Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 56800-2015 "Композиты полимерные. Определение механических свойств при растяжении неармированных и армированных материалов" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 ноября 2015 г. N 2057-ст)

Polymer composites. Determination of tensile properties of unreinforced and reinforced materials

Дата введения - 1 января 2017 г.

Введен впервые

ГАРАНТ:

Курсив в тексте не приводится

Предисловие

1 Подготовлен Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" совместно с Открытым акционерным обществом "НПО Стеклопластик" и Объединением юридических лиц "Союз производителей композитов" на основе аутентичного перевода на русский язык указанного в пункте 4 стандарта, который выполнен ТК 497

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 497 "Композиты, конструкции и изделия из них"

3 Утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 ноября 2015 г. N 2057-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту АСТМ Д638-10 "Стандартный метод определения механических свойств при испытании на растяжение пластмасс" (ASTM D638-10 "Standard test method for tensile properties of plastics") путем внесения технических отклонений, изменения структуры, дополнения отдельных пунктов, исключения отдельных разделов (подразделов, пунктов).

При этом дополнительные слова, фразы, включенные в текст настоящего стандарта для учета потребностей национальной экономики Российской Федерации и особенностей российской национальной стандартизации, выделены в тексте курсивом.

Оригинальный текст структурных элементов, не включенных в основную часть настоящего стандарта, приведен в дополнительном приложении ДА.

В настоящем стандарте исключены ссылки на стандарты АСТМ: Д229, Д412, Д651, Д882, Д1822, Д4000, Д4066, Д5947, Е83, Е132, Е691 и ИСО 527-1.

Исключение стандартов АСТМ: Д229, Д412, Д651, Д882, Д1822, Д4000, Д4066, Д5947, Е83, Е132, Е691 и ИСО 527-1 обусловлено их рекомендательным характером, отсутствием близких по аспекту стандартизации межгосударственных стандартов (как гармонизованных с международными, так и нет) и невозможностью приведения отдельных ключевых положений, в связи с необходимостью приводить ключевые положения ссылочных стандартов, использованных в самих АСТМ.

Ссылки на стандарты АСТМ: Д618, Д883, Д3039/Д3039М, Е4 заменены соответствующими межгосударственными и национальными стандартами, информация о соответствии ссылочных стандартов приведена в разделе 2.

Сравнение структуры настоящего стандарта со структурой указанного стандарта АСТМ приведено в дополнительном приложении ДБ.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного стандарта АСТМ для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (подраздел 3.5)

5 Введен впервые

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на неармированные и армированные пластмассы, в том числе на слоистые полимерные композиты (ПК), армированные непрерывными волокнами.

1.2 Стандарт устанавливает метод определения прочности материалов при растяжении.

Примечание - При определении свойств на растяжение полимерных композитных материалов, армированных непрерывными или дискретными высокомодульными больше 20 ГПа волокнами, испытания проводят по ГОСТ Р 56785.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия

ГОСТ 12423-2013 (ISO 291:2008) Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб) (АСТМ D618 "Практические указания к подготовке температурного и влажностного режима пластмасс для проведения испытаний", NEQ)

ГОСТ 24888-81 Пластмассы, полимеры и синтетические смолы. Химические наименования, термины и определения (АСТМ D883 "Пластмассы. Термины", NEQ)

ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования (АСТМ Е4 "Методы проверки усилий установок для испытаний", NEQ)

ГОСТ 32794-2014 Композиты полимерные. Термины и определения

ГОСТ Р 8.585-2001 Государственная система обеспечения единства измерений. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования

ГОСТ Р 56785-2015 Композиты полимерные. Метод испытания на растяжение плоских образцов (АСТМ D3039/D3039M "Стандарт на метод определения механических свойств при испытании на растяжение композитных материалов с полимерной матрицей", MOD)

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 24888, ГОСТ 32794, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 партия материала: Материал, изготовленный на одном оборудовании по одному и тому же технологическому процессу из одного и того же сырья.

3.2 испытание: Осуществление определенного комплекса действий, который может быть воспроизведен сколь угодно большое число раз с целью воздействия на продукцию, для изучения ее по ведения в данных условиях и определения количественных и/или качественных характеристик свойств объекта.

3.3 прочность при растяжении (временное сопротивление, предел прочности) , МПа: Отношение максимальной нагрузки , предшествующей разрушению образца, к начальной площади его поперечного сечения.

3.4 предел текучести , МПа: Точка на диаграмме деформирования, соответствующая напряжению, при котором происходит увеличение деформации образца без увеличения растягивающей нагрузки.

3.5 условный предел текучести , МПа: Напряжение, соответствующее заданной остаточной деформации х (%).

3.6 относительное удлинение при разрыве , %: Отношение приращения расчетной длины в момент разрушения к начальному значению расчетной длины.

3.7 относительное удлинение при текучести , %: Отношение приращения расчетной длины в момент достижения предела текучести к начальному значению расчетной длины.

3.8 модуль упругости , МПа: Отношение изменения напряжения к соответствующему изменению относительной деформации при нагружении материала на начальном линейном участке диаграммы деформирования (рисунок 1).

Рисунок 1 - Типовые диаграммы деформирования

3.9 коэффициент Пуассона : Абсолютная величина отношения поперечной деформации к относительной продольной деформации при одноосном растяжении ниже предела пропорциональности материала.

4 Сущность метода

4.1 Метод испытания заключается в растяжении образца материала с постоянной скоростью нагружения или деформирования до момента разрыва.

4.2 При испытании в условиях нормальной, пониженной и повышенной температур определяют следующие характеристики: модуль упругости, прочность при растяжении, предел текучести или условный предел текучести, удлинение при разрыве, удлинение при текучести, коэффициент Пуассона.

5 Оборудование

5.1 Испытательная машина по ГОСТ 28840, обеспечивающая перемещение активного захвата (траверсы) с заданной постоянной скоростью нагружения или деформирования и измерение нагрузки с погрешностью не более1% от измеряемого значения.

5.2 Захваты должны обеспечивать надежное крепление образцов. Не допускается разрушение образцов в захватах. Для увеличения трения захватных частей образца о захваты можно использовать наждачную бумагу.

5.3 Для измерения деформации применяют продольный и поперечный экстензометры или иные датчики деформации, обеспечивающие измерение деформации с погрешностью не более 0,5% от базы датчика деформации.

5.4 Испытания при повышенных и пониженных температурах проводятся с использованием термокриокамеры, которая должна обеспечивать поддержание заданной температуры в пределах 3°С и заданного уровня относительной влажности в пределах 3%. Условия в камере должны контролироваться либо автоматически и непрерывно, либо вручную с установленным интервалом.

5.5 Средства измерения температуры по ГОСТ Р 8.585 должны обеспечивать измерение с погрешностью в пределах 1,5% от измеряемого значения показателя. Средства измерения влажности должны обеспечивать измерение с погрешностью в пределах 2% от измеряемого значения показателя.

5.6 Средства измерения ширины и толщины образца должны обеспечивать измерение с погрешностью не более 1% от измеряемого значения показателя. Для измерений рекомендуется использовать штангенциркуль по ГОСТ 166 с погрешностью не более 0,025 мм и микрометр по ГОСТ 6507 с погрешностью не более 0,01 мм.

При измерении неровных поверхностей необходимо использовать микрометр со сферическими измерительными губками; при измерении гладких, механически обработанных поверхностей или резам необходимо использовать измерительные инструменты с плоскопараллельными губками. Погрешность приборов не должна превышать 1%.

6 Образцы для испытаний

6.1 Для испытаний применяют образцы в виде лопаток прямоугольного сечения (рисунок 2 и таблица 1), трубок (см. рисунок 3 и таблицу 2) или стержней (см. рисунок 4 и таблицу 3).

Рисунок 2 - Плоский образец для испытаний на растяжение

Таблица 1 - Рекомендуемые размеры плоского образца на растяжение

Наименование характеристики	Толщина h, мм					Допуск
	7		от 7 до 14	4
	Тип 1	Тип 2	Тип 3	Тип 4	Тип 5
Ширина , мм	13	6	19	6	3,18	0,5
Длина рабочей зоны , мм	57	57	57	33	9,53	0,5
Ширина лопатки , мм	19	19	29	19	-	+6,4
Ширина лопатки , мм	-	-	-	-	9,53	+3,18
Длина образца , мм	165	183	246	115	63,5	-
Расчетная длина , мм	50	50	50	-	7,62	0,25
Расчетная длина , мм	-	-	-	25	-	0,13
Расстояние между захватами , мм	115	135	135	65	25,4	5,0
Радиус скругления , мм	76	76	76	14	12,7	1,0
Радиус скругления , мм	-	-	-	25	25	1,0

Рисунок 3 - Образец в виде трубки

Таблица 2 - Рекомендуемые размеры образца в виде трубки

В миллиметрах
Номинальная толщина стенки	Длина переходной зоны	Минимальная полная длина образца
0,8	13,9	350
1,2	17,0	354
1,6	19,6	356
2,4	24,0	361
3,2	27,7	364
4,8	33,9	370
6,4	39,0	376
8,0	43,5	380
9,6	47,6	384
11,2	51,3	388
12,7	54,7	391
Примечание - Для унификации использования захватов различных номиналов из настоящей таблицы исключена 4-я графа, в которой указана длина образца при использовании 89-мм губок в захватах.

Рисунок 4 - Образец в виде стержня

Таблица 3 - Рекомендуемые размеры образца в виде стержня

		В миллиметрах
Номинальный диаметр стержня	Длина переходной зоны	Минимальная полная длина образца
3,2	19,6	356
4,8	24,0	361
6,4	27,7	364
9,6	33,9	370
12,7	39,0	376
16,0	43,5	380
19,1	47,6	384
22,2	51,5	388
25,4	54,7	391
31,8	60,9	398
38,1	66,4	403
42,5	71,4	408
50,8	76,0	412
Примечание - Для унификации использования захватов различных номиналов из настоящей таблицы исключена 4-я графа, в которой указана длина образца при использовании 89-мм губок в захватах.

6.2 Расположение армирующего наполнителя должно быть симметрично относительно срединной плоскости образца, проходящей через его ось и параллельной плоскости укладки наполнителя.

Отклонение направления армирования от оси образца не должно превышать 1%.

6.3 Технология изготовления образцов, механическая обработка, места и направления вырезки образцов должны соответствовать требованиям нормативных документов или технической документации на материал. Образцы материала одной марки, поступающие на испытания, должны быть изготовлены с применением одного и того же метода формования.

6.4 Образцы должны иметь гладкую, ровную поверхность, без вздутий, сколов, неровностей, надрезов, царапин, трещин или других дефектов, видимых невооруженным глазом.

6.5 Изготовленные образцы маркируют в захватной части по разные стороны от поперечной оси симметрии образца номером партии и порядковым номером образца в партии. Маркировка должна позволять точно идентифицировать образцы. Она не должна повреждаться при испытании, а также влиять на выполнение и результаты испытаний.

6.6 Количество образцов для испытаний одной партии материала должно быть не менее пяти для каждого режима испытания.

6.7 Любые отклонения от условий, указанных в 6.1 - 6.7, должны быть отражены в протоколе испытаний.

7 Подготовка к испытанию

7.1 Кондиционирование образцов проводят в соответствии с нормативными документами или технической документацией на материал. Если в нормативных документах или технической документации на материал указания по кондиционированию отсутствуют, кондиционирование проводят при одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423.

7.2 При отсутствии в нормативных документах или технической документации на материал специальных указаний время от окончания изготовления до испытания должно составлять не менее 40 ч, включая кондиционирование.

7.3 Образцы маркируют согласно рекомендациям, изложенным в 6.6.

7.4 Перед испытанием плоских образцов измеряют толщину и ширину рабочей части образца в трех местах: по краям и в середине с точностью до 0,025 мм. Средние значения толщины и ширины образца записывают в протокол испытаний. Перед испытанием образцов-трубок измеряют в двух на правлениях под углом 90° друг к другу наружный диаметр в рабочей зоне в трех местах (по краям и в середине), внутренний диаметр образца и номинальный наружный диаметр (исходный диаметр захват ной части образца). Средние значения наружного, внутреннего и номинального наружного диаметров образца записывают в протокол испытаний. Перед испытанием образцов-стержней измеряют в двух направлениях под углом 90° друг к другу диаметр в рабочей зоне в трех местах (по краям и в середине) и номинальный наружный диаметр. Средние значения диаметра рабочей зоны и номинального наружного диаметра образца записывают в протоколе испытаний.

7.5 Испытания проводят в помещении или закрытом объеме при температуре и относительной влажности, установленных в ГОСТ 12423, если в нормативных документах или технической документации на материал нет других указаний.

8 Проведение испытаний

8.1 Образец устанавливают в захватах испытательной машины так, чтобы его продольная ось совпала с осью приложения нагрузки. При зажатии образца следят за тем, чтобы середина губок у обоих захватов совпала с продольной осью образца. Усилие в захватах выбирают такой величины, чтобы не вызывать разрушения образцов в области зажима и не позволять им выскальзывать из захватов.

8.2 Шкалу нагрузки выбирают таким образом, чтобы измеряемое значение составляло от 20% до 80% максимального значения шкалы.

8.3 В средней части образца устанавливают экстензометры или иные датчики деформации для измерения деформации в продольном и поперечном направлениях.

8.4 Задают скорость перемещения активного захвата машины (деформирования рабочей зоны образца) в соответствии с таблицей 4.

Таблица 4 - Скорости перемещения активного захвата машины (деформирования рабочей зоны образца)

Материал	Тип образца	Скорость проведения испытаний, мм/мин	Номинальная скорость деформирования в начале испытания,
Жесткий (модуль упругости более 700 МПа) и полужесткий материал (модуль упругости более 70 МПа и менее 700 МПа)	I, II, III	525%	0,1
		5010%	1
		50010%	10
	IV	525%	0,15
		5010%	1,5
		50010%	15
	V	125%	0,1
		1025%	1
		10025%	10
Нежесткий (модуль упругости менее 70 МПа)	III	5010%	1
		50010%	10
	IV	5010%	1,5
		50010%	15

8.5 При испытании в условиях повышенных или пониженных температур время, необходимое для полного прогрева или охлаждения образца до его испытания, должно задаваться нормативными доку ментами или технической документации на испытуемый материал. Если таких указаний нет, то время выдержки образца при заданной температуре устанавливают не менее 20 мин на 1 мм его толщины.

8.6 Проводят испытания образцов на растяжение с измерением продольной и поперечной деформации. Для определения прочности при растяжении образец равномерно нагружают с заданной скоростью вплоть до его разрушения и записывают наибольшую нагрузку , которую выдержал образец. Частота записи данных - не менее трех точек в секунду и не менее 100 точек на одно испытание.

9 Обработка результатов

9.1 Прочность при растяжении , МПа, определяют по формуле

,

(1)

где - максимальная нагрузка, предшествующая разрушению образца, Н;

S - площадь поперечного сечения образца, :

для плоского образца

,

(2)

где - ширина образца, мм;

- толщина образца, мм;

для образца-трубки

,

(3)

где - наружный диаметр рабочей зоны образца, мм;

- внутренний диаметр образца, мм;

для образца-стержня

,

(4)

где - диаметр рабочей зоны образца, мм.

9.2 Относительное удлинение при разрыве , %, определяют по формуле

,

(5)

где - абсолютное удлинение расчетной длины образца при разрушении, мм;

- начальное значение расчетной длины, мм.

9.3 Модуль упругости при растяжении , МПа, определяют по формуле

,

(6)

где - произвольно выбранное приращение напряжения на упругом участке нагружения, МПа;

- приращение деформации, соответствующее приращению напряжения , мм/мм, которое определяют по формуле

,

(7)

где - приращение расчетной длины образца (), мм, при изменении напряжения на , мм.

9.4 Коэффициент Пуассона v определяют по формуле

,

(8)

где - изменение относительной поперечной деформации образца при изменении напряжения на ;

- изменение относительной продольной деформации образца при изменении напряжения на .

9.5 Предел текучести (МПа), условный предел текучести (МПа), относительное удлинение при текучести (%) определяют графически, как показано на рисунке 1.

10 Протокол испытаний

10.1 Результаты испытаний заносят в протокол испытаний, который должен содержать:

- наименование материала;

- наименование предприятия-изготовителя, метод изготовления, номер партии;

- количество и тип образцов, их маркировку и геометрические размеры;

- способ кондиционирования, температуру и влажность испытательной среды;

- тип средств измерений и испытаний, их заводской номер, класс точности датчика силы;

- режим испытания;

- значения модуля упругости, предела прочности при растяжении, предела текучести, условного предела текучести, относительного удлинения при текучести, относительного удлинения при разрыве и коэффициента Пуассона;

- любые отклонения от условий, описанных в настоящем стандарте;

- дату проведения испытаний;

- фамилию, имя, отчество и должность оператора;

- ссылку на настоящий стандарт.

10.2 Дополнительно протокол может содержать диаграммы деформирования и фотографии образцов.