GBT 47972-2026《拉擠板復合組件I型層間斷裂韌性GIC的測定》

拉擠板復合組件I型層間斷裂韌性GIc的測定本文件描述了用雙懸臂梁(DCB)試樣測定拉擠板復合組件I型層間斷裂韌性G?c的方法概述，規(guī)定了儀器設備、輔助材料、試樣、試驗步驟、數(shù)據(jù)分析和試驗報告。本文件適用于拉擠板-拉擠板復合組件和拉擠板-層合板復合組件。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。1446纖維增強塑料性能試驗方法總則3961纖維增強塑料術語28891纖維增強塑料復合材料單向增強材料I型層間斷裂韌性G?c的測定3術語和定義拉擠板-拉擠板復合組件pultrudedplate-pultrudedplateassembly兩層拉擠板之間采用樹脂，或樹脂和導流織物，或膠黏劑，或預浸料等作為黏結(jié)層制得的復合組件。拉擠板-層合板復合組件pultrudedplate-laminateassembly將織物或預浸料和拉擠板按一定的鋪層順序進行鋪設，然后采用真空樹脂傳遞模塑(VRTM)或真空袋壓等方式制得的復合組件。I型層間斷裂韌性modeIinterlaminarfracturetoughness在I型張開的載荷下，拉擠板復合組件對分層裂紋起始及擴展的阻抗。2a)拉擠板-拉擠板復合組件b)拉擠板-層合板復合組件2——黏結(jié)層(樹脂，或樹脂和導流織物，或膠黏劑，或預浸料等);3——層合板(由織物與樹脂基體導入或預浸料組成);4——拉擠板黏結(jié)面；5——嵌入物。圖1拉擠板復合組件下列符號適用于本文件。A:嵌入物長度：試樣端部與嵌入物尖端的距離，見圖2,單位為毫米(mm)。a:分層長度：載荷線(通過插銷孔中心面與裂紋平面相交處)與裂紋尖端的距離，見圖3,單位為a:最終分層長度，單位為毫米(mm)。a;:第i個加載階段的分層長度，單位為毫米(mm)。ap:預制分層長度：載荷線與預制裂紋尖端的距離，見圖2,單位為毫米(mm)。ao:初始分層長度：載荷線與嵌入物尖端之間的距離，見圖2,單位為毫米(mm)。b:試樣寬度，見圖2,單位為毫米(mm)。Co:試樣加載時的初始載荷線柔度，需忽略如夾具間隙等產(chǎn)生的初始非線性部分的影響，見圖4,單位為毫米每牛頓(mm/N)。Co+5%:初始載荷線柔度C乘以1.05系數(shù)后的柔度，見圖4,單位為毫米每牛頓(mm/N)。F:大位移修正系數(shù)。3G1c:I型層間斷裂韌性，單位為焦耳每平方米(J/m2)。l:試樣總長度，見圖2所示，單位為毫米(mm)。l:插銷孔中心到加載塊所黏附拉擠板懸臂梁中面的距離，見圖2,單位為毫米(mm)。l?:插銷孔中心到加載塊邊緣的距離(朝向嵌入物尖端或預制裂紋尖端測量),見圖2,單位為毫米l?:加載塊長度，見圖2,單位為毫米(mm)。N:加載塊修正系數(shù)。P:載荷，見圖3,單位為牛頓(N)。U:裂紋擴展釋放的總能量，單位為焦耳(J)?！鱝;:第i個加載階段的分層擴展長度，單位為毫米(mm)。δ:載荷線位移，見圖3,單位為毫米(mm)。co:有效載荷線位移，單位為毫米(mm)。(EI):等效抗彎剛度，單位為牛頓平方毫米(N·mm2)。a)拉擠板-拉擠板復合組件DCB試樣圖2DCB試樣幾何形狀444標引序號說明：1——拉擠板；2——黏結(jié)層；A——嵌入物長度；ao——初始分層長度；ap——預制分層長度；b——試樣寬度；標引序號說明：2——加載塊；b)拉擠板-層合板復合組件DCB試樣1——試樣總長度；l?——插銷孔中心到加載塊所黏附拉擠板懸臂梁中面的距離；l?——插銷孔中心到加載塊邊緣的距離；l?——加載塊長度。圖2DCB試樣幾何形狀(續(xù))a——分層長度；δ——載荷線位移。圖3DCB試樣加載圖示50標引序號說明：X0b)重新加載所得初始點NL點、VIS點、5%/MAX點和PROP點0——修正位移原點；○——初值點；●——擴展值點(PROP點);X——載荷線位移，8;圖4穩(wěn)定擴展DCB試驗曲線5方法概述5.1通過對DCB試樣進行加載產(chǎn)生I型裂紋開裂，測定復合組件裂紋開始擴展時及擴展過程中的裂紋從預制裂紋尖端開始擴展時的初值由重新加載測定。裂紋擴展過程中的擴展值(PROP點的5.3DCB試樣上下兩層懸臂梁抗彎剛度應一致，否則會導致測定的G?c偏高。6標引序號說明：●——擴展值點(PROP點);圖5初值和擴展值與分層長度a構(gòu)成的分層-阻力曲線(R曲線)6儀器設備6.1儀器設備和加載塊6.1.1試驗機試驗機應符合GB/T1446規(guī)定，并且試驗機速度應滿足10.3、10.4和附錄A所要求的恒定位移速度。載荷傳感器最大允許誤差為±1%。位移測定誤差不大于指示值的±1%。試驗機應能連續(xù)測量并記錄載荷和位移。試驗機配備的夾具應將載荷傳遞到加載塊插銷上，試樣端部能靈活轉(zhuǎn)動。夾具應與試驗機保持對中。6.1.3.1千分尺或類似量具，精度為0.01mm或更高，用于測量試樣厚度。測量時，千分尺應具有能與試樣表面匹配的接觸面(如平面對平面或拋光的面；半球面對不規(guī)則的面)。6.1.3.4測量分層長度可采用移動式顯微鏡或類似量具。顯微鏡應有0mm~200mm的行程，放大倍數(shù)不小于5倍且不大于70倍，精度為0.5mm或更高。控溫精度±3℃。6.3加載塊度為10mm。加載塊插銷中心應在l?的中點處和H的中點處。7.1無黏性嵌入薄膜：采用厚度不超過13μm的無黏性薄膜作為嵌入物。固化溫度低于180℃時，推薦使用聚四氟乙烯(PTFE)薄膜。固化溫度高于180℃時，推薦使用聚酰亞胺薄膜。7.2脫模劑：使用聚酰亞胺薄膜作為嵌入物時，推薦使用聚四氟乙烯(PTFE)型脫模劑。7.3膠黏劑：雙組分室溫固化型，用于黏結(jié)試樣與加載塊。7.4溶劑：有機溶劑，如丙酮或乙醇。7.5砂紙：500目或更細。7.6標記液：水溶性白色修改液。7.7標記帶：帶有連續(xù)刻度線的直條狀貼紙，標記刻度線之間距離為1mm,刻度線寬度不超過0.5mm。8試樣8.1拉擠板復合組件試驗板制備8.1.1制備拉擠板復合組件試驗板時，不應改變拉擠板原厚度。8.1.2對于拉擠板-拉擠板復合組件試驗板，上下兩層拉擠板材質(zhì)、厚度應一致。8.1.3對于拉擠板-層合板復合組件試驗板，為確保拉擠板和層合板具有相近抗彎剛度，應根據(jù)公式(1)選擇合適的拉擠板與層合板厚度比(h?/h?)和試樣總厚度(h?+h?)。8.1.4將嵌入物裁剪成合適尺寸，如使用聚酰亞胺薄膜作為嵌入物，薄膜應使用脫模劑涂覆或噴涂，并在(130±3)℃鼓風干燥箱中處理30min,該過程需進行2次。操作時避免破壞或擦除脫模劑涂層。8.1.5按圖1所示鋪設拉擠板復合組件試驗板。制備拉擠板-拉擠板復合組件試驗板時，嵌入物鋪設在拉擠板復合組件一端，位于黏結(jié)層與拉擠板之間；黏結(jié)層應控制在1mm以內(nèi)，且最大厚度和最小厚度相對偏差不應超過20%。制備拉擠板-層合板復合組件試樣板時，嵌入物鋪設在拉擠板復合組件一端。拉擠板復合組件試樣板鋪設完成后，可采用真空樹脂傳遞模塑(VRTM)或真空袋壓等工藝成型。注：拉擠板黏結(jié)面的處理方式會對拉擠板復合組件G?c產(chǎn)生影響，如需對拉擠板黏結(jié)面處理，由供需雙方商定。8.2.1試樣由拉擠板復合組件試驗板經(jīng)機械加工得到。加工后試樣側(cè)邊應平滑，以便于觀察裂紋的擴展。8.2.2試樣寬度為15mm~30mm,單個試樣厚度和寬度與該組試樣厚度平均值和寬度平均值的偏差分別不超過±1%。試樣總長度不小于200mm,嵌入物長度不小于65mm,試樣兩側(cè)邊嵌入物長度相差不應超過1mm,否則應在報告中注明。初始分層長度最小為10倍的試樣厚度且不小于55mm。8.2.3用砂紙對加載塊表面和試樣端部表面進行打磨并用溶劑進行清理，隨后立即在試樣端部黏結(jié)加載塊，采用的黏結(jié)工藝(如試樣端部表面處理、固化溫度等)不應對拉擠板復合組件G?c產(chǎn)生影響。上下兩加載塊應呈對稱狀態(tài)，見圖2。有效試樣數(shù)量不少于5個。黏結(jié)加載塊后，按樹脂、膠黏劑或預浸料等供應商推薦的干燥溫度和干燥時間進行干燥處理。干8注：由于拉擠板復合組件G?c對水分很敏感，因此如需考察水分對拉擠板復合組件G?c的影響，對試樣進行狀態(tài)調(diào)節(jié)是必要的。10試驗步驟10.1試驗準備10.1.1沿試樣長度方向，分別用游標卡尺和千分尺測量距離試樣兩端30mm處和中間3個位置的寬度和厚度，分別以3次測量的平均值作為試樣寬度和厚度。試樣總厚度與上下兩層拉擠板總厚度的差為黏結(jié)層厚度ha10.1.2沿試樣長度方向，用直尺測量試樣兩側(cè)邊的長度并計算平均值作為試樣長度。隔一定距離做標記，并延伸到至少超過嵌入物尖端55mm。在開始的至少1行標記。隨后每間隔5mm進行標記。最后5mm處，每間隔1mm進行標記。另外也可采用粘貼標10.2試驗設置和數(shù)據(jù)記錄10.2.1將試樣安裝在試驗機夾具上，對試樣端部進行支撐，使試樣垂直于加載方向。在整個試驗過程中，記錄載荷和載荷線位移，數(shù)據(jù)采集頻率不小于5Hz,或每個加載周期內(nèi)記錄至少500個數(shù)據(jù)點。10.2.2在試樣兩側(cè)邊，通過目測或采用移動式顯微鏡或類似量具觀察裂紋的擴展。10.3.1以1mm/min~5mm/min恒定速度對試樣加載，記錄載荷、載荷線位移和對應分層長度。在試樣側(cè)邊觀察到裂紋從嵌入物尖端開始產(chǎn)生擴展時，在試驗曲線上標注此點為VIS點，見圖4a)。分層擴展3mm～5mm后停止加載，此時產(chǎn)生的裂紋為預制裂紋。如分層擴展超出3mm~5mm,應在報告中注明。下來每5mm記錄一次，直至分層擴展超過預制裂紋尖端45mm;最后5mm分層擴展范圍內(nèi)，每1mm記錄一次。最少記錄10個擴展9平均值a1,第1個加載階段的分層擴展長度為△a?=a?-ap;繼續(xù)加載，當載荷從C突然下降到D時，測量試樣兩側(cè)邊分層長度并計算平均值a2,第2個加載階段的分層擴展長度為△a?=a?—a?。重復上述第2個加載階段步驟，直至分層擴展超過預制裂紋尖端45mm或出現(xiàn)懸X0標引序號說明：0——修正位移原點；X——載荷線位移，8;圖6非穩(wěn)定擴展DCB試驗曲線10.5系統(tǒng)柔度測定11數(shù)據(jù)分析沿試驗曲線初始線性部分繪制一條直線，將該直線外推延長并與載荷線位移軸相交，該交點作為修正位移原點(0點),以該點為有效載荷線位移.的起始點，如圖4、圖6、圖8和圖A.1所示。通過試驗曲線確定初值和擴展值。由初始分層長度ao和預制分層長度ap測定初值。通過初始加載和重新加載測定初值(NL點、VIS點通過重新加載測定擴展值(PROP點的Gic),見圖4b)。11.2數(shù)據(jù)處理當上下兩層懸臂梁厚度一致時(等厚DCB試樣),按11.2.2處理數(shù)據(jù)。當上下兩層懸臂梁厚度不一致時(不等厚DCB試樣),按11.2.3處理數(shù)據(jù)。11.2.2和11.2.3僅適用于穩(wěn)定擴展過程。11.2.2修正梁法——等厚DCB試樣11.2.2.1如圖7所示，對修正柔度立方根(C/N)1/3與重新加載數(shù)據(jù)中分層長度a進行線性擬合。擬合直線在X軸上的截距為△。11.2.2.2如△為正值，則取△=0,并在報告中注明。僅對擴展值點(PROP點)進行線性擬合，即線性11.2.2.3按公式(2)計算G?c。計算所有的初值和擴展值。11.2.2.4分別按公式(3)和公式(4)計算大位移修正系數(shù)F和加載塊修正系數(shù)N。11.2.2.5按公式(5)計算拉擠板懸臂梁彎曲模量E,該模量是分層長度a的函數(shù)。如拉擠板懸臂梁彎曲模量E的變化超過平均值的10%,則判定試驗無效。11.2.3改進的修正梁法——不等厚DCB試樣11.2.3.1對于不等厚DCB試樣，按公式(6)計算GIc。11.2.3.2按11.2.2對修正柔度立方根(C/N)1/3與重新加載數(shù)據(jù)中分層長度a進行線性擬合并確定△,(EI)由擬合直線的斜率得到，見圖7。0圖7修正梁理論(CBT)11.2.4面積法——等厚DCB試樣和不等厚DCB試樣11.2.4.1對于等厚DCB試樣和不等厚DCB試樣，按公式(7)計算重新加載過程中的平均G1co11.2.4.2對加載曲線與0F直線圍成的區(qū)域進行積分計算裂紋擴展釋放的總能量U,見圖6。11.2.4.3按公式(8)計算重新加載過程中各加載階段的G1ci)。11.2.4.4通過積分法計算各加載階段裂紋擴展釋放的能量U,見圖8。XX0標引序號說明：0——修正位移原點；X——載荷線位移，8;圖8非穩(wěn)定擴展DCB試驗各加載階段裂紋擴展釋放的能量12試驗報告試驗報告應包括但不限于下列信息：b)試樣數(shù)量，試驗日期和試驗地點；c)每個試樣的平均厚度、平均寬度、平均長度和厚度偏差，嵌入物材料及其厚度和長度；d)狀態(tài)調(diào)節(jié)過程和試驗環(huán)境；e)加載塊黏結(jié)信息；f)加載和卸載速度；g)試驗(卸載)后的分層長度；h)每個試樣的試驗曲線；i)