1307650377876608575-复合材料测试方法

复合材料测试方法第一章力学性能测定0描述力学性能的基本物理量1拉伸试验2弯曲试验3冲击试验4硬度5疲劳6磨损§1-1描述力学性能的基本物理量一、应力与应变应变——当材料受到外力作用而它所处的环境又使其不能产生惯性移动时，它的几何形状和尺寸就会发生变化，这种变化就称为“应变”。应力——当材料产生宏观变形时，材料内部分子间或者原子间原来的引力平衡受到了破坏，因而会产生一种附加的内力来抵抗外力、恢复平衡。当到达新的平衡时附加内力和外力大小相等，方向相反。单位面积上的附加内力称为“应力”。1、简单拉伸——材料受到一对垂直于材料截面、大小相等、方向相反并在同一直线上的外力作用拉伸应变：ε=L-Lo/Lo=ΔL/Lo也称为伸长率，无量纲。拉伸应力：σ=F/AoAo是材料的起始截面积；应力的单位是N/m2，称为“帕斯卡”。简单拉伸示意图A0l0lDlAFF2.均匀压缩——材料受到均匀围压力的作用材料的压缩应力就是所受到的围压力P；受力后材料的体积发生变化，由原来的Vo减小为Vo-ΔV，压缩应变为：Δ=ΔV/Vo3.简单剪切——材料受到与截面平行、大小相等、方向相反，但不在一条直线上的两个外力作用，使材料发生偏斜。其偏斜角的正切值定义为剪切应变。剪切应变：γs=S/d=tgθ——剪切角的正切剪切应力：τs=F/A。剪切应力的单位也是N/m2（帕斯卡）。A0FF4、弯曲——对材料施加一弯曲力矩，使材料发生弯曲。主要有两种形式：F一点弯曲三点弯曲5、扭转——对材料施加扭转力矩FF简单拉伸时：杨氏模量E=σ/ε=（F/Ao）/（ΔL/Lo）简单剪切时：剪切模量G=τs/γs=（F/Ao）/tgθ均匀压缩时：体积模量B=P/Δ=PVo/ΔV由于应变是无量纲的物理量，所以模量的单位与应力的单位相同，都是N/m2（帕斯卡）。二、弹性模量——在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小。是材料刚性的一种表征，代表材料抵抗变形的能力。三、材料强度——材料抵抗外力破坏的能力拉伸强度——材料抵抗拉伸破坏的能力，也称抗张强度。在规定的的温度、湿度和拉伸速度下，对标准尺寸的哑铃状试样施加拉伸载荷。当材料被拉断时，试样所承受的最大载荷P与试样的横截面积（宽度与厚度的乘积）之比即为材料的拉伸强度：σt=P/bd由于在拉伸过程中试样的宽度和厚度不断变化，所以一般采用试样起始的尺寸来计算拉伸强度。试验步骤准备试样——做标距、测量尺寸；用夹具夹持试样选定试验量程和拉伸速度，进行试验记录试验数据计算试验结果bdFt100ootLLL拉伸试验中的术语拉伸强度——拉伸试样至断裂为止所承爱受的最大拉伸应力断裂强度——拉伸试样断裂时所对应的拉伸应力屈服强度——在拉伸应力-应变曲线上屈服点处的拉伸应力定伸强度——应力-应变曲线偏离直线后达规定应变百分数时的拉伸应力断裂伸长率——试样断裂时标线间距离增加量与初始标距之比，以百分数表示拉伸弹性模量——应力-应变曲线上直线部分的斜率复合材料性能测试压缩破坏复合材料性能测试压缩破坏压缩试验复合材料性能测试压缩测试复合材料性能测试三点弯曲破坏复合材料性能测试2三点弯曲复合材料性能测试四点弯曲2.弯曲强度——材料抵抗弯曲破坏的能力在规定的试验条件下对标准试样施加一个弯曲力矩，直到试样断裂：试验机——电子万能材料试验机试验步骤准备试样——做标距、测量尺寸；根据试样种类选择量程；根据试样厚度选择跨度、速度和压头；安放试样于支座上；开动试验机，加载并记录试验数据在规定挠度之前断裂，记录断裂负荷或最大负荷在规定挠度时未断裂，记录达规定挠度时的负荷计算试验结果223bdPLf334bdDPLEfDD3.冲击强度——材料抵抗冲击载荷破坏的能力，反映材料的韧性指标。通常定义为试样在冲击载荷作用下破坏时单位面积吸收的能量。)/(2mJbdWI冲击强度的试验方法有许多种，包括摆锤式冲击试验、落球式冲击试验、高速拉伸试验等。设W为试样断裂所消耗的功，可以有两种表示材料抵抗冲击载荷破坏的强度：冲击韧性：韧性测试简支梁冲击强度试样的两端有支撑，摆锤冲击试样的中部简支梁冲击试验步骤准备试样——测量尺寸；根据试样断裂能选择摆锤；检查试验机零点和支座；将试样水平放置于支座上，试样中心或缺口位置与锤刃对准，缺口背对锤刃；平稳释放摆锤，从表盘读取试样断裂能；计算试验结果bdAnnbdAkk23悬臂梁冲击强度夹具夹具试样摆锤试样一端固定一端自由摆锤冲击试样自由端试验步骤准备试样——测量尺寸；根据试样断裂能选择摆锤；检查试验机零点和支座；将试样垂直夹持在支架上，缺口对向锤刃；平稳释放摆锤，从表盘读取试样断裂能；计算试验结果相关标准GB1040-92塑料拉伸试验GB1043-93塑料简支梁冲击试验GB1843-96塑料悬臂梁冲击试验GB9341-2000塑料弯曲试验ASTMD-256-05塑料悬臂梁冲击试验4、硬度——表征材料表面抵抗外力变形的能力由一种较硬的材料做为压头，在一定的试验条件下将压头压入试样中，以压痕的深度计算材料的硬度。6、材料的磨损性能复合材料缺陷及无损检测常见的复合材料缺陷产生领域：生产、运输和使用过程类型：孔洞（voids,porosity)树脂裂纹(resincracks)脱胶(debonds)分层(delaminations)撞击(impactdamage)纤维断裂(brokenfibres)根据美国国家宇航局(NASA),可分为6大类约70余种。常规无损检测方法超声检测UltrasonicTesting(UT)射线检测RadiographicTesting(RT)磁粉检测MagneticparticleTesting(MT)渗透检测PenetrantTesting(PT)涡流检测EddycurrentTesting(ET)射线检测（探伤）超声检测（探伤）脉冲反射法磁粉检测（探伤）利用漏磁和合适的检验介质发现试件表面和近表面的不连续性的无损检测方法。主要工艺过程包括预处理、磁化工件、施加磁粉、磁痕分析、退磁和后处理六个步骤。退磁渗透检测渗透检测涡流检测利用铁磁线圈在工件中感生的涡流,分析工件内部质量状况的无损检测方法称为涡流检测将交流电施加在导体上，例铜线圈，在导体空间产生磁场。如果将一个导体放入该变化的磁场中，涡流将在此导体中产生。当导体的表面及近表面出现缺陷时，会影响涡流的强度和分布。涡流检测仪非常规检测方法声发射AcousticEmission(AE)光全息成像OpticalHolography红外热成像InfraredThermography微波检测MicrowaveTesting机械阻抗MechanicalImpedance泄漏检测LeakTesting(LT)常见的无损检测方法常见的无损检测方法声发射1.定义：通过对试件进行一系列加载和卸载循环，并在循环过程中逐渐加大载荷以使试件产生应力波，从而反映试件的内部微观结构情况。2.特点：可用于实时动态检测可以用于对不透明试件进行检测很难区分缺陷产生的信号和噪音信号所得信息为间接信息，不够直观定性检测，难以定量接触试件3.应用：纤维断裂、脱胶和分层常见的无损检测方法激光全息成像1.定义：利用全息干涉计量技术，把相干性好的激光照射到试件表面，通过热、机械等加载方式使试件表面产生微小变形，比较加载前后的两组光波波前的形状，根据干涉条纹的变化来判断是否有缺陷。2.特点：实时动态非接触全场（检测面积大）精度高定量检测对试件表面要求高对环境要求较高3.应用：脱胶和分层，空洞、撞击常见的无损检测方法激光全息成像4.效果图常见的无损检测方法激光全息成像5.效果图常见的无损检测方法激光全息成像6.剪切散斑技术常见的无损检测方法激光全息成像7.面内变形:常见的无损检测方法激光全息成像常见的无损检测方法激光全息成像常见的无损检测方法激光全息成像常见的无损检测方法红外热成像：借助物体热辐射得到热气像的检测技术特点：非接触实时高效直观常见的无损检测方法红外热成像常见的无损检测方法红外热成像铝蜂窝芯子碳\环氧面板常见的无损检测方法红外热成像泡沫芯子碳\环氧面板第二部分材料化学性能测试第三部分聚合物分子量和分子量分布的测定一、端基分析法使用端基分析法测定聚合物分子量的条件：1）聚合物必须是已知化学结构的线型或支链型大分子；2）大分子链端带有可供定量分析的基团；3）每个分子链上所含的基团数量是一定的；§2-1数均分子量的测定1)精确称量出试样重量W；2)测出重量为W的试样中端基的摩尔数nt；2)根据每个大分子链所带有的端基数X，得到试样的摩尔数3)计算出聚合物的分子量XnNttnnXWNWM端基分析法测定聚合物分子量的程序：端基分析法测定聚合物分子量的特点：1）端基分析法测定的是数均分子量；2）方法适用于一些缩聚产物（尼龙、聚酯）分子量的测定；3）当聚合物分子量较高时实验误差比较大，其测量分子量的上限为二万左右；依据——溶液的依数性；沸点升高值（ΔTb）与溶质的性质无关。但是与溶质的摩尔分数成正比，即与溶质的分子量成反比。一、沸点升高法PTPAPoATbT’b1§3-1数均分子量的测定对于理想溶液AABBvbvbBbMWMWHRTHRTXT//22DDD若溶剂种类一定而且重量取1000克，可以简化为：C——溶液浓度（g/kg）；MB——溶质分子量；Kb——沸点升高常数（℃/重量摩尔浓度）；BbbMCkTD实验方法：1）在不同溶液浓度条件下测定沸点升高值ΔTb；2）以(ΔTb/C)对C作图，并将曲线外推至C→0，得到外推值（ΔTb/C）c→0；3）以外推值（ΔTb/C）c—0计算聚合物分子量MB=Kb/（ΔTb/C）c—0；对于高分子溶液：只有当溶液浓度非常稀时，高分子溶液才表现出与理想溶液相同的行为。因此必须采取外推至极稀浓度的方法进行处理。沸点升高法测定聚合物分子量的特点：1）测定的分子量是数均分子量；2）测量方法受到分子量大小的限制，测定的上限是一万；3）对溶剂有一定要求——沸点下聚合物不分解；4）测量时必须达到热力学平衡；二、渗透压法对于理想溶液：Po半透膜溶剂池溶液池PohП=ρgh122122211)1ln(ln~nnRTnnnRTRTXXRTXRTVMCRTVnMWRT11~/C——溶液浓度g/ml；M——溶质分子量；高分子溶液的П/C与溶液浓度C有关：一般情况下取前两项即可：以П/C对C作图，由直线斜率可求得A2，由直线截距可计算出分子量。渗透压测量聚合物的分子量是一种比较好的方法(方便、精确），该方法测量分子量的范围是104—106之间，得到的也是数均分子量。)1(2CAMRTC)1(232CACAMRTC渗透压测定的影响因素渗透膜的选择——聚合物分子不能通过；对溶剂的透过率足够大；不与溶剂发生反应、不会被溶解。溶剂——在使用前必须经过脱气和过滤。阀件的密封性要好；池中溶液造成的静压力要尽可能小。第四部分聚合物流变性能测定测定聚合物流变性能的目的：1）为选择材料成型加工方法、确定成型加工条件提供依据；2）研究添加剂对聚合物流动性能的影响；3）研究聚合物材料的粘弹性；4）研究聚合物共混材料的形态和相行为。本章内容§3-1熔体流动速率测试仪§3-2毛细管流变仪§3-3旋转式流变仪§4-1熔体流动速率测试仪定义——在一定温度和压力下，聚合物熔体在10分钟内流过一个规定直径和长度的标准口模的质量克数（g/10min）。用途——1）表征聚合物的流动性；2）表征聚合物分子量大小；表征聚合物分子量的前提——只有在化学组成和结构都相同的情况下才可以用熔体流动速率比较聚合物分子量的相对大小。熔体流动速率测定仪测试步骤加热仪器至所要求的测试温度；准备试样——粒料、粉料或碎片；选择负荷法码；将试样加入料筒、压实并预热；计时并切割挤出物；称重并计算试验结果常见热塑性塑料测试条件聚合物温度/℃负荷/KgPS2005PE1902.16/5/21.6PP