GB/T 1447-2005-纖維增強塑料拉伸性能試驗方法
一、GB/T 1447-2005 標(biāo)準(zhǔn)概述
GB/T 1447-2005《纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》是一項重要的國家標(biāo)準(zhǔn),適用于測定纖維增強塑料的拉伸應(yīng)力、拉伸彈性模量、泊松比、斷裂伸長率和繪制應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線等多項性能。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測定拉伸性能的試樣、試驗設(shè)備、試驗條件、試驗步驟及結(jié)果計算等內(nèi)容。
在試樣方面,標(biāo)準(zhǔn)對試樣的制備提出了具體要求,以確保試樣的代表性和可靠性。試驗設(shè)備需滿足一定的精度和性能要求,為準(zhǔn)確測量提供保障。試驗條件包括環(huán)境溫度、濕度等因素,需按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制。
試驗步驟包括樣品準(zhǔn)備、試驗設(shè)備準(zhǔn)備、拉伸試驗、數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)。在拉伸試驗過程中,沿試樣軸向勻速施加靜態(tài)拉伸載荷,直到試樣斷裂或達到預(yù)定的伸長。通過測量施加在試樣上的載荷和試樣的伸長,可以計算出拉伸應(yīng)力、拉伸彈性模量等性能指標(biāo)。
例如,據(jù)相關(guān)統(tǒng)計,在嚴(yán)格按照該標(biāo)準(zhǔn)進行試驗的情況下,能夠有效提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性,為纖維增強塑料的質(zhì)量控制和性能評估提供有力依據(jù)。總之,GB/T 1447-2005 標(biāo)準(zhǔn)在纖維增強塑料領(lǐng)域發(fā)揮著重要的指導(dǎo)作用。
(一)拉伸應(yīng)力
拉伸應(yīng)力是在試樣的標(biāo)距范圍內(nèi),拉伸載荷與初始橫截面積之比。其中,拉伸屈服應(yīng)力是試樣在拉伸試驗過程中,出現(xiàn)應(yīng)變增加而應(yīng)力不增加的初始應(yīng)力,該應(yīng)力可能低于試樣能達到的最大應(yīng)力;拉伸斷裂應(yīng)力是在拉伸試驗中,試樣斷裂時的拉伸應(yīng)力;拉伸強度是材料拉伸斷裂之前所承受的最大應(yīng)力,當(dāng)最大應(yīng)力發(fā)生在屈服點時稱為屈服拉伸強度,當(dāng)最大應(yīng)力發(fā)生在斷裂時稱為斷裂拉伸強度。這些不同類型的拉伸應(yīng)力對于評估纖維增強塑料的力學(xué)性能至關(guān)重要,它們反映了材料在不同受力階段的抵抗能力。
拉伸彈性模量是材料在彈性變形階段,應(yīng)力和應(yīng)變成正比例關(guān)系時的比例系數(shù),單位為帕斯卡。它可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo),其值越大,使材料發(fā)生一定彈性變形的應(yīng)力就越大。在纖維增強塑料性能中,拉伸彈性模量反映了材料的剛度,對于設(shè)計和使用纖維增強塑料制品具有重要意義。泊松比是指材料在單向受拉或受壓時,橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的絕對值的比值,也叫橫向變形系數(shù),它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。泊松比在纖維增強塑料性能評估中,可以幫助我們了解材料在受力時的變形特性,對于預(yù)測材料在不同工況下的行為具有重要作用。
斷裂伸長率是試樣在拉伸載荷作用下,出現(xiàn)斷裂時的拉伸應(yīng)變。它反映了纖維增強塑料的延展性和韌性。較高的斷裂伸長率意味著材料在斷裂前能夠承受較大的變形,具有較好的韌性和抗沖擊性能。在對纖維增強塑料的性能評估中,斷裂伸長率是一個重要的指標(biāo),可以幫助我們確定材料在不同應(yīng)用場景下的適用性。例如,在需要承受一定沖擊或變形的場合,較高的斷裂伸長率可以提高材料的可靠性和使用壽命。
試樣的準(zhǔn)備是確保試驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要環(huán)節(jié)。首先,需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求選擇適當(dāng)尺寸和數(shù)量的樣品。一般來說,試樣的尺寸應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的具體參數(shù),以保證試驗結(jié)果的代表性。在選擇樣品時,應(yīng)注意避免選擇有明顯缺陷或損傷的部分。
對選定的樣品進行處理也是關(guān)鍵步驟之一。這可能包括去除表面的雜質(zhì)、油污等,以確保試樣表面的清潔和平整。同時,還需要對試樣進行狀態(tài)調(diào)節(jié),通常是將試樣放置在特定的環(huán)境條件下(如一定的溫度和濕度)一段時間,使其達到穩(wěn)定的狀態(tài)。例如,根據(jù)一些實際測試經(jīng)驗,將試樣在溫度為 23℃±2℃、相對濕度為 50%±5% 的環(huán)境中調(diào)節(jié) 24 小時,可以有效地保證試樣的性能穩(wěn)定。
在進行試樣準(zhǔn)備的過程中,還需要對試樣進行外觀檢查。檢查內(nèi)容包括是否有裂紋、氣泡、分層等明顯缺陷。如果發(fā)現(xiàn)試樣存在這些缺陷,應(yīng)及時更換,以免影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。
設(shè)備設(shè)置是保證測試準(zhǔn)確性和可重復(fù)性的關(guān)鍵步驟。首先,需要根據(jù)試驗要求調(diào)整試驗設(shè)備的參數(shù)。例如,對于加載速度的設(shè)置,測定拉伸彈性模量、泊松比、斷裂伸長率和繪制應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線時,加載速度一般為 2mm/min;測定拉伸應(yīng)力時,常規(guī)試驗中,Ⅰ 型試樣的加載速度為 10mm/min,Ⅱ、Ⅲ 型試樣的加載速度為 5mm/min,仲裁試驗中,Ⅰ、Ⅱ 和 Ⅲ 型試樣的加載速度均為 2mm/min。
同時,還需要調(diào)整試驗設(shè)備的工作狀態(tài),確保設(shè)備的各個部件正常運行。這包括檢查夾具的夾緊力是否合適、傳感器的精度是否滿足要求等。例如,夾具的夾緊力過大可能會導(dǎo)致試樣變形,影響試驗結(jié)果;夾緊力過小則可能導(dǎo)致試樣在試驗過程中滑脫。
為了確保測試的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性,還可以進行設(shè)備的校準(zhǔn)和驗證。例如,使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對力傳感器進行校準(zhǔn),確保力傳感器的測量精度在允許范圍內(nèi)。
樣品固定是保證試驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要環(huán)節(jié)。將樣品安裝在試驗設(shè)備上時,需要確保樣品與設(shè)備之間的接觸緊密且穩(wěn)定。這可以通過正確選擇夾具和安裝方式來實現(xiàn)。
對于不同類型的試樣,可能需要使用不同的夾具。例如,對于平板狀試樣,可以使用平板夾具;對于圓柱形試樣,可以使用圓柱夾具。在安裝夾具時,應(yīng)確保夾具的夾緊力均勻分布在試樣上,避免出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的情況。
同時,還需要注意試樣的安裝位置和方向。試樣的中心線應(yīng)與上、下夾具的對準(zhǔn)中心線一致,以確保試驗過程中試樣受到的力是軸向的。如果試樣安裝位置不正確,可能會導(dǎo)致試驗結(jié)果出現(xiàn)偏差。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求施加力量并記錄樣品變形和破壞過程是試驗的核心環(huán)節(jié)。在施加力量時,應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的加載速度進行,避免加載速度過快或過慢影響試驗結(jié)果。同時,還需要安裝測量儀表,如應(yīng)變計、位移傳感器等,以實時監(jiān)測樣品的變形情況。
在試驗過程中,應(yīng)密切觀察樣品的變形和破壞過程,記錄試樣的屈服載荷、破壞載荷或最大載荷及試樣破壞形式。例如,當(dāng)試樣出現(xiàn)明顯的屈服現(xiàn)象時,應(yīng)記錄此時的載荷值;當(dāng)試樣斷裂時,應(yīng)記錄斷裂載荷和破壞形式。
如果試驗過程中出現(xiàn)異常情況,如試樣滑脫、夾具松動等,應(yīng)及時停止試驗,檢查原因并進行相應(yīng)的處理后重新進行試驗。
數(shù)據(jù)分析是得出試驗結(jié)果的關(guān)鍵步驟。根據(jù)測試結(jié)果,需要計算樣品的拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度和壓縮強度等指標(biāo)。這些指標(biāo)的計算方法通常在標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定,需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進行計算。
例如,拉伸強度可以通過最大載荷除以試樣的初始橫截面積來計算;斷裂伸長率可以通過試樣斷裂時的伸長量除以試樣的原始標(biāo)距來計算。
生成正式的試驗報告時,應(yīng)包含測試條件、結(jié)果和分析內(nèi)容。測試條件包括試驗設(shè)備的型號、加載速度、環(huán)境溫度和濕度等;結(jié)果應(yīng)包括各項性能指標(biāo)的具體數(shù)值;分析內(nèi)容可以包括對試驗結(jié)果的討論、與標(biāo)準(zhǔn)值的比較以及對材料性能的評價等。
總之,嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進行試驗步驟的操作,確保每個環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性和可靠性,才能得到高質(zhì)量的試驗結(jié)果和有價值的試驗報告。
四、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用與意義
GB/T 1447-2005 在纖維增強塑料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在汽車工業(yè)中,纖維增強塑料被廣泛應(yīng)用于保險杠、腳踏板、發(fā)動機罩、地板、護板、備用輪胎架等部件。該標(biāo)準(zhǔn)為這些部件的性能評估和質(zhì)量控制提供了重要依據(jù)。例如,通過該標(biāo)準(zhǔn)的測試方法,可以準(zhǔn)確測定纖維增強塑料在汽車部件中的拉伸應(yīng)力、拉伸彈性模量、泊松比和斷裂伸長率等性能指標(biāo),確保這些部件在使用過程中能夠承受各種載荷和環(huán)境條件的考驗。
在航空航天領(lǐng)域,纖維增強塑料也發(fā)揮著重要作用。由于其具有輕質(zhì)、高強度和高剛度等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于飛機和航天器的結(jié)構(gòu)部件中。GB/T 1447-2005 標(biāo)準(zhǔn)為航空航天領(lǐng)域的纖維增強塑料性能評估提供了可靠的方法,有助于確保飛行器的安全性和可靠性。例如,通過該標(biāo)準(zhǔn)的測試,可以確定纖維增強塑料在航空航天環(huán)境下的力學(xué)性能,為飛行器的設(shè)計和制造提供重要的數(shù)據(jù)支持。
在建筑領(lǐng)域,纖維增強塑料也有一定的應(yīng)用。例如,在一些特殊的建筑結(jié)構(gòu)中,如橋梁、大型場館等,纖維增強塑料可以作為一種新型的建筑材料,具有耐腐蝕、耐疲勞、輕質(zhì)高強等優(yōu)點。GB/T 1447-2005 標(biāo)準(zhǔn)為建筑領(lǐng)域的纖維增強塑料性能評估提供了科學(xué)的方法,有助于確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。
此外,該標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品性能評估和質(zhì)量控制也具有重要意義。通過嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進行測試,可以準(zhǔn)確評估纖維增強塑料的性能,為產(chǎn)品的設(shè)計、制造和使用提供科學(xué)依據(jù)。同時,標(biāo)準(zhǔn)的實施也有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性,降低產(chǎn)品的質(zhì)量風(fēng)險。例如,在生產(chǎn)過程中,通過對原材料和成品進行嚴(yán)格的性能測試,可以及時發(fā)現(xiàn)和解決質(zhì)量問題,提高產(chǎn)品的合格率。
總之,GB/T 1447-2005 標(biāo)準(zhǔn)在纖維增強塑料領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛,對產(chǎn)品性能評估和質(zhì)量控制具有重要意義。它為纖維增強塑料的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用提供了科學(xué)的方法和可靠的依據(jù),有助于推動纖維增強塑料行業(yè)的發(fā)展。