纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能評估：檢測方法和設(shè)備解析

維增強(qiáng)塑料（FRP）因其優(yōu)異的力學(xué)性能、輕質(zhì)高強(qiáng)度以及良好的耐腐蝕性，在航空航天、汽車制造、建筑和體育器材等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，F(xiàn)RP的力學(xué)性能在很大程度上取決于其內(nèi)部纖維與基體材料之間的界面結(jié)合強(qiáng)度和纖維的取向分布。因此，對FRP進(jìn)行準(zhǔn)確的力學(xué)性能測試，尤其是拉伸測試，對于評估其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和耐久性具有重要意義。

本文科準(zhǔn)測控小編旨在系統(tǒng)地探討纖維增強(qiáng)塑料的拉伸測試方法，分析其在不同測試條件下的力學(xué)性能表現(xiàn)，并探討影響測試結(jié)果的主要因素。

一、檢測原理

沿試樣軸向勻速施加靜態(tài)拉伸載荷,直到試樣斷裂或達(dá)到預(yù)定的伸長,在整個(gè)過程中,測量施加在試樣上的載荷和試樣的伸長,以測定拉伸應(yīng)力(拉伸屈服應(yīng)力、拉伸斷裂應(yīng)力或拉伸強(qiáng)度)、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。

二、測試標(biāo)準(zhǔn)

GBT 1447-2005纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法

三、測試項(xiàng)目

1、拉伸應(yīng)力：在試樣的標(biāo)距范圍內(nèi)，拉伸載荷與初始橫截面積之比

2、拉伸屈服力：試樣在拉伸試驗(yàn)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(dá)到的最大應(yīng)力。

3、拉伸斷裂應(yīng)力：在拉伸試驗(yàn)中,試樣斷裂時(shí)的拉伸應(yīng)力。

4、拉伸強(qiáng)度：材料拉伸斷裂之前所承受的最大應(yīng)力。

5、拉伸應(yīng)變：在拉伸載荷的作用下,試樣標(biāo)距范圍內(nèi)產(chǎn)生的長度變化率。

6、拉伸屈服應(yīng)變：拉伸試驗(yàn)中出現(xiàn)屈服現(xiàn)象的試樣在屈服點(diǎn)處的拉伸應(yīng)變。

7、拉伸斷裂應(yīng)變：試樣在拉伸載荷作用下,出現(xiàn)斷裂時(shí)的拉伸應(yīng)變。

8、拉伸彈性模量：材料在彈性范圍內(nèi)拉伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)變之比。

9、泊松比：在材料的比例極限范圍內(nèi),由均勻分布的軸向應(yīng)力引起的橫向應(yīng)變與相應(yīng)的軸向應(yīng)變之比的絕對值斷裂伸長率；在拉力作用下,試樣斷裂時(shí)標(biāo)距范圍內(nèi)所產(chǎn)生的相對伸長率。

四、檢測儀器

1、萬能材料試驗(yàn)機(jī)

（示意圖：萬能材料試驗(yàn)機(jī)可搭配不同夾具做不同力學(xué)試驗(yàn)）

2、楔形夾具

3、加強(qiáng)片（適用于Ⅱ型試樣）

A.1 加強(qiáng)片材料

采用與試樣相同的材料或比試樣彈性模量低的材料。

A.2加強(qiáng)片尺寸

厚度:1mm~3 mm;

寬度:采用單根試樣粘結(jié)時(shí)為試樣的寬度;若采用整體粘結(jié)后再加工成單根試樣時(shí),則寬度要

滿足所要加工試樣數(shù)景的要求。

A.3加強(qiáng)片的粘結(jié)

用系砂紙打磨(或噴砂)粘結(jié)表面。注意不要損傷材料強(qiáng)度;

用溶劑(如丙酮)清晰粘結(jié)表面;

用韌性較好的室溫固化粘結(jié)劑(如環(huán)氧膠粘劑)粘結(jié);

對試樣粘結(jié)部位加壓一定時(shí)間直至完成固化。

4、Ⅲ型試樣定制夾具

4、試驗(yàn)條件

a、試樣類型：

Ⅰ型試樣(啞鈴狀)：180×10×(2~10)mm,10pcs     

Ⅱ型試樣：250×25×(2~10)mm,10pcs       

 Ⅲ型試樣:狗骨型,7pcs

泊松比試樣

2、試驗(yàn)溫度

室溫

3、試驗(yàn)速度

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(shí),加載速度一般為2mm/min。

測定拉伸應(yīng)力(拉伸屈服應(yīng)力、拉伸斷裂應(yīng)力或拉伸強(qiáng)度)時(shí):

a)常規(guī)試驗(yàn)中,Ⅰ型試樣的加載速度為10mm/min;Ⅱ、亞型試樣的加載速度為5mm/min;

b)仲裁試驗(yàn)中，I、Ⅱ和Ⅲ型試樣的加載速度均為2mm/min。

四、檢測流程

步驟一、設(shè)備和工具準(zhǔn)備

確保萬能材料試驗(yàn)機(jī)正常運(yùn)行，夾具安裝到位且無損傷。

步驟二、試樣準(zhǔn)備

按照要求準(zhǔn)備Ⅰ型試樣（啞鈴狀）180×10×(2~10)mm共10pcs、Ⅱ型試樣250×25×(2~10)mm共10pcs、Ⅲ型試樣（狗骨型）7pcs以及泊松比試樣。

對試樣外觀進(jìn)行檢查，確保無明顯缺陷，按照GB/T1446-2005中4.2的規(guī)定執(zhí)行。

對試樣進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，按照GB/T1446-2005中4.4的規(guī)定進(jìn)行。

對合格試樣進(jìn)行編號、劃線，并測量試樣工作段任意三處的寬度和厚度，取算術(shù)平均值，測量精度按照GB/T1446-2005中4.5.1的規(guī)定。

步驟三、粘結(jié)加強(qiáng)片

用砂紙打磨（或噴砂）Ⅱ型試樣兩端的粘結(jié)表面，注意不要損傷材料強(qiáng)度。

用丙酮等溶劑清潔粘結(jié)表面，去除油脂和雜質(zhì)。

使用韌性較好的室溫固化粘結(jié)劑（如環(huán)氧膠粘劑）將加強(qiáng)片粘結(jié)在Ⅱ型試樣兩端，對粘結(jié)部位加壓一定時(shí)間直至完成固化。

步驟四、安裝試樣

將試樣夾持在萬能材料試驗(yàn)機(jī)的夾具中，使試樣的中心線與上、下夾具的對準(zhǔn)中心線一致。

在試樣工作段安裝測量變形的儀表。

步驟五、加載與數(shù)據(jù)記錄

施加初載（約為破壞載荷的5%），檢查并調(diào)整試樣及變形測量儀表，使整個(gè)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。

測定拉伸應(yīng)力時(shí)，連續(xù)加載直至試樣破壞，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。

測定拉伸彈性模量、泊松比時(shí)，若無自動(dòng)記錄裝置，可采用分級加載，級差為破壞載荷的5%~10%，至少分五級加載，施加載荷不宜超過破壞載荷的50%，一般至少重復(fù)測定三次，取其兩次穩(wěn)定的變形增量，記錄各級載荷和相應(yīng)的變形值；若有自動(dòng)記錄裝置，可連續(xù)加載。

步驟六、結(jié)果判定與后續(xù)處理

若試樣破壞在明顯內(nèi)部缺陷處，或Ⅰ型試樣破壞在夾具內(nèi)或圓弧處，或Ⅱ型試樣破壞在夾具內(nèi)或試樣斷裂處離夾緊處的距離小于10mm，則該試樣作廢。

同批有效試樣不足五個(gè)時(shí)，應(yīng)重作試驗(yàn)。

Ⅲ型試樣破壞在非工作段時(shí)，仍用工作段橫截面積來計(jì)算拉伸強(qiáng)度，并記錄試樣斷裂位置。

步驟七、數(shù)據(jù)處理與分析

對有效試樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，計(jì)算拉伸彈性模量、泊松比、斷裂伸長率、拉伸屈服應(yīng)力、拉伸斷裂應(yīng)力或拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)。

繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析材料的力學(xué)行為和性能特點(diǎn)。

步驟八、測試報(bào)告編制

根據(jù)測試結(jié)果和分析，編制測試報(bào)告，包括測試條件、測試過程、測試數(shù)據(jù)、結(jié)果分析等內(nèi)容，為材料的性能評估和應(yīng)用提供依據(jù)。

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