试验机与测试仪器:试验机和测试仪器应符合 GB/T1446 的规定。GB/T1446 对试验机载荷相对误差不得超过 ±1%,确保了试验数据的准确性。同时,对于力学性能用试验设备,应保证试验机能够准确施加载荷,记录试样的变形等参数。
对于加载头与支座,半径为 3mm,对 0° 单向纤维增强复合材料层合板试样,加载头与支座的半径可采用 5mm。推荐加载头和支座硬度为 HRC40~45。这样的设计可以保证在试验过程中,加载头和支座能够稳定地支撑试样,同时不会对试样造成过度的损伤。
环境箱:环境箱的控制精度应满足试验要求,经计量检定合格且在有效期内使用。环境箱可以模拟不同的环境条件,如温度、湿度等,以研究环境因素对复合材料弯曲性能的影响。例如,在一些特殊的应用场景中,复合材料可能会受到极端温度或湿度的影响,通过环境箱的模拟,可以更好地了解材料在这些条件下的性能表现。
干态试样:试验前,试样在实验室标准环境条件下至少放置 24h。实验室标准环境条件按照 GB/T1446 中的规定,一般为温度相对稳定、湿度适中的环境。
湿态试样:试验前,应在规定的温度和湿度条件下使试样达到所要求的吸湿状态。推荐的温度和湿度条件为温度 70℃±3℃,相对湿度 (85±5)%。湿态试样状态调节结束后,应将试样用湿布包裹放入密封袋内,直到进行力学试验,试样在密封袋内的储存时间应不超过 14d。这样的状态调节要求是为了确保试样在不同状态下的性能表现能够真实反映材料在实际应用中的情况。
实验室标准环境条件:实验室标准环境条件按照 GB/T1446 中的规定,为确保试验结果的准确性和可重复性提供了稳定的环境基础。
非实验室标准环境条件:
高温试验环境条件:首先将环境箱和试验夹具预热到规定的温度,然后将试样加热到规定的试验温度,并用与试样工作段直接接触的温度传感器加以校验。对干态试样,在试样达到试验温度后,保温 5min~10min 开始试验;而对湿态试样,在试样达到试验温度后,保温 2min~3min 开始试验。试验中试样温度保持在规定试验温度的 ±3℃范围内。
低温试验环境条件:首先将环境箱和试验夹具冷却到规定的温度,然后将试样冷却到规定的试验温度,并用与试样工作段直接接触的温度传感器加以校验。在试样达到试验温度后,保温 5min~10min 开始试验。试验中试样温度保持在规定试验温度的 ±3℃范围内。
一般情况:对于一般的定向纤维增强聚合物基复合材料弯曲性能试验,加载速度推荐为:a) 1mm/min~2mm/min;b) 5mm/min~10mm/min。
特殊情况:当需要对特定材料或在特定环境下进行试验时,加载速度可能需要根据实际情况进行调整。例如,对于一些高强度的复合材料,为了更准确地测量其弯曲性能,可能需要采用较低的加载速度;而对于一些对时间要求较高的试验,可能需要采用较高的加载速度。
弯曲强度计算:
对于三点弯曲法,弯曲强度计算公式为 ,其中 为弯曲强度(单位为 MPa), 为试样破坏时的最大载荷(单位为 N), 为跨距(单位为 mm), 为试样宽度(单位为 mm), 为试样厚度(单位为 mm)。
对于四点弯曲法,弯曲强度的计算相对复杂一些,但同样基于试样的载荷、尺寸等参数进行计算。
弯曲模量计算:
三点弯曲法中,弯曲模量的计算公式为 ,其中 为弯曲模量(单位为 MPa), 为载荷 - 挠度曲线上初始直线段的载荷增量(单位为 N), 为对应于 的试样跨距中点处的挠度增量(单位为 mm)。
四点弯曲法的弯曲模量计算也需根据特定的公式进行,与三点弯曲法在计算过程中有一定的差异。
推荐应变范围:计算弯曲模量时,推荐的应变范围为 0.001~0.003。在这个范围内进行计算,可以更准确地反映材料的弯曲性能。
基本信息:试验报告应包含试验名称、试验日期、试验地点、试验人员等基本信息,以便于对试验进行追溯和查询。
试样信息:详细描述试样的类型、尺寸、状态(干态或湿态)等信息。例如,对于聚合物基复合材料试样,应注明其厚度为 4mm,宽度为 12.5±0.2mm,长度根据跨厚比确定等。同时,还应说明试样的加工方法和边缘粗糙度等。
试验设备信息:记录试验机和测试仪器的型号、精度等信息,以及环境箱的控制精度和使用状态。例如,试验机的载荷精度要求控制在 ±1%以内,环境箱经计量检定合格且在有效期内使用等。
试验条件:明确试验的环境条件,包括实验室标准环境条件和非实验室标准环境条件下的温度、湿度等参数。同时,记录加载速度的选择情况。
试验结果:列出试验得到的弯曲强度、弯曲模量等性能参数,并注明计算方法和应变范围。如有需要,还可以附上试验过程中的载荷 - 位移曲线等图表,以便更直观地展示材料的弯曲性能。
结论与分析:对试验结果进行分析和总结,评价材料的弯曲性能是否符合要求。同时,可以提出对材料改进和优化的建议,为后续的研究和应用提供参考。