【FZ纺织行业标准】 树脂基三维编织复合材料弯曲性能试验方法

中华人民共和国纺织行业标准 FZ/T60042—2014 树脂基三维编织复合材料 弯曲性能试验方法 3D braided polymer matrix composites-Test method for bending properties 2014-05-06 发布 中华人民共和国工业和信息化部发布 2014-10-01 实施 前言 本标准按照 GB/T 1.1—2009 给出的规则起草。本标准由中国纺织工业联合会提出。本标准由全国纺织品标准化技术委员会产业用纺织品分技术委员会（SAC/TC209/SC7）归口。本标准起草单位：天津工业大学、中国产业用纺织品行业协会。本标准主要起草人：陈利、孙颖、张一帆、张传雄、李桂梅、赵瑾瑜。 1 范围 本标准规定了树脂基三维编织复合材料弯曲性能的试验方法。本标准适用于树脂基三维编织复合材料。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 1446—2005 纤维增强塑料性能试验方法总则 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 三维编织织物 3D braided fabrics：采用立体编织工艺使纱线在空间多个方向上交叉移动、相互交织而形成的整体织物。 3.2 树脂基三维编织复合材料 3D braided polymer matrix composites：以有机聚合物为基体，三维编织织物为增强体的复合材料。 3.3 编织单胞 braiding unit cell：树脂基三维编织复合材料中最小的完整编织单元。 3.4 单胞长度 length of unit cell：编织结构长度方向（编织成型方向）上相同取向的编织纱线间的间距，是一个编织机器循环所形成的织物长度，也称为花节长度。 3.5 单胞宽度 width of unit cell：编织结构宽度方向上相同取向的编织纱线间的间距。 4 试验原理 采用无约束支撑，通过三点弯曲，以恒定的加载速率使试样破坏或达到预定的挠度值。在整个过程中，测量施加在试样上的载荷和试样的挠度，确定弯曲强度、弯曲弹性模量以及弯曲应力与挠度的关系。 5 试样 5.1 试样制备 试样可以单独模塑成型，不用切割，或从一块平板上通过机械加工得到。 5.2 试样型式和尺寸 测定弯曲应力、弯曲模量和弯曲载荷-挠度曲线试样型式和尺寸见图2。推荐在其厚度方向上最少保证一个完整的单胞，推荐试样宽度与单胞宽度之比为2：1。对于按推荐的比例关系确定的试样宽度和相应标准给定的试样宽度，应选取两者中的较大值，以确保在试样工作段内至少包含两个单胞。厚度通常为2mm~5mm，仲裁试样厚度为4mm。 说明： — 试样长度 L $ge$ 20h — 试样宽度 (15 $pm$ 0.5) mm — 试样厚度 2mm ~ 5mm 5.3 试样数量 至少应进行5个试样的试验。 6 试验设备 6.1 试验机应符合 GB/T 1446—2005 第5章的规定。 6.2 弯曲试验装置示意图见图3。加载上压头应为圆柱面，其半径 R = (5 $pm$ 0.1) mm。支座圆角半径 r：试样厚度 h > 3mm 时，r = (2 $pm$ 0.2) mm；试样厚度 h $le$ 3mm 时，r = (0.5 $pm$ 0.2) mm。若试样出现明显支座压痕，选用 r = (2 $pm$ 0.2) mm。 7 试验条件 7.1 试验标准环境条件 温度：(23 $pm$ 2) ℃；相对湿度：(50 $pm$ 10) %。 7.2 加载速度 7.2.1 测定弯曲弹性模量及载荷-挠度曲线时，加载速度一般为 2mm/min。 7.2.2 测定弯曲强度时： a) 常规试验加载速度为 10mm/min； b) 仲裁试验速度 $u = 0.5 imes h ext{ mm/min}$。 8 试验步骤 8.1 试验前，试样在试验标准环境条件下至少放置 24h。 8.2 将试样进行编号、划线和测量试样工作段任意三处的宽度和厚度，取算术平均值。 8.3 调节跨距 $l$ 及上压头的位置，准确至 0.5mm。加载上压头位于支座中间，且使上压头和支座的圆柱面轴线相平行。跨距 $l$ 可按试样厚度 $h$ 换算而得：$l = (16 pm 1)h$。 8.4 标记试样受拉面，将试样对称地放在两支座上。必要时，在试样上表面与加载压头间放置薄片或薄垫块，防止试样受压失效。 8.5 将测量变形的仪表置于跨距中点处，与试样下表面接触。施加初载（约为破坏载荷的 5%），检查和调整仪表，使整个系统处于正常状态。 8.6 加载速度按 7.2 的规定。 8.7 测定弯曲强度时，在挠度小于 1.5 倍试样厚度下出现破坏的材料，记录最大载荷或破坏载荷。在挠度等于 1.5 倍试样厚度下未出现破坏的材料，记录该挠度下的载荷。测定弯曲弹性模量及载荷-挠度曲线时，可连续加载。 8.8 绘制试样破坏前的载荷-挠度曲线。 8.9 力学性能试样每组不少于 5 个，并保证同批有 5 个有效试样。 9 计算结果与表达 9.1 弯曲强度（或挠度为 1.5 倍试样厚度时的弯曲应力）按式（1）计算，取所有试样的平均值作为试验结果，结果保留两位小数。 $sigma = rac{3PL}{2bh^2}$ (1) 式中：$sigma$ —— 弯曲强度（或挠度为 1.5 倍试样厚度时的弯曲应力），单位为兆帕(MPa)；$P$ —— 破坏载荷（或最大载荷，或挠度为 1.5 倍试样厚度时的载荷），单位为牛顿(N)；$l$ —— 跨距，单位为毫米(mm)；$h$ —— 试样厚度，单位为毫米(mm)；$b$ —— 试样宽度，单位为毫米(mm)。 注：如果考虑挠度 $S$ 作用下支座水平分力引起弯矩的影响，可按式（2）计算弯曲强度： $sigma = rac{3PL}{2bh^2} [1 + rac{4(5S/l)}{...}] dots$ (2) 9.2 采用自动记录装置测试，对于给定的应变 $epsilon_1 = 0.0025, epsilon_2 = 0.0005$，弯曲弹性模量按式（3）计算，取所有试样的平均值作为试验结果，结果保留两位小数。 $E = rac{500(sigma_1 - sigma_2)}{epsilon_1 - epsilon_2}$ (3) 式中：$E$ —— 弯曲弹性模量，单位为兆帕(MPa)；$sigma_1, sigma_2$ —— 在应变 $epsilon_1, epsilon_2$ 时测得的弯曲应力，单位为兆帕(MPa)。 9.3 试样外表面层的应变按式（4）计算，取所有试样的平均值作为试验结果，结果保留两位小数。 $epsilon = rac{6S}{h}$ (4) 式中：$epsilon$ —— 试样外表面层应变；$S$ —— 挠度。 9.4 绘制载荷-挠度曲线。 10 试验报告 试验报告包括以下内容： a) 标准编号； b) 样品描述； c) 试样数量； d) 试验环境； e) 试验结果（如果需要给出试样单值）； f) 试验日期。