复合材料性能测试标准

Posted 2021-04-02 严说一点

复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。虽然复合材料各组分材料仍保持其相对独立性，但复合材料的性能却并非组分材料性能的简单加和，而是表现出远优于两者的性能。通常在复合材料中有一相为连续相，称为基体，用以粘结、固定、维持增强材料成一定形状；另一相为分散相，称为增强相或增强体，增强材料在复合材料中不构成连续相，它在基体支持下提供强度和刚度。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的，可以是增强纤维，也可以是颗粒状弥散的物料。不同增强材料的形态如图1 所示。

复合材料的分类方法很多，最基本的按照基体材料类型可以分为：聚合物基复合材料，其基体为有机聚合物高分子；金属基复合材料，其基体为金属，如铝基复合材料、铁基复合材料等；无机非金属基复合材料，其基体为陶瓷材料（也包括玻璃和水泥等）。

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复合材料的检测标准

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复合材料检测是基于一系列可规范、可比较、可再现的标准来进行的，在本文中，将国内复合材料的推荐标准进行一定程度的归纳，列出各标准的适用范围、使用心得和可获取结果等。以下内容也是复杂成品检测要求的基础。

增强材料常用标准

树脂基体常用标准

复合材料层板主要标准

夹层结构标准

其他相关复合材料标准

复合材料的检测，就是基于上述的标准进行的。对于出厂检验等所遵行的行业标准、产品标准，其检验项目是对应的产品材料检验以及成品型式检验，附以材料的技术指标、成品结构试验或运行试验的判定要求。此类标准中的材料检测就是使用上表中的基本检测标准方法。

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复合材料检测需求分析

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原材料选材

误区分析：试验检测并非越多越好，根据主要影响因素，参考正交表进行组合比较才能最快最准确的获得需求的材料组合。除非某个指标是特别关注的性能指标。其中增强纤维主要影响成品纤维方向的强度，浸润剂主要影响界面性能（主要面内剪切性能、次要拉伸强度），树脂主要影响热性能、层间性能、材料的韧性。

产品研发

误区分析：有些材料性能其实并非越高越好，如断裂延伸率，高的断裂延伸率往往意味着材料的刚性欠缺。又比如泊松比，只有控制在一定范围内的数值才有足够的参考价值。同时，产品研发需关注样品的破坏模式，因为这意味着该种设计可能存在的薄弱，如弯曲试验，破坏在受压面表示材料易失稳破坏，破坏在受拉面表示材料的受压侧有性能富余，破坏时带有分层现象表示材料的层间力稍显薄弱，屈服失效则表示树脂的韧性有富余。又如冲击试验，断裂和分层会带给相同样品完全不一样的能量吸收效果，轻微差异的树脂含量就有可能导致这样的状况。

产品检验

误区分析：产品检验必须和标准中的相关技术指标一一对应，然而有时会出现没有对应指标的状况，如管材检测，一般是以内径和壁厚来对照技术要求的，但若出现表格中没有的尺寸时，有的标准会给出相应的推导公式，有的标准则没有。此时，严格来说应当加严判定，即以表格中相近的两个技术要求中取高要求作为指标，不可以私自推导规律公式来计算技术指标。

故障分析

误区分析：故障分析是通过一次次试验来判定故障的主因，并不一定能找出引发故障的所有要素。一般故障点进行固化度和树脂含量的检测可以快速确认由于制作过程中失误操作导致的缺陷故障，而不是找出固有的设计或工艺缺陷。

检测注意事项

• 用于检测的层合板，必须明确标明受力的方向，如单向板材0°拉伸，必须将板材的0°方向以直线清晰标明，否则在检测中可能会出现受力轴与试样0°纤维有偏角的现象，导致检测结果的偏离；

• 试样的铺层方向需对称，除特殊需要外，用于试验检测的样板最好能专门制作，当其中使用多个方向的纤维作为增强材料时，其各个方向的纤维以中间层镜像铺设，否则在试验过程中会因为受力不对称产生额外力矩，使样品受力不均匀，提早破坏；

• 试样需平整，试样的厚度会影响试验测量，因而导致结果不准确。同时样品不平整也会容易造成应力集中现象。但是，不建议对试样进行深度打磨；

• 产品最好使用随炉试样，使用同批的基材和材料在生产的同时加工成板。