間剪切強度、拉伸強度、拉伸彈性模量、纖維拉伸強度，以及纖維纏繞增強復合材料管的環(huán)向拉伸強度。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T1446纖維增強塑料性能試驗方法總則GB/T2577玻璃纖維增強塑料樹脂含量試驗方法GB/T3855碳纖維增強塑料樹脂含量試驗方法3術(shù)語和定義本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。4方法原理4.1試樣制作方法單向纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣采用單環(huán)纏繞法或圓筒切環(huán)法制作，此兩種方法可采用濕法纏繞或預浸法纏繞，兩種纏繞工藝分別見圖1和圖2。纖維纏繞增強復合材料管試樣是直接從纖維纏繞增強復合材料管上切割下環(huán)形試樣，再進行機械加工制作。標引序號說明：2——干燥箱；3——干紗張力輥；4——膠槽；標引序號說明：1——預浸帶團；2——張力裝置；3——導絲孔；4——模具。5——擠膠輥；6——張力裝置；7——導絲孔；8——模具。圖1濕法纏繞示意圖圖2預浸法纏繞示意圖3單環(huán)纏繞法按規(guī)定的試樣內(nèi)徑尺寸，用單環(huán)模具在纏繞機上繞制，經(jīng)固化、外表面加工、脫模，制作環(huán)形試樣。圓筒切環(huán)法按規(guī)定的試樣內(nèi)徑尺寸，用圓筒芯模在纏繞機上繞成圓筒，經(jīng)固化、外表面加工、脫模、4.2剪切試驗方法試樣采用三點彎曲的加載方式，以規(guī)定的加載速率施加載荷，直至試樣破壞，記錄破壞載荷，計算剪切強度。4.3拉伸試驗方法將試樣裝在試驗機的拉力盤上，以規(guī)定的加載速率施加拉伸載荷，直至試樣破壞，記錄破壞載荷，計算拉伸強度等。5試樣制作5.1設(shè)備纏繞機由紗架、膠槽、張力控制裝置、導絲孔和驅(qū)動機構(gòu)等部分組成。5.1.2模具和芯模單環(huán)模具見圖3。圓筒切環(huán)法的芯模兩端應(yīng)留有適當?shù)慕虞S，以利于模具裝配到纏繞機上?？刹捎煤线m的壓機。固化裝置應(yīng)具有適當?shù)目煽氐臏囟确秶?，溫度控制精度為?℃。4單位為毫米標引序號說明：1——外模；2—-中模。圖3單環(huán)模具示意圖5.2原材料的貯存和處理條件纖維、樹脂和固化劑等原材料應(yīng)按技術(shù)要求進行驗收和貯存。5.2.2.1纖維在纏繞前應(yīng)進行干燥處理。玻璃纖維置于(80±2)℃的烘箱內(nèi)，干燥8h。在不影響表面處理劑條件下，可采用(105±2)℃,干燥2h。制備環(huán)形試樣時，纖維經(jīng)干燥處理后，放置環(huán)境的相對濕度不大于65%。5.2.2.2碳纖維和芳綸纖維置于105℃~120℃的烘箱內(nèi)，至少干燥2h。將處理后的纖維置于溫度保持在70℃~80℃的烘箱內(nèi)。5.3濕法纏繞工藝制樣把處理干凈的模具或芯模涂上脫模劑。紗團置于紗架上，纖維從紗團拉出時，保持捻度不變，并施加輕微的張力，以防其晃動。纖維從紗團引出，經(jīng)過導輥，進入有加熱裝置的膠槽。纖維從膠槽拉出時，在盡量減少纖維磨損的情況下，用擠膠輥或刮膠板等裝置將多余的膠除去。5把浸過膠的纖維經(jīng)過一系列導輥，對纖維施加所需的張力。纏繞張力：玻璃纖維為纖維斷裂強力的5%～8%;芳綸纖維為纖維斷裂強力的3%～4%;碳纖維按工藝要求，以不使纖維損壞為宜。纖維排布應(yīng)均勻，不應(yīng)有堆積、離縫等現(xiàn)象。使纖維浸漬均勻，張力穩(wěn)定，纏繞速度以不大于60r/min為宜(線速度則為28m/min)。環(huán)形試樣纏繞完畢后，按規(guī)定的固化制度進行固化。同批繞制的環(huán)形試樣固化前存放時間不應(yīng)超固化后的單環(huán)試樣，先卸去兩側(cè)外模，串在一起用磨削或精車進行表面加工。加工后，用壓機脫去中模。固化后的圓筒，先磨削或精車進行表面加工，再切環(huán)脫模。5.4預浸法纏繞工藝制樣預浸法制備試樣的程序與濕法纏繞工藝基本相同，但模具的預熱溫度及預浸帶的烘烤條件、纏繞張力、纏繞速度等，需按預浸帶規(guī)定的技術(shù)條件確定。5.5纖維纏繞增強復合材料管制樣試樣直接從纖維纏繞增強復合材料管上切割，再進行機械加工，兩個縮減面在相距180°的位置，橫斷面在相對于試樣寬度的中心位置。5.6試樣的型式和尺寸5.6.1濕法纏繞或預浸法纏繞制作的試樣，分別為剪切試樣和單向拉伸試樣兩種型式，見表1和圖4。5.6.2纖維纏繞增強復合材料管制作的試樣，縮減面半徑r不小于9mm,縮減面最小寬度l不小于14mm,試樣寬度L不小于23mm,見圖5。表1試樣規(guī)格單位為毫米型式尺寸Dbh單向拉伸試樣6標引序號說明：D——內(nèi)徑；b——寬度；h——厚度。圖4濕法纏繞或預浸法纏繞試樣標引序號說明：r——縮減面半徑；l——縮減面最小寬度；L——試樣寬度。圖5纖維纏繞增強復合材料管試樣6剪切試驗6.1剪切試樣剪切試樣尺寸見圖6。試樣長度L:玻璃纖維增強復合材料為21mm～30mm,碳纖維和芳綸纖維7增強復合材料為18mm～21mm。單位為毫米圖6剪切試樣尺寸試樣制作按第5章的規(guī)定。剪切試樣由環(huán)形試樣徑向切取，且等量地由3個環(huán)中切取。每組試樣不少于9個，并保證同批有9個有效試樣。6.2試驗條件實驗室環(huán)境條件按GB/T1446的規(guī)定。試驗設(shè)備按GB/T1446的規(guī)定。剪切試驗夾具應(yīng)有允許試樣自由伸長的滑動支座和自動對中的裝置，見圖7。上壓頭半徑為(3士0.25)mm,硬度為(60～62)HRC,表面精細，無壓痕和毛刺?；瑒又ёg距l(xiāng):玻璃纖維增強復合材料為20mm,碳纖維和芳綸纖維增強復合材料為11mm,見圖8。81——試樣；3——滑動支座；4——保證加載方向的滑槽；5——加載桿；6——鍵；7——支座滑動軸承；9——底座。圖7剪切試驗夾具標引序號說明：2—-試樣；3——上壓頭；l——滑動支座間距。圖8試樣加載簡圖96.2.4加載速度加載速度為1mm/min～2mm/min。6.3試驗步驟6.3.1試樣檢查按GB/T1446的規(guī)定。6.3.2試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)按GB/T1446的規(guī)定。6.3.3將試樣編號。在試樣中部和兩端共三處，測量試樣的寬度和厚度，取算術(shù)平均值。測量精確到0.01mm。6.3.4將試樣凸面向上放在支座上，上壓頭與試樣接觸的軸線垂直于試樣長度方向，見圖8。6.3.5均勻、連續(xù)地對試樣施加載荷，記錄破壞載荷。若試樣破壞后，失效形式為彎曲、擠壓等非層間剪切破壞時，則該試樣予以作廢。剪切試驗的典型破壞形式見圖9。a)層間剪切破壞b)彎曲-壓縮破壞c)彎曲-拉伸破壞d)擠壓形變圖9剪切試驗的典型破壞形式6.4計算層間剪切強度按公式(1)計算：式中：r,——層間剪切強度，單位為兆帕(MPa);pu——破壞載荷，單位為牛頓(N);b——試樣寬度，單位為毫米(mm);h——試樣厚度，單位為毫米(mm)。6.5試驗結(jié)果試驗結(jié)果按GB/T1446的規(guī)定。7拉伸試驗7.1拉伸試樣7.1.1試樣尺寸拉伸試樣尺寸按5.6的規(guī)定。試樣制作按第5章的規(guī)定。每組試樣不少于5個，并保證同批有5個有效試樣。7.2試驗條件7.2.1實驗室環(huán)境實驗室環(huán)境條件按GB/T1446的規(guī)定。試驗設(shè)備按GB/T1446的規(guī)定。拉伸試驗的夾具見圖10。單向纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣采用I型夾具；纖維纏繞增強復合材料管試樣采用Ⅱ型夾具，拉力盤寬度應(yīng)大于試樣寬度，直徑與試樣內(nèi)徑相近。單位為毫米標引序號說明：1——定位銷；2——取環(huán)孔；3——盤體；4——擋環(huán)凸輪。a)I型夾具圖10拉伸夾具圖b)Ⅱ型夾具圖10拉伸夾具圖(續(xù))單向纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣的加載速度：玻璃纖維增強復合材料為3mm/min~5mm/min;碳纖維和芳綸纖維增強復合材料為2mm/min～3mm/min。纖維纏繞增強復合材料管試樣的加載速度為2.5mm/min～12.5mm/min。7.3試驗步驟7.3.1試樣檢查按GB/T1446的規(guī)定。7.3.2試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)按GB/T1446的規(guī)定。7.3.3將試樣編號。單向纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣是通過試樣圓心劃一直線交于環(huán)的兩側(cè)，并在該處測量試樣的寬度和厚度，每側(cè)各測量兩點，取算術(shù)平均值；纖維纏繞增強復合材料管試樣是測量兩縮減面的最小寬度和厚度。測量精確到0.01mm。7.3.4將試樣裝在夾具上。單向纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣的劃線處或纖維纏繞增強復合材料管試樣的縮減面處對準拉力盤的縫隙處，試樣與夾具的接觸表面要加以潤滑。7.3.6單向纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣測量拉伸彈性模量按附錄A的規(guī)定進行測定。7.3.7玻璃纖維試樣的纖維體積含量測定按GB/T2577的規(guī)定；碳纖維試樣的纖維體積含量測定按GB/T3855的規(guī)定。7.4計算7.4.1拉伸強度拉伸強度按公式(2)計算：……………GB/T1458—20237.4.2單向纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣的拉伸彈性模量拉伸彈性模量計算按附錄A的規(guī)定進行。7.4.3單向纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣的纖維拉伸強度纖維拉伸強度按公式(3)計算：b——試樣寬度，單位為毫米(mm);V?——纖維體積含量，%。7.5試驗結(jié)果試驗結(jié)果按GB/T1446的規(guī)定。8試驗報告試驗報告應(yīng)包括下列內(nèi)容：a)試驗項目名稱及本文件編號；b)原材料的品種及規(guī)格；c)環(huán)形試樣制作時的環(huán)境溫度和相對濕度；e)模具材料；j)試驗設(shè)備及儀器儀表的型號、量程及使用情況等；及離散系數(shù)；(規(guī)范性)單向纖維纏繞增強復合材料環(huán)形試樣拉伸彈性模量的測定A.1應(yīng)變片法A.1.1在試樣上按圖A.1粘貼應(yīng)變片。標引序號說明：2——試樣；圖A.1粘貼應(yīng)變片位置示意圖A.1.2加載速度可按方便測量和讀取變形而選取。A.1.3安裝好測量變形儀表。施加初載(約破壞載荷的5%),檢查儀表；以一定間隔施加載荷(破壞載荷的30%～50%),記錄應(yīng)變。有自動記錄裝置時，可連續(xù)加載。A.1.4繪制載荷-應(yīng)變曲線。A.1.5拉伸彈性模量按公式(A.1)計算：式中：E