GB/T 33501-2017 碳 碳复合材料拉伸性能试验方法

　　ICS 83 . 120

　　Q 23

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 33501—2017

　　碳/碳复合材料拉伸性能试验方法

　　TestmethodfortensilepropertyofC/C composites

　　2017-02-28 发布 2018-01-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 33501—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国建筑材料联合会提出。

　　本标准由全国纤维增强塑料标准化技术委员会(SAC/TC 39)归口 。

　　本标准起草单位：湖南博云新材料股份有限公司、中国飞机强度研究所、中南大学。

　　本标准主要起草人：徐惠娟、张红波、李磊、左劲旅、沈薇、李保健、杨波。

　　GB/T 33501—20 17

　　碳/碳复合材料拉伸性能试验方法

　　1 范围

　　本标准规定了碳/碳复合材料室温拉伸性能试验方法的术语和定义、试验设备、试样、试验条件、试验步骤、计算和试验报告。

　　本标准适用于室温下测定三维穿刺碳/碳复合材料和准三维针刺碳/碳复合材料的拉伸强度、拉伸弹性模量、泊松比、比例极限应力、比例极限应变。 类似结构的碳/碳复合材料也可参照执行。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则

　　GB/T 3961 纤维增强塑料术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 3961 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　碳/碳复合材料 C/C composites

　　碳纤维增强碳基的复合材料。

　　3.2

　　三维穿刺碳纤维织物 puncturedthree-dimensionalcarbonfibretexture

　　xY 向为连续长碳纤维铺层，Z 向采用连续长碳纤维束双向贯穿而制成的三维整体织物。

　　3.3

　　三维穿刺碳/碳复合材料 puncturedthree-dimensionalcarbonfibrereinforcedcarboncomposites

　　用三维穿刺碳纤维织物作为增强体制备的碳/碳复合材料。

　　3.4

　　准三维针刺碳纤维织物 needledquasi-three-dimensionalcarbonfibretexture

　　xY 向为碳纤维无纬布或碳纤维经编有纬布与短碳纤维网胎铺层，Z 向采用针刺工艺引入短碳纤维而制成的准三维整体织物。

　　3.5

　　准三维针刺碳/碳复合材料 needledquasi-three-dimensionalcarbonfibrereinforcedcarboncomposites

　　用准三维针刺碳纤维织物作为增强体制备的碳/碳复合材料。

　　3.6

　　Xy 向 theXy direction

　　碳/碳复合材料中无纬布或连续长纤维平铺平面的方向。

　　3.7

　　z 向 thez direction

　　碳/碳复合材料中垂直于 xY 向的方向。

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　　4 试验设备

　　试验机和测量仪器应符合 GB/T 1446 的规定。

　　5 试样

　　5 . 1 试样形状与尺寸

　　碳/碳复合材料拉伸试样为扁平状，取样方向有两种：XY 向和 Z 向 。三维穿刺碳/碳复合材料拉伸试样形状见图 1,准三维针刺碳/碳复合材料拉伸试样形状见图 2,对应的试样尺寸见表 1 。 三维穿刺碳/碳复合材料 Z 向拉伸试样的工作段应保证横截面(XY平面)内至少包含完整的 3 × 3 纤维束。

　　说明：

　　L — 总长度;

　　L0 — 工作段长度;

　　L1 — 夹持段长度;

　　R — 过渡半径;

　　∞ —工作段宽度;

　　b —夹持段宽度;

　　h —厚度。

　　图 1 三维穿刺碳/碳复合材料拉伸试样

　　说明：

　　L — 总长度;

　　L0 — 工作段长度;

　　b —宽度;

　　h —厚度。

　　图 2 准三维针刺碳/碳复合材料拉伸试样

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　　表 1 碳/碳复合材料拉伸试样尺寸 单位为毫米

　　5 . 2 试样制备

　　试样制备按 GB/T 1446 的规定，同时在加工试样过程中应遵循如下原则：

　　a) 样坯从制品上切取后，应及时做好方向标记并注明此样坯将会制取成何种方向的拉伸试样。

　　b) 加工后的拉伸试样应进行外观目视检查。 对于三维穿刺碳/碳复合材料 Z 向拉伸试样，应保证横截面(XY平面)内至少包含 3 × 3 束纤维整数，且工作段 9 束碳纤维完整。

　　5 . 3 试样数量

　　每组有效试样应不少于 5 个 。

　　6 试验条件

　　6 . 1 试验环境

　　试验标准环境应满足 GB/T 1446 的规定。

　　6 . 2 试样状态调节

　　试验前，试样在实验室标准环境条件下至少放置 24 h。

　　7 试验步骤

　　7 . 1 试验前准备

　　7 . 1 . 1 按 GB/T 1446 的规定检查试样外观，对每个试样编号。

　　7 . 1 . 2 按 6 . 2 的规定对试样进行状态调节。

　　7 . 1 . 3 试样状态调节后，在试样工作段三个截面测量宽度 ∞ 和厚度h，并取三次测量的算术平均值。测量精度不低于 0 . 02 mm。

　　7 . 2 试样安装

　　7 . 2 . 1 将试样对中夹持于试验机上、下夹头的夹块内，使载荷中心与试样轴向中心线一致。

　　7 . 2 . 2 夹持力在表 2 推荐的范围内进行调整，以避免夹持力过大造成试样夹持部位破坏。

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　　表 2 推荐的夹持力

　　7 . 2 . 3 安装引伸计时，引伸计的标距中心与试样标距中心保持一致。

　　7 . 3 加载

　　7 . 3 . 1 按 0 . 5 mm/min~1.0 mm/min 的加载速率对试样连续加载，直至试样破坏。 连续测量并记录载荷-应变数据、最大载荷。

　　7 . 3 . 2 试样破坏后对试样断裂部位进行外观目视检查，并记录试样破坏模式。 试样在夹持段根部和夹持段内破坏的均为无效试样。 试样典型破坏模式参见附录 A。

　　8 计算

　　8 . 1 拉伸应力/拉伸强度

　　拉伸应力和拉伸强度分别按式(1)和式(2)计算，结果保留三位有效数字：

　　…………………………( 1 )

　　…………………………( 2 )

　　式中：

　　σi —试样的拉伸应力，单位为兆帕(MPa) ;

　　σb —试样的拉伸强度，单位为兆帕(MPa) ;

　　Pi — 试样承受的载荷，单位为牛顿(N) ;

　　Pmax — 试样承受的最大载荷，单位为牛顿(N) ;

　　∞ —试样工作段宽度，单位为毫米(mm) ;

　　h —试样工作段厚度，单位为毫米(mm)。

　　8 . 2 拉伸弹性模量

　　拉伸弹性模量按式(3)计算，结果保留三位有效数字：

　　E …………………………( 3 )

　　式中：

　　E —试样的拉伸弹性模量，单位为吉帕(GPa) ;

　　△σ —拉伸应力-应变曲线上初始直线段上两个应变点(在 0 . 005%~0.05%应变范围内取值)对应拉伸应力的差值，单位为兆帕(MPa) ;

　　△ε —拉伸应力-应变曲线上初始直线段上两个应变点(在 0 . 005%~0.05%应变范围内取值)对

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　　应应变量的差值。

　　8 . 3 泊松比

　　泊松比按式(4)计算，结果保留三位有效数字：

　　…………………………( 4 )

　　式中：

　　ν —泊松比;

　　Δεt —对应载荷增量 Δp 的横向应变增量(在应力-应变曲线上初始线性段);

　　Δεl —对应载荷增量 Δp 的纵向应变增量(在应力-应变曲线上初始线性段)。

　　8 . 4 比例极限应力和比例极限应变

　　在拉伸应力-应变曲线上，将应力-应变初始线性段沿应变轴平移到一给定的应变偏移量(推荐采用0.05%),平移后的初始线性段与应力-应变曲线相交，该交点所对应的应力值和应变值即为比例极限应力和比例极限应变，分别用 σ0.05 和 ε0.05 表示，见图 3 。

　　图 3 比例极限应力和比例极限应变确定方法示意图

　　8 . 5 统计

　　对于每一组试样，按 GB/T 1446 的规定计算每一种性能的算术平均值、标准差和离散系数。

　　9 试验报告

　　试验报告一般包括下列内容：

　　a) 试验项目名称、执行标准和方法;

　　b) 试验时间和地点、试验环境条件;

　　c) 试样来源，材料品种及规格;

　　d) 试样编号和尺寸、试样方向及数量;

　　e) 试验设备及仪器的型号、规格;

　　f) 加载速率;

　　g) 每个试样的测定值，每组试样的算术平均值、标准差与离散系数;

　　h) 必要时，给出每个试样的破坏模式;

　　i) 试验人员、日期及其他。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　碳/碳复合材料拉伸试验的破坏模式

　　A.1 碳/碳复合材料拉伸试验破坏模式采用代码形式，用三个大写英文字母表示代码，见表 A. 1 。

　　表 A.1 试样破坏模式代码

　　A.2 典型破坏模式和代码如图 A. 1 所示。

　　图 A.1 碳/碳复合材料拉伸试验典型破坏模式/代码示例