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GB/T 1449-2005 纖維增強塑料彎曲性能試驗方法

一、標準概述


GB/T 1449-2005《纖維增強塑料彎曲性能試驗方法》由國家質檢總局發布于 2005 年 5 月 18 日,并于 2005 年 12 月 1 日實施。在中國標準分類中歸屬于 Q23 纖維增強復合材料,在國際標準分類中歸屬于 83.120 增強塑料。
該標準引用了 GB/T 1446-2005《纖維增強塑料性能試驗方法總則》。其適用范圍廣泛,適用于測定纖維增強塑料的彎曲強度、彎曲彈性模量、規定撓度下的彎曲應力以及彎曲載荷 - 撓度曲線。
纖維增強塑料作為一種重要的材料,在航空航天、汽車制造、建筑等多個領域都有廣泛應用。而 GB/T 1449-2005 標準的制定,為纖維增強塑料的彎曲性能測試提供了科學、規范的方法,確保了測試結果的準確性和可靠性。通過該標準的實施,可以更好地評估纖維增強塑料在不同應用場景下的性能表現,為產品的設計、制造和質量控制提供有力依據。同時,也有助于推動纖維增強塑料行業的技術進步和發展,提高我國在該領域的國際競爭力。

二、試驗要素詳解


(一)試樣要求

GB/T 1449 將試樣分成纖維增強熱塑性塑料和纖維增強熱固性塑料兩大類。對于纖維增強熱塑性塑料,根據試樣厚度選擇不同的試樣寬度,隨著試樣厚度的增加,其寬度也不斷增加;試樣最小長度為試樣厚度的 20 倍。對于纖維增強熱固性塑料同樣如此。
GB/T 1449 對仲裁試樣的規定與常規試樣有所不同,對試樣厚度和寬度都進行了限定。仲裁試樣的厚度和寬度要求更加嚴格,以確保在爭議情況下測試結果的準確性。

(二)試驗設備

萬能試驗機的要求,包括載荷精度和橫梁移動速率等。GB/T 1449 - 2005 中試驗機要求符合 GB/T 1446 - 2005 要求。試驗機的載荷精度要求控制在 ±1%以內。機械式和油壓式試驗機適用噸位的選擇應使施加載荷落在滿載的 10%~90%(盡量落在滿載的一邊),且不小于試驗機噸位的 4%。試驗機橫梁能以恒定速率移動,當試驗速率不大于 10mm?min - 1 時,誤差不應超過 20%,當試驗速率大于 10mm?min - 1 時,誤差不應超過 10%。

彎曲裝置的要求,如加載上壓頭和支座圓柱半徑等。GB/T 1449 規定加載上壓頭為圓柱面,其半徑 R = 5mm。支座圓柱半徑根據試樣厚度要求分成兩類:①試樣厚度 h>3mm 時,r = (2±0.2) mm;試樣厚度 h≤3mm 時,r = (0.5±0.2) mm,若試樣出現明顯的支座壓痕,r 應改為 2mm。

(三)試驗條件

跨厚比規定,對比 GB/T 1449 和 ASTM D7264 對跨距的不同要求。GB/T 1449 推薦跨距 l 按照試樣厚度 h 換算得到 l = (16±1) h。對于很厚的試樣,為避免層間剪切破壞,跨厚比 l/h 可取 32∶1 和 40∶1;對于很薄的試樣,為使其載荷落在試驗機許可的載荷容量范圍內,跨厚比 l/h 可取 10∶1。而 ASTM D7264 推薦試樣的跨厚比 l/h 為 32∶1,跨距 l = 32h。并且 ASTM D7264 可以在報告中注明的情況下選擇其他跨厚比,如 16∶1,20∶1,40∶1,60∶1。

試驗溫度及環境穩定性要求。一般試驗在 10℃ - 35℃的室溫范圍內進行。對要求在控制條件下進行的試驗,試驗溫度應為 23℃±5℃。穩定的試驗溫度有助于確保測試結果的準確性和可重復性。

試驗速率,常規和仲裁試驗速率的差異。GB/T 1449 中規定:常規彎曲試驗速率為 10mm?min - 1,仲裁彎曲試驗速率為 h/2mm?min - 1。不同的試驗速率適用于不同的測試需求,以滿足對纖維增強塑料彎曲性能的全面評估。

三、測試流程步驟


(一)設備準備

萬能試驗機的校準是確保測試準確性的關鍵步驟。根據標準要求,選擇傳感器容量為 10kN 的萬能試驗機,并進行嚴格校準,以保證其測量的載荷精度控制在 ±1%以內。同時,確保試驗機橫梁能以恒定速率移動,當試驗速率不大于 10mm?min - 1 時,誤差不應超過 20%,當試驗速率大于 10mm?min - 1 時,誤差不應超過 10%。

安裝標準塑料三點彎曲夾具。夾具的安裝要牢固可靠,確保在測試過程中不會出現松動或位移,影響測試結果。加載上壓頭應為圓柱面,其半徑 R = 5mm。支座圓柱半徑根據試樣厚度要求進行選擇,當試樣厚度 h>3mm 時,r = (2±0.2) mm;試樣厚度 h≤3mm 時,r = (0.5±0.2) mm,若試樣出現明顯的支座壓痕,r 應改為 2mm。

準備位移計,設置量程為 10mm,分辨率為 0.1μm。位移計的精度對于準確測量試樣的撓度變化至關重要,能夠為評估材料的彎曲性能提供關鍵數據。

(二)樣品準備

選取三組玻纖增強型塑料樣品。在選取樣品時,應確保樣品具有代表性,能夠反映出該批次材料的整體性能。將樣品分別安裝于三點彎曲夾具上,確保固定牢固。安裝過程中要注意樣品的位置和方向,保證測試時載荷能夠均勻地施加在樣品上。

(三)測試步驟

彈性模量測試

設定試驗速度為 2mm/min。這個速度能夠較為準確地測量材料在彈性階段的性能變化。

啟動試驗機,對樣品施加垂直負荷。在加載過程中,要密切觀察試驗機的載荷變化和樣品的變形情況。

使用位移計實時測量樣品的撓度變化。位移計能夠精確地記錄樣品在不同載荷下的撓度值,為計算彎曲彈性模量提供數據支持。

屈服后處理

當樣品屈服后,停止試驗并卸下位移計。此時,樣品已經進入塑性變形階段,繼續使用位移計可能會影響測試結果的準確性。

調整試驗機橫梁速度至 10mm/min。加快加載速度,以獲取樣品的斷裂載荷和變形數據。

數據記錄和結果分析

在整個測試過程中,記錄位移計測得的撓度數據,以及試驗機的負荷與位移數據。這些數據將用于計算材料的彎曲強度、彎曲彈性模量等性能指標。

分析各組樣品的測試結果,確保數據的精確性和可重復性。可以通過計算平均值、標準差等統計參數,對測試結果進行評估。同時,與標準要求進行對比,判斷材料的彎曲性能是否符合相關標準。

四、標準對比與應用


(一)GB/T 1449 與 ASTM D7264 差異對比

適用范圍:GB/T 1449 對應于 ISO 14125,適用于測定纖維增強塑料(包括熱塑性和熱固性塑料)的彎曲強度、彎曲彈性模量、規定撓度下的彎曲性能,只可采用三點彎曲試驗方法,且適用范圍不包括長跨距、大尺寸的長梁四點彎曲。而 ASTM D7264 適用于測試聚合物基復合材料的彎曲剛度和強度性能,可采用三點和四點彎曲加載系統,適用范圍更廣。

原理:兩者彎曲性能測試均采用無約束支撐,以恒定的加載速率使試樣破壞或達到預定的撓度值,并測量記錄試樣施加的力值和試樣產生的撓度。但四點和三點彎曲加載方式的最大差別在于最大彎矩和最大彎曲應力點的位置不同。采用四點彎曲加載方式時,最大彎矩位置在兩個支座的中心位置,而最大彎曲應力位于兩個加載頭的下方。三點彎曲的最大彎矩和最大彎曲應力位置都在支座的中心位置。

設備要求

試樣規定:GB/T 1449 將試樣分成纖維增強熱塑性塑料和纖維增強熱固性塑料兩大類,根據試樣厚度選擇不同的試樣寬度,試樣最小長度為試樣厚度的 20 倍,對仲裁試樣的厚度和寬度都進行了限定。ASTM D7264 中規定,標準彎曲試樣的厚度為 4mm,寬度為 13mm,跨厚比為 32∶1,長度為 1.2 倍跨距長度。同時規定,對于無法滿足標準厚度的材料體系,可以采用其他厚度尺寸代替,但是要保證跨厚比為 32∶1,試樣寬度尺寸為 13mm。

(二)標準在不同領域的應用實例

玻纖增強塑料三點彎曲試驗:在航空航天、鐵道鐵路、建筑裝飾等領域,玻纖增強塑料得到廣泛應用。如在航空領域,玻纖增強塑料的彎曲性能直接關系到飛機部件的強度和可靠性。采用 GB/T 1449 - 2005 標準進行三點彎曲試驗,通過在樣品中央施加垂直負荷,并使用高精度位移計測量撓度,以評估材料的彎曲應力和彎曲模量。在試驗過程中,嚴格按照標準要求選擇和校準萬能試驗機,安裝標準塑料三點彎曲夾具,并準備位移計。選取具有代表性的玻纖增強型塑料樣品,安裝于夾具上確保固定牢固。通過設定不同的試驗速度,分別進行彈性模量測試和屈服后處理,記錄試驗過程中的撓度數據、試驗機的負荷與位移數據,分析計算材料的彎曲性能指標,為航空航天領域的材料選擇和設計提供重要依據。

金屬管彎曲試驗:雖然 GB/T 1449 - 2005 主要適用于纖維增強塑料,但在某些情況下,其測試原理和方法也可以為金屬管的彎曲試驗提供參考。例如,在建筑領域的金屬管道安裝中,需要對金屬管的彎曲性能進行測試,以確保其在實際使用中的可靠性。可以借鑒 GB/T 1449 中的設備要求和試驗步驟,選擇合適的試驗機和夾具,設定合理的試驗參數,對金屬管進行彎曲試驗。通過測量金屬管在彎曲過程中的載荷和變形,計算其彎曲強度和彈性模量等性能指標,為金屬管的質量控制和工程應用提供數據支持。

五、總結與展望


GB/T 1449-2005《纖維增強塑料彎曲性能試驗方法》在纖維增強塑料領域具有至關重要的地位。該標準為纖維增強塑料的彎曲性能測試提供了詳細、科學且規范的指導,確保了測試結果的準確性和可靠性。
通過對試樣要求、試驗設備、試驗條件以及測試流程步驟的嚴格規定,GB/T 1449-2005 使得不同實驗室、不同生產廠家之間的測試結果具有可比性,為纖維增強塑料在各個領域的應用提供了堅實的技術支持。例如,在航空航天領域,確保了飛機部件的強度和可靠性;在汽車制造領域,提高了汽車零部件的性能和安全性;在建筑領域,為新型建筑材料的研發和應用提供了保障。
展望未來,隨著纖維增強塑料技術的不斷發展和應用領域的不斷拓展,GB/T 1449-2005 也將面臨新的挑戰和機遇。一方面,隨著新材料的不斷涌現,可能需要對標準進行進一步的修訂和完善,以適應不同類型纖維增強塑料的測試需求。例如,對于一些高性能纖維增強塑料,可能需要更加精確的測試方法和設備要求。另一方面,隨著科技的進步,測試技術也將不斷創新。例如,自動化測試設備的應用、在線監測技術的發展等,都將為纖維增強塑料的彎曲性能測試帶來新的可能性。
此外,國際間的技術交流與合作也將越來越頻繁。GB/T 1449-2005 可以與國際標準進一步接軌,提高我國在纖維增強塑料領域的國際影響力。同時,通過與其他國家的標準對比和交流,可以借鑒先進的測試技術和經驗,不斷提升我國纖維增強塑料彎曲性能測試的水平。
總之,GB/T 1449-2005 在纖維增強塑料領域發揮著重要的作用,未來它將繼續為纖維增強塑料的發展和應用提供有力的支持,推動我國纖維增強塑料行業不斷向前發展。


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