复合材料变形和回复的试验方法
为了表征复合材料的蠕变、松弛和回复等行为,初仅是针对普通材料而制定的ASTM测试方法目前已被适当地复合材料的测试。本文对量化复合材料变形和回复的方法及手段进行了阐述。
大多数复合材料包括聚合物基复合材料,一般不会显示出与蠕变、松弛和回复相关的性能。尽管基体材料会发生永久变形,但纤维增强材料一般不会变形,因而能够保持其尺寸的稳定性。不过材料配置、负载条件和使用环境等因素都可能会引起材料发生有利或不利的尺寸变化。
用于表征这些行为的标准化测试方法已被制定。虽然初仅是针对普通材料,而不是针对复合材料,但是这些测试方法目前已被适当地用于复合材料的测试。复合材料的压缩形变测试就是按照ASTM D3951进行的。该标准包括方法A-蠕变和方法B-回复。虽然所需的载荷可以由试样上堆叠的静负载提供,但是要把试样在各种环境中长时间地暴露于负载下的这种需要,已使简单的夹具仅适用于通常选择。
一种弹簧加载的框架被用来施加方法A中的蠕变负载。先校准该弹簧,使得一个给定的扰度能产生一个给定的力,或者使用一台外部的试验机向弹簧(和试样)施加所需的力。在后一种情况下,弹簧被保持在压缩状态,而且可以将该框架从试验机中拿下来用作其他用途。因为这种施加负载的方式比施加静负载要更加稳定、便携和紧凑,所以很容易把弹簧加载的框架从各种温度、湿度和紫外线箱中以及盐雾浴、水浴和其他液体浴中移出或移进,以模拟实际使用环境的各种变化,同时根据暴露的时间监测试样的变形过程。
虽然ASTM D395只包括压缩蠕变,但是相同的步骤可以被用来测量拉伸蠕变,在ASTM D2294中就描述了一种可以用于测试拉伸蠕变的合适仪器。
为了确定回复情况,先在一个给定的时间内利用刚性板夹持圆盘状试样,然后在夹持力释放后,监测其回复率。用于此测试目的一个典型夹具如图1所示,它已完成组装,但还没有安装试样。先充分地拧松螺栓,根据试样的大小和被测试样的总数,把一个或多个试样放在每个开口处。然后拧紧螺栓,直到板接触到间隔条,把试样压缩一个固定值。试样的压缩量取决于对比垫片的试样厚度。例如,在初是为测试橡胶而制定的ASTM D395标准中,其规定的初始压缩变形量为25%。
对于聚合物和复合材料,初始变形对于应用来说是恰当的,也许只有百分之几,并通过间隔条的厚度来进行控制。在一段规定的时间(通常少于100 h)后,将试样从夹具中拿下来,并监洲其厚度的回复率。这个小型轻便的回复测试夹具也可以很容易地从暴露环境中移出或移进。
需要注意的是虽然ASTM D395不包括松弛(负载减少),但是当试样在夹具中,可以将测力传感器可以与螺栓一起使用来监测夹持力随时间而下降以及试样取下来后的回复速度。

此外,ASTM D395只考虑了压缩载荷的影响。但是ASTM D1329是一个在拉伸载荷后考虑回复的标准例子,图1中显示了一台一次可测试6个拉伸试样的典型装置。像前面提到的夹具,这种容易运输的装置可以放置在任何暴露的环境中。如图1所示,这些试样拥有增大的末端。这些末端可以提供一个较大的表面以供夹持,并可以确定试样的标距长度(即横截面积缩小的试样比度,大多数变形发生在这段横截面处)。虽然在原则上标距长度可以由测试机构确定,但是ASTM D1329确实规定了3个标准的标距长度:1.0 in、1.5 in或2.0 in.(即25mm、38mm或51mm)。正如图中所示,每个试样的一端被固定在(压板)夹杆下,另一端被夹在单独的夹具中。然后当夹具被拉伸并固定在底板上时,每个试样被手动拉伸到所需的长度。
特别是ASTM D1329,它可以确定试样随温度而变的回复量(回缩)。当试样以一个伸长的状态被夹持并暴露在一个非常低的温度后,当它缓慢升温至室温时,监测该试样的变化。但是,当试样在变形的情况下、接触高温后冷却至室温,或者试样在变形的情况下吸收溶剂或其他液体后,也可以采用相同的步骤来监测其回复量。








































