Межгосударственный стандарт ГОСТ 25.601-80 "Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах" (введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 августа 1980 г. N 4448)

Design calculation and strength testings. Methods of Mechanical testing of Polymeric Composite Materials Test for Tensile Properties on Plane Specimens at Normal, Elevated and Low Temperatures

Дата введение установлена - 1 июля 1981 г.

Настоящий стандарт распространяется на полимерные композиционные материалы, армированные непрерывными высокомодульными углеродными, борными, органическими и другими волокнами, структура которых симметрична относительно их срединной плоскости, и устанавливает метод испытания этих материалов на растяжение при нормальной (20°С), повышенной (до 180°С) и пониженной (- 60°С) температурах.

Метод испытания на растяжение стеклопластиков установлен в ГОСТ 11262-80.

1. Сущность метода

1.1. Метод состоит в кратковременном испытании образцов из композиционного материала на растяжение с постоянной скоростью деформирования, при котором определяют:

предел прочности при растяжении - отношение максимальной нагрузки , предшествующей разрушению образца, к начальной площади его поперечного сечения, МПа:

предел пропорциональности - отношение нагрузки, при которой происходит отклонение от линейной зависимости между напряжением и деформацией, к площади начального поперечного сечения образца, МПа;

относительное удлинение при разрушении - отношение приращения длины мерной базы в момент разрушения к начальной длине мерной базы, %;

модуль упругости E - отношение напряжения к соответствующей относительной деформации при нагружении материала в пределах начального линейного участка диаграммы деформирования, МПа;

коэффициент Пуассона v - отношение поперечного относительного укорочения к продольному относительному удлинению образца при растяжении в пределах начального линейного участка диаграммы деформирования.

2. Оборудование для испытаний

2.1. Испытания проводят на разрывных и универсальных испытательных машинах, обеспечивающих растяжение образца с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата и измерение нагрузки с погрешностью не более 1% измеряемой величины.

2.2. Захваты испытательной машины должны обеспечивать надежное крепление и точное центрирование образца (продольная ось образца должна совпадать с направлением действия растягивающей нагрузки). Для надежного крепления образца при испытании высокомодульных, высокопрочных композиционных материалов рекомендуется применять захваты с насечкой на рабочих поверхностях под углом 45° с шагом 1 - 2 мм на длине 100 - 105 мм.

2.3. Для проверки соосности приложения нагрузки необходимо установить и испытать один специальный образец, как минимум, с тремя наклеенными тензорезисторами (черт.1): 1 и 2 - параллельно оси образца на одной его стороне, 3 - по оси образца с противоположной стороны. Разность показаний тензорезисторов на линейном участке диаграммы растяжения не должна превышать

;

;

Черт. 1

2.4. Для регистрации деформаций должны использоваться приборы, обеспечивающие измерение деформаций с погрешностью не более 1% предельного значения измеряемой величины. Могут быть использованы механические тензометры, тензопреобразователи сопротивления или другие приборы, прикрепление которых не создает дополнительных напряжений или деформаций и не оказывает влияние на определяемые характеристики.

2.5. Приборы для измерения геометрических размеров образца должны обеспечивать измерение с погрешностью не более 0,05 мм, если измеряемые размеры меньше 10 мм, и 0,1 мм, если измеряемые размеры не менее 10 мм.

3. Образцы

3.1. Для испытаний однонаправленных композиционных материалов применяют образцы в виде полосы прямоугольного сечения с закрепленными на концах накладками (черт. 2). При определении модулей упругости и коэффициента Пуассона этих материалов могут также использоваться образцы-полоски без накладок (черт. 3.)

Черт. 2	Черт. 3

3.2. Для испытаний композиционных материалов с неоднонаправленной арматурой применяют образцы в виде лопатки, форма и размеры которых приведены на черт. 4. Допускается использование образцов, указанных в п. 3.1.

Черт. 4

3.3. Отклонение образцов от номинальных размеров по ширине и толщине рабочей зоны не должно превышать 0,05 мм.

3.4. Расположение арматуры должно быть симметрично относительно срединной плоскости образца, проходящей через его ось и параллельной плоскости укладки арматуры.

3.5. Условия изготовления образцов, механическая обработка, место и направление их вырезки из плит предусматриваются в нормативно-технической документации на композиционные материалы.

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

3.7. Накладки для образцов изготовляют из ортогонально армированных стеклопластиков или других материалов, модуль упругости которых в направлениях, перпендикулярных к оси образца, не превышает модуль упругости в этих же направлениях материала образца, а относительное удлинение при разрушении накладок не должно быть меньше относительного удлинения испытуемого материала. Направление укладки волокон на прилегающей к образцу поверхности накладок должно совпадать с направлением укладки волокна образца.

3.8. Рекомендуемая длина накладок для однонаправленных высокопрочных композитов составляет 90 - 100 мм.

3.9. Накладки при многократном использовании крепятся к образцу с помощью шлифовальной тканевой шкурки по ГОСТ 5009-82, на поверхность полотна которой приклеивают накладки, как указано на черт.5. Рекомендуется использовать клей БФ-2 по ГОСТ 12172-74 или другие аналогичные по механическим свойствам. Установка накладок на образец указана на черт.5. 

Черт. 5

3.10. В случае разового использования накладок их приклеивают непосредственно к образцу, как показано на черт. 2. Для приклейки накладок используют клей. Сдвиговая прочность клея должна составлять не менее 40 МПА. Технология приклейки накладок должна быть указана в нормативно-технической документации на материал образца.

3.11. Количество образцов, необходимое для определения одной из характеристик п. 1.1 в заданном направлении композиционного материала одной партии, должно быть не менее пяти. Если разрушение образца при испытании происходит не от нормальных напряжений или вне рабочей зоны, то данные в расчет не принимаются и образец заменяется.

4. Подготовка к испытанию

4.1. Кондиционирование образцов проводят в соответствии с техническими условиями или стандартами на материал. Если в этой документации не указаны условия кондиционирования, то перед испытанием образцы кондиционируют при одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423-66.

4.2. При отсутствии в нормативно-технической документации на материал специальных указаний время от окончания изготовления композиционного материала до испытания должно составлять не менее 16 ч, включая кондиционирование.

4.3. Перед испытанием измеряют толщину и ширину рабочей части образца в трех местах: по краям и в середине. Среднее значение толщины и ширины образца записывают в протокол испытаний и по ним, с точностью до трех значащих цифр, определяют площадь поперечного сечения образца.

5. Проведение испытаний

5.1. Испытания при нормальной температуре проводят в помещении или закрытом объеме при температуре и относительной влажности окружающего воздуха или другой среды, указанных в технических условиях на испытуемый материал. Если таких указаний нет, то испытания проводят при одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423-66.

Испытания при повышенных и пониженных температурах проводят в термокамерах для испытательных машин. Температуру испытаний и допускаемые ее колебания определяют в соответствии с техническими условиями или стандартами на материал, а при их отсутствии - по ГОСТ 14359-69.

5.2. При проведении испытаний в условиях повышенных и пониженных температур время, необходимое для полного прогрева или охлаждения образца до его испытания, должно задаваться нормативно-технической документацией на испытуемый материал. Если таких указаний нет, то время выдержки образца при заданной температуре устанавливают не менее 20 мин на 1 мм его толщины.

5.3. Образец в захватах испытательной машины устанавливают так, чтобы их продольные оси совпали с прямой, соединяющей точки крепления захватов в испытательной машине.

5.4. Для измерений деформации устанавливают механические экстензометры или другие приспособления (тензорезисторы наклеиваются на образец за 16 - 24 ч до установки в испытательную машину).

5.5. Задают скорость перемещения активного захвата машины (рекомендуемая скорость перемещения подвижного захвата 5 - 20 мм/мин).

5.6. Для определения предела прочности при растяжении, относительного удлинения при разрушении предела пропорциональности образец равномерно нагружают с заданной скоростью вплоть до его разрушения.

5.7. Для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона образец равномерно с заданной скоростью нагружают в пределах начального линейного участка диаграммы деформирования.

5.8. Для определения модуля упругости образец нагружают и записывают изменение продольной деформации образца или в зависимости от нагрузки (см. приложение 1).

5.9. Для определения коэффициента Пуассона образец нагружают и записывают приращение продольной и поперечной деформаций образца в заданной его плоскости (см. приложение 2).

5.10. Для определения относительного удлинения при разрушении и предела пропорциональности образец нагружают и записывают изменение продольной деформации в зависимости от нагрузки (см. приложение 3).

5.11. Для определения предела прочности при растяжении образец нагружают и записывают наибольшую нагрузку , которую выдержал образец.

6. Обработка результатов

6.1. Предел прочности при растяжении, () МПа, определяют по формуле

,

где - нагрузка, соответствующая пределу пропорциональности, Н.

b - ширина образца, мм;

h - толщина образца, мм;

6.2. Предел пропорциональности при растяжении (), МПа, определяют по формуле

,

где - нагрузка, соответствующая пределу пропорциональности, Н.

Примечание. Методика определения нагрузки дана в ГОСТ 9550-81.

6.3. Относительное удлинение при разрушении (), %, определяют по формуле

,

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

l - начальная расчетная длина образца, мм.

6.4. Модуль упругости при растяжении (E), МПа. определяют по формуле

,

где - приращение нагрузки, Н;

- изменение относительно продольной деформации образна при изменении нагрузки на ;

- приращение расчетной длины образца при изменении нагрузки на , мм.

6.5. Коэффициент Пуассона (v) определяют по формуле

,

где - изменение поперечной относительной деформации образца при изменении нагрузки на , измеренное по ширине или толщине образца (в зависимости от задания).

6.6. Статистическую обработку результатов испытания проводят при доверительной вероятности 0,95.

6.7. Форма протокола испытаний дана в приложении 4.