【国家标准】 精细陶瓷纤维 单丝室温拉伸性能的测定

中华人民共和国国家标准　
精细陶瓷纤维
室温单丝拉伸性能的测定
Fine ceramics fiberDetermination oftensile properties of filaments at ambienttemperature
1范围
精细陶瓷纤维室温单丝拉伸性能的测定本文件规定了精细陶瓷纤维单丝拉伸性能的测试环境，如拉伸强度、弹性模量、断裂应变。本方法适用于取自丝束、编织物等断裂应变小于等于5%的连续陶瓷纤维。本文件不适用于表现出非线性拉伸一应变曲线的碳纤维，本方法不适用于检验纤维强度性能的同质性，也不适用于评价压力对纤维体积的影响，不包括纤维失效的统计学特性。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款，其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T3291.3
3纺织纺织材料性能和试验术语第3部分：通用GB/T16825.1静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校准（GB/T16825.1-2008，ISO7500-1:2004，IDT）GB/T18374
GB/T29761
GB/T29762
GB/T40005
JC/T2404
增强材料术语及定义
碳纤维浸润剂含量的测定
碳纤维纤维直径和横截面积的测定精细陶瓷强度数据的韦布尔统计分析方法（GB/T40005-2021,ISO20501:2019，MOD）室温下连续纤维增强陶瓷基复合材料拉伸性能试验方法ISO19634:2017Fineceramics（advancedceramics,advancedtechnical
ceramics)Ceramic
compositesNotationsand symbols3术语和定义
GB/T3291.3、GB/T18374和JC/T2404界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
标距长度
gaugelength
单丝上两个参考点之间的初始距离。3.2
testspecimenlength
试样长度
纤维夹持端之间的初始距离。
只initialcross-sectionarea
初始横截面积
单丝在标距长度范围内的横截面积。最大拉力
maximumtensileforce
单丝拉伸断裂时的最大拉力。
拉伸应力
tensilestress
试样拉力与初始横截面积的比值。拉伸强度
tensilestrength
单丝最大拉力与初始横截面积的比值。纵向形变
longitudinaldeformation
拉伸试验时标距长度（3.1）的增加量。系统总柔度
totalcompliance
拉力一位移关系曲线上线性部分斜率的倒数。加载系统柔度
loadtraincompliancebZxz.net
拉伸试验时去除试样对十字头贡献的位移与相应的载荷的比值3.10
Estrain
纵向形变（3.7）与标距长度（3.1）的比值。3.11
断裂应变
fracturestrain
纤维拉伸断裂时的应变
弹性模量
Young modulus
拉伸应力一应变曲线上线性部分的斜率。3.13
elementaryunit
基本单位
给定产品的最小市售单位。
注：对于纤维，这通常是一个线轴。4原理
精细陶瓷单丝在恒位移速率的拉伸载荷下加载直至断裂，同时测量并记录拉伸力和十字头位移速率，如果需要，可通过系统柔量校准的十字头位移来计算出材料的纵向形变。5
仪器和材料
5.1拉伸试验机
试验机应配备测定施加在试样上力的系统，满足GB/T16825.1中试验机测量范围级别为1的规定，除此之外试验机应配备测定十字头位移速率精度高于1μm的系统5.2加载系统
夹具应使试样与力的方向对齐，避免纤维在夹持器中发生滑动。5.3粘合剂
如环氧树脂胶或密封蜡，用于将纤维单丝末端固定到夹具上。5.4数据记录系统
在校准后可用于记录力-位移曲线。建议使用数字数据记录系统。6试样
应使用标距长度为25mm的试样建立力一位移曲线。应使用标距长度为10mm和50mm的试样来确定加载系统柔量C。标距长度的精度为±1mm。7试样制备
试样制备时应格外小心，保证试样的制备过程可重复并避免处理损坏环。注1：试样制备时的损坏可能导致单丝的损伤。试样制备过程中，尤其在抽取单丝时，被损坏单丝的数量与抽取单丝数量的总数两者的比值宜最小化。
注2：图1为防止试样在操作与安装过程中被损坏的装置图，该试样的制备过程中使用薄纸片、金属或塑料切片制成3
的窗口标签，窗口长度与单丝试样的标距长度相一致，使用合适的粘结剂，如环氧树脂、接合剂或密封蜡将单丝固定在安装片的端头。
注3：也可使用如图2所示的设备来防止试样的操作与安装过程中被损坏。单位为毫米
标引序号说明：
1单丝：
2—胶水。
标引序号说明：
1—氧化铝管：
2临时螺钉附件；
3试样：
陶瓷粘合剂：
5氧化铝棒。
8试样数量
测试样品的组装图
图2测试样品的替代组件图
从每个基本单元准备至少20个测试样品，以便进行20次测量。去掉现有的任何浸润剂可以更容易地制备好的试样。浸润剂应依GB/T29761规定的规则去除。为了确定应变相关特性，需要在10mm和50mm的每个标距长度上进行三次额外的测试，以确定加载系统柔量Ci。
如果需要统计评估，则标距长度为25mm的试样数量应依GB/T40005而定。注：如果只需要确定强度，那么柔量的确定则不是必需的。试验步骤
位移速率
应使用允许试样在1min内发生断裂的位移速率。应报告位移速率和加载模式，9.2标距长度的测定
标距长度的测量精度为±0.1mm。9.3初始横截面积的测定
按GB/T29762规定的方法进行测量。注：原则上，初始横截面积应在待测纤维上确定。实际上，这可以通过在间歇位置从单个纤维中取样待测长度，并使用中间的纤维进行横截面测量来实现。对于待测纤维的长度，横截面不随长度而显著变化。另一种方法是从仍然包含嵌入纤维的夹具部分的横截面测量断裂后的纤维横截面。在这种情况下，在制备和处理过程中，必须小心不要损坏纤维。9.4拉伸测试
9.4.1通用
按照顺序进行下列步骤安排测试。9.4.2
重力传感器
重力传感器调零。
9.4.3试样安装
将试样安装在加载系统中，使其纵轴与试验机的纵轴一致。应注意不要对纤维造成扭转载荷或表面损坏。在施加荷载之前，即在安装未受约束的情况下，切断或燃穿中规窗口标签的两侧。如果使用燃烧，应注意避免将试样暴露在火焰中。由于纤维非常脆弱，因此在这一步骤中，试样偶尔会断裂。9.4.4测量
—设定十字头速率。
一记录直至失效的力与十字头位移曲线。9.4.5测试有效性
下列情况将使得测试失效：
未能指定和记录试验条件：
一在达到最大拉力之前，通过力/位移曲线下降证明的加载系统中的任何滑移：5
断裂应变超过5%。
在安装片处发生故障只会使强度和应变的测定失效。测试结果计算
拉伸强度
最大拉力的测定
试样的最大拉力Fm是从力/位移关系图中获得的最大力值中得出的。10.1.2
拉伸强度的计算
按公式（1）计算拉伸强度：
Om=Fm/Ao
式中：
拉伸强度，单位为兆帕（MPa）：Fm—最大拉力，单位为牛顿（N）：Aor
初始横截面积，单位为平方毫米（mm2）。按公式（2）计算误差或不确定性：Aom/om=Fm/Fm+AolA...
10.2加载系统柔量的计算（C）
计算所有标距长度测试的系统总柔量C，作为力/位移关系曲线上斜率的倒数。根据Lo/Ao绘制所有系统总柔量Ct。通过Ct与Lo/Ao的线性回归分析，确定最佳拟合线。根据与纵坐标轴的截距确定加载系统柔量C（见图3）。
试样柔量的误差或不确定度C=C-C，计算按公式（3）所示：△CIC=AF/F+A(ALo)/△Lo
式中：
ALo单丝纵向形变，单位为毫米（mm）：拉力，单位为牛顿（N）。
标引序号说明：
系统总柔量，C(mm/N)：
Lo=10mm
Lo=25mm：
4—Lo=50mm；
5—LolAo(mm*)。
图3系统总柔度C与标距长度与初始横截面面积之比Lo/Ao关系图10.3应变
只能在力/十字头位移曲线中存在线性部分时，才能确定应变相关参数（应变、断裂应变、弹性模量），无论是从加载开始还是在初始松弛结束后。按公式（4）计算试样的应变：
= 102 F-(C - C)/Lo*
式中：
测试样品的应变，单位为百分比（%）；F
施加的力，单位为牛顿（N）：
系统总柔量，单位为毫米每牛顿（mm-N\）；-加载系统柔量，单位为毫米/牛顿（mm-N-）：C
标距长度（等于试样长度Ls），单位为毫米（mm）。按公式（5）计算应变测量中的误差或不确定性：Ae/e=△F/F+△C/C+△Lo/L.
10.4弹性模量
弹性模量由应力-应变曲线中线性部分的斜率给出，按公式（6）计算：Lo
Ao (Ct-C)
式中：
弹性模量，单位为千兆帕斯卡（GPa）：Ae
初始横截面面积，单位为平方毫米（mm2）；加载系统柔量，单位为毫米每牛顿（mm-N-1）；系统总柔量，单位为毫米每牛顿（mm-N-\）：标距长度，单位为毫米（mm）
弹性模量的测定误差或不确定性按公式（7）计算：△E/E=△Lo/Lo+△C/C+AAo/Ao*
10.5断裂应变
断裂应变m按公式（8）计算得出：m=102Fm(C-C)/Lo*
式中：
试样的断裂应变，单位为百分数（%）：最大拉力，单位为牛顿（N）：
系统总柔量，单位为毫米每牛顿（mm·N-\）：加载系统柔量，单位为毫米每牛顿（mm·N-1）：标距长度（等于试样长度Ls），单位为毫米（mm）注：对于直至失效的线性弹性行为，断裂应变可按公式（9）计算：m=Om/（10E）.....
式中：
测试试样的断裂应变，单位为百分数（%）：拉伸强度，单位为兆帕斯卡（MPa）；(4)
（5）
（8）
弹性模量，单位为吉帕斯卡（GPa）E
断裂应变的误差或不确定性由公式（9）给出：Ae/=△Fm/Fm+△C/C+△Lo/Lo
试验报告
试验报告应至少包括以下内容：a)
测试机构的名称和地址；
......:
测试日期，测试报告及每一页的唯一识别信息，测试方及客户的姓名及地址；对本文件的引用；
所使用仪器的描述；
测试所使用单丝的完整信息（生产商、类型、批次、取样位置、接收日期等）；单丝初始横截面面积的测试方法：对于每件试样，标距长度均用毫米表示；位移速率；
在适用情况下，加载系统柔量，总柔量对标距长度除以横截面积的图：......
个别值，拉伸强度的平均值，在适用的情况下，断裂应变、弹性模量以及不确定值；测试次数及有效测试次数；
试验步骤中任何可能对测试结果产生影响的信息说明，尤其对于单个测试长度，准备试样的数量与抽取单丝总量的比值；
对测试或测试结果的注解。
资料性）
结构编号对照一览表
表A.1给出了本文件与ISO19630:2017结构编号对照一览表。表A.1
本文件与ISO19630:2017结构编号对照情况本文件结构编号
9,9.1,9.2,9.3,9.4
10.4，10.5
参考文献
对应ISO19630:2017结构编号
9，9.1，9.2，9.3，9.4
10.2，10.3，10.4，1
附录A
附录B
附录B
(资料性）
技术差异及其原因一览表
表B.1给出了本文件与ISO19630:2017技术差异及其原因的一览表。表B.1本文件与IS019630:2017技术差异及其原因本文件结构编号
规范性引用文件：
技术差异
1）增加GB/T3291.3、GB/T18374、29762、JC/T2404;
2）删除EN1007-1、EN1007-3。
GB/T29761、GB/T
根据我国技术条件及现有
相关标准情况做出调整
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