碳纤维增强塑料中压缩特性检测方案(万能试验机)

万能材料试验机 AUTOGRAPH TMAGXTM-V村上岳、山本孝之* News ApplicationNews 碳纤维增强塑料面内压缩性能随温度变化的评估 01-00108-CN 对用户的好处 简便地获得复合材料的压缩特性。 依衣 ASTM D3410实施测定。 前言 由于运输设备轻量化的需求，比强度、比刚度高于传统材料的碳纤维增强复合材料(CFRP)备受关注。CFRP材料因其各向异性和复杂结构，难以使用 CAE 分析软件进行产品设计。因此，为解决这一问题并提高设计精度，需要正确掌握压缩特性等各种机械特性。 本文中将介绍使用精密万能试验机Autograph AGX-V(图1)，依据 ASTM D3410(俗称IITRI法)，获得热固性 CFRP面内压缩特性的事例。 试验方法 IITRI 法是 ASTM D3410、JISK 7018 方法1b中规定的CFRP代表性压缩试验法(图2)。由 Ilinois Institute of TechnologyResearch Institute (美国)于20世纪80年代开发，目前已在各种工业领域得到普及"。其特点是使用反向楔型夹具夹紧试片两端，可向试样评定部分施加具有剪断力的压缩负荷，可适用于相对较大的试样。本试验使用的试样尺寸如图3所示。ASTMD3410 中为减少夹具产生的影响，规定采用与调整片接触型的试样和不与调整片接触型的试样。两者均在试样的评定部内外贴有应变仪，根据其输出评估材料特性，判断试片有无屈曲等。 本试验在-30℃、室温及100℃的温度环境下评估了热固性CFRP碳纤维增强复合板的弹性模量及压缩强度。试验装置配置例及试验条件如表1所示。 图1精密万能试万机 Autograph TMAGXTM-V 图2 IITRI法试验情况 图3试片尺寸 表1试验装置配置例及试验条件 试验装置 ：精密万能试验机 Autograph AGX-50kNV 试验夹具 ：复合材料用压缩试验夹具(ASTM D3410) 固定式压盘及直推杆 恒温箱 ：冷冻机型恒温槽 TCR-1W 试验温度 ：-30℃、室温 (R.T.)、100℃ 试验速度 ：1.5 mm/min 试验软件 ：TRAPEZIUMTMX-V 试片 ：T700(东丽)碳纤维增强复合板[-45/90/0/+45]1s*1 应变测量 ：应变仪KFG1-120-D16-11L1M2S(共和电业) 动态应变放大器 ： DPM952A (共和电业制造) *1本试验使用的 CFRP 复合板为在单方向上逐层涂覆碳纤维的聚酯胶片制作而成。表1记录的[45/0/-45/90]表示在45度、0度、-45度、90度方向上层合1组共计8层的聚酯胶片。 热硬化性 CFRP 的压缩特性 图4所示为室温下从贴于试样内外的应变仪获得的应力与应变的关系。红线、蓝线分别表示从设于正面、背面的应变仪获得的测量值。由各应变仪可看出，从加载开始至破坏，输出值与原始值的偏差较小。试验后的实际情形如图5所示。试样的评定区域出现破坏，结合应力-应变线状图中前后应变输出偏差较小，可知压缩试验完成较好。 图4室温下获得的应力-应变线状图(内外应变仪输出值比较) 图5试验后的实际情形 图6试验情况(使用恒温箱) Autograph、AGX 和 TRAPEZIUM 是岛津制作所株式会社在日本和其他国家的商标。 岛津企业管理(中国)有限公司岛津(香港)有限公司 恒温箱内的试验情况如图6所示， -30℃、100℃及室温下获得的应力-应变线状图比较结果如图7所示。应变根据贴于试样正面背面的应变仪输出平均值计算得出。各试验温度下获得的试样压缩强度及压缩弹性如表2所示。-30℃及室温下，应力-应变线状图及各特性值未出现明显差异，而100℃下，压缩弹性模量及压缩强度出现明显降低。各温度试验下试样评定部的破坏性状如图8所示，可供参考。 图7应力-应变线状图的比较(-30℃、室温、100℃) 表2各温度下获得的压缩特性值 压缩特性 -30°C 室温 100℃ 压缩强度(MPa) 646.5 580.1 279.8 压缩弹性模量 (GPa)” 54.4 53.6 47.3 *2压缩弹性模量根据由应变仪输出平均值计算得出的应变0.1-0.3%时的应变与应力关系，通过最小二乘法计算得出。 图8试片评定部的破坏性状(-30℃、室温、100℃) 总结 通过使用精密万能试验机 Autograph AGX-V、复合材料用压缩试验夹具及各种选配品，可评估 CFRP的压缩特性及其温度依赖性。 ( <参考文献> ) 岛津应用云 ( 1)小笠原俊夫及其他，宇宙航空研究开发机构研究开发资料“针对碳纤维复合材料的无孔压缩试验方法相互比较和简易试验法(NAL-Ⅱ法)的提议”ISSN 1349-1121JAXA-RM-08-010 ) *株式会社岛津Techno-Research 试验分析事业部 http：//www.shimadzu.com.cn用户服务热线电话： 发行行： 由于运输设备轻量化的需求，比强度、比刚度高于传统材料的碳纤维增强复合材料（CFRP）备受关注。CFRP材料因其各向异性和复杂结构，难以使用CAE分析软件进行产品设计。因此，为解决这一问题并提高设计精度，需要正确掌握压缩特性等各种机械特性。本文中将介绍使用精密万能试验机Autograph AGX-V，依据ASTM D3410（俗称IITRI法），获得热固性CFRP面内压缩特性的事例。