GB/T 33621-2017 三维编织物及其树脂基复合材料弯曲性能试验方法

　　ICS 59 . 100 . 99 w 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 33621—2017

　　三维编织物及其树脂基复合材料弯曲

　　性能试验方法

　　Testmethodforbendingpropertiesof

　　3D braidedfabricanditspolymermatrixcomposites

　　2017-05-12 发布 2017-12-01 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 33621—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国纺织工业联合会提出。

　　本标准由全国纺织品标准化技术委员会(SAC/TC 209)归口 。

　　本标准起草单位：纺织工业标准化研究所、中纺标检验认证有限公司、天津工业大学、中国产业用纺织品行业协会。

　　本标准主要起草人：章辉、吕静、李桂梅、陈利、刘飞飞、张一帆、孙颖、斯颖、焦亚男、李嘉禄、赵瑾瑜。

　　GB/T 33621—20 17

　　三维编织物及其树脂基复合材料弯曲

　　性能试验方法

　　1 范围

　　本标准规定了三维编织物及其树脂基复合材料弯曲性能的试验方法。

　　本标准适用于三维编织物及其树脂基复合材料。

　　本标准不适用于具有异型结构的三维编织物。

　　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—2005 纤维增强塑料性能试验方法总则

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　三维编织物 3D braidedfabrics

　　采用三维编织工艺，编织纱在空间四个方向上交错移动、相互交织，形成一个不分层的整体织物。

　　3.2

　　树脂基三维编织复合材料 3D braidedpolymermatrixcomposites

　　以有机聚合物为基体，三维编织物为增强体的复合材料。

　　3.3

　　编织单胞 braidingunitcell

　　三维编织物中最小的完整编织单元，如图 1 所示。

　　图 1 三维编织复合材料编织单胞

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　　3.4

　　单胞长度 lengthofunitcell

　　花节长度 braidedpitchlength

　　编织结构长度方向(编织成型方向)上相同取向的编织纱线间的间距，是一个编织机器循环所形成的织物长度，如图 1 所示。

　　3.5

　　单胞宽度 widthofunitcell

　　花节宽度 braidedpitchwidth

　　编织结构宽度方向上相同取向的编织纱线间的间距，如图 1 所示。

　　4 试验原理

　　织物：采用无约束支撑，通过三点弯曲，以恒定的加载速率加载试样，使试样产生弯曲至弯曲应力开始减小时，记录整个加载过程中施加在试样上的最大载荷以及载荷-挠度曲线，计算试样的最大弯曲应力。

　　复合材料：采用无约束支撑，通过三点弯曲，以恒定的加载速率使试样破坏或达到预定的挠度值。在整个过程中，测量施加在试样上的载荷和试样的挠度，确定弯曲强度、弯曲弹性模量以及弯曲应力与挠度的关系。

　　5 试样及材料

　　5 . 1 试样制备

　　5 . 1 . 1 织物试样

　　试样可以单独编织，或从整块编织样品上裁剪得到。

　　5 . 1 . 2 复合材料试样

　　将三维编织试样整体树脂固化，试样可以单独模塑成型，不用切割;或从一块平板上通过机械加工得到。

　　注 1 ：试样固化工艺可与有关方协议。 推荐的固化工艺参见表 A. 1 。

　　注 2：具有异型结构的三维编织树脂基复合材料，可测试其随炉件。

　　5 . 2 试样型式和尺寸

　　测定弯曲应力、弯曲模量和弯曲载荷-挠度曲线试样型式和尺寸见图 2 。推荐在其厚度方向上最少保证一个完整的单胞，推荐试样宽度与单胞宽度之比至少大于 2 ∶ 1 。对于按推荐的比例关系确定的试样宽度和相应标准给定的试样宽度，应选取两者中的较大值，以确保在试样工作段内包含 2 个以上单胞 。厚度通常为 2 mm~5 mm,仲裁试样厚度为 4 mm。

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　　说明：

　　L —试样长度，L≥20 h ;

　　b —试样宽度，(15±0.5)mm;

　　h —试样厚度，2 mm~5 mm。

　　图 2 试样

　　5 . 3 试样数量

　　织物与复合材料应至少各取 5 个试样进行试验。

　　6 试验设备

　　6 . 1 试验机

　　试验机应符合 GB/T 1446—2005 第 5 章的规定。

　　6 . 2 夹具

　　6 . 2 . 1 弯曲试验装置示意图见图 3 。

　　说明：

　　1 — 试样支座;

　　2 — 加载上压头;

　　3 — 试样;

　　L — 试样长度; l —跨距;

　　h —试样厚度;

　　R — 加载上压头圆角半径;

　　r —支座圆角半径; P — 载荷。

　　图 3 弯曲夹具

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　　6 . 2 . 2 加载上压头应为圆柱面，其半径 R= ( 5±0 . 1 ) mm。

　　6 . 2 . 3 支座圆角半径 r：

　　a) 试样厚度 h>3 mm 时，r=(2±0.2)mm;

　　b) 试样厚度 h≤3 mm 时，r=(0.5±0.2) mm,若试样出现明显支座压痕，选用 r= (2±0.2) mm。

　　7 试验条件

　　7 . 1 试验标准环境条件

　　温度：(23±2) ℃;相对湿度：(50±10) %。

　　7 . 2 加载速度

　　7 . 2 . 1 织物试样

　　测定织物试样时，加载速度为 20 mm/ min。

　　7 . 2 . 2 复合材料试样

　　测定复合材料弯曲弹性模量及载荷-挠度曲线时，加载速度一般为 2 mm/ min。 测定弯曲强度时，常规试验加载速度为 10 mm/ min。

　　8 试验步骤

　　8 . 1 织物试样

　　8 . 1 . 1 试验前，试样在试验标准环境条件下至少放置 16 h。

　　8 . 1 . 2 将试样进行编号、画线和测量试样工作段任意三处的宽度和厚度，取算术平均值，保留两位小数。

　　8 . 1 . 3 调节跨距 l及上压头的位置，准确至 0 . 5 mm。 加载上压头位于支座中间，且使上压头和支座的圆柱面轴线相平行。 跨距 l可按试样厚度h 换算而得：l=(16±1)h,将试样对称地放在两支座上，调整上压头至其表面刚好与试样表面接触。

　　8 . 1 . 4 设定加载速度为 20 mm/min,加载试样，使试样产生弯曲至弯曲应力开始减小时停止试验，记录试样上的最大载荷以及载荷-挠度曲线。

　　8 . 1 . 5 力学性能试样每组不少于 5 个 。

　　8 . 2 复合材料试样

　　8 . 2 . 1 试验前，试样在试验标准环境条件下至少放置 24 h。

　　8 . 2 . 2 将试样进行编号、画线和测量试样工作段任意三处的宽度和厚度，取算术平均值，保留两位小数。

　　8 . 2 . 3 调节跨距 l及上压头的位置，准确至 0 . 5 mm。 加载上压头位于支座中间，且使上压头和支座的圆柱面轴线相平行。 跨距 l可按试样厚度h 换算而得：l=(16±1)h。

　　8 . 2 . 4 标记试样受拉面，将试样对称地放在两支座上。 必要时，在试样上表面与加载压头间放置薄片或薄垫块，防止试样受压失效。

　　8 . 2 . 5 将测量变形的仪表置于跨距中点处，与试样下表面接触。 施加初载(约为破坏载荷的 5%),检查和调整仪表，使整个系统处于正常状态。

　　8 . 2 . 6 加载速度按 7 . 2 . 2 设定。

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　　8 . 2 . 7 测定弯曲强度时，在挠度小于 1 . 5 倍试样厚度下出现破坏的材料，记录最大载荷或破坏载荷。 在挠度等于 1 . 5 倍试样厚度下未出现破坏的材料，记录该挠度下的载荷。 测定弯曲弹性模量及载荷-挠度曲线时，可连续加载。

　　8 . 2 . 8 绘制试样破坏前的载荷-挠度曲线。

　　8 . 2 . 9 力学性能试样每组不少于 5 个 。

　　9 计算结果与表达

　　9 . 1 织物试样

　　按式(1)计算试样的最大弯曲应力，取所有试样的平均值作为试验结果，结果保留两位小数。

　　…………………………( 1 )

　　式中：

　　σm —最大弯曲应力，单位为兆帕(MPa) ;

　　P — 试样受到的最大载荷，单位为牛顿(N) ;

　　l —跨距，单位为毫米(mm) ;

　　b —试样宽度，单位为毫米(mm) ;

　　h —试样厚度，单位为毫米(mm) 。

　　9 . 2 复合材料试样

　　9 . 2 . 1 弯曲强度 σf(或挠度为 1 . 5 倍试样厚度时的弯曲应力)按式(2)计算，取所有试样的平均值作为试

　　验结果，结果保留两位小数。

　　…………………………( 2 )

　　式中：

　　σf —弯曲强度(或挠度为 1 . 5 倍试样厚度时的弯曲应力)，单位为兆帕(MPa) ;

　　P — 破坏载荷(或最大载荷，或挠度为 1 . 5 倍试样厚度时的载荷)，单位为牛顿(N) ;

　　l —跨距，单位为毫米(mm) ;

　　b —试样宽度，单位为毫米(mm) ;

　　h —试样厚度，单位为毫米(mm) 。

　　注：如果考虑挠度 S 作用下支座水平分力引起弯矩的影响，可按式(3)计算弯曲强度：

　　…………………………( 3 )

　　式中：

　　S— 试样跨距中点处的挠度，单位为毫米(mm) 。

　　9 . 2 . 2 采用自动记录装置测试，对于给定的应变 ε”=0.002 5 , ε’=0.000 5,弯曲弹性模量按式(4) 计算，取所有试样的平均值作为试验结果，结果保留两位小数。

　　Ef =500(σ”-σ’) …………………………( 4 )

　　式中：

　　Ef —弯曲弹性模量，单位为兆帕(MPa) ;

　　σ” —应变 ε”=0.002 5 时测得的弯曲应力，单位为兆帕(MPa) ;

　　σ’ —应变为 ε’=0 . 000 5 时测得的弯曲应力，单位为兆帕(MPa) 。

　　注：如材料说明或技术说明中另有规定 ε”,ε’可取其他值。

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　　9 . 2 . 3 试样外表面层的应变按式(5)计算，取所有试样的平均值作为试验结果，结果保留两位小数。

　　…………………………( 5 )

　　式中：

　　ε—应变，% 。

　　9 . 2 . 4 绘制载荷-挠度曲线。

　　10 试验报告

　　试验报告包括以下内容：

　　a) 说明试验是按本标准进行的;

　　b ) 样品描述;

　　c) 试验环境;

　　d) 主要试验参数(跨距、加载速度等);

　　e) 试样数量和试验结果，如果需要给出试样单值;

　　g) 任何偏离本标准的细节。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　推荐固化工艺

　　本标准推荐的树脂固化工艺见表 A. 1 。

　　表 A.1 三维编织物树脂基复合材料推荐复合固化工艺参数