本标准规定了用双悬臂梁(DCB)试样测定单向纤维增强塑料复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性(临界能量释放率)GIc的方法。
本标准适用于碳纤维增强和玻璃纤维增强的热固性和热塑性复合材料。
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*新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2918-1998 塑料试样状态调节和试验的标准环境(idt ISO 291:1997)
ISO 1268(所有部分) 纤维增强塑料 试验板制备方法(Fibre-reinforced plastics-Methods of producing test plates)
ISO 4588:1995 胶粘剂 金属表面预处理指南(Adhesives-Guidelines for the surface preparation of metals)
ISO 5893 橡胶和塑料试验机拉伸、弯曲和压缩型(恒速转动) 技术指标(Rubber and plastics test equipment——Tensile,flexural and compression type(constant rate of traverse)-Description)
3.术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1 Ⅰ型层间断裂韧性 mode I interlaminar fracture toughness
临界能量释放率 critical energy release rate
GIC
在Ⅰ型张开载荷下,单向纤维增强聚合物基复合材料层合板对分层裂纹起始及扩展的阻抗。
注:用J/m2来计量。
3.2 Ⅰ型裂纹开裂 mode Ⅰcrack opening
由垂直施加于双悬臂梁试样分层平面的载荷而引起的裂纹开裂模式,如图1所示。
3.3 NL点 NL point
载荷位移曲线上的线性偏离点,如图2所示。
3.4 VIS点 VIS point
在试样边缘目测到的分层起始点,在图2中的载荷位移曲线上标出。
3.5 5%/MAX点 5%/MAX point
试样加载时,下列两种情况中首先出现的点:
a) 从初值(C0)处的柔度增加至5%的点(C5%),如图2所示;
b) *大载荷点,如图2所示。
3.6 PROP点 PROP point
在载荷-位移曲线上,嵌入物顶端或裂纹发生器以外的,分层长度非连续增加的点,不考虑裂纹被终止的点,如图2所示。
3.7 分层-阻力曲线 delamination-resistance curve
R曲线 R-curve
GIc的交绘图,对于Ⅰ型裂纹开裂的初始以及随后的扩展值作为分层长度的函数(见第10章)。
4.原理
Ⅰ型双悬臂梁试样(DCB),如图1所示,用来测定纤维增强塑料复合材料的临界能量释放率GIc或层间断裂韧性。本测试方法仅限于0°单向铺层(参见附录B.1)。对于Ⅰ型断裂韧性,GIc值在裂纹出现以及随后的扩展过程中衰减。分层-阻力曲线或R-曲线是以GIc作为分层长度的函数为基础来绘制的。
本测试方法的目的是测定被测复合材料裂纹开始扩展时的初值。分层一般发生在复合材料结构中不同铺层方向层的层间。然而,在DCB测试方法中,分层裂纹在相同的0°单向层间增长,因此在初始分层裂纹形成后会引起纤维桥接。纤维桥接是DCB测试中的人为现象,不代表被测的复合材料。在大分层长度情况下,GIc达到恒定值之前,纤维桥接是导致R-曲线上升的主要因素。
在恒定速率下,通过加载块或琴式铰链使裂纹扩展载荷垂直于分层平面而施加到DCB试样。在双臂梁试样的中间层预埋一层薄的、无粘性的薄膜作为初始分层,如图3所示。对试样进行加载,一旦裂纹从嵌入物前端处发生扩展,立即卸载。此时的裂纹称为试样的预制裂纹。监视分层稳定增长的起始,记录分层从开始及扩展的读数。R-曲线是由嵌入物和Ⅰ型预制裂纹的初始值及其扩展来绘制的。在某些规定的环境下(见9.2.7),可以采用一个可选的楔形块预制裂纹方法,但不推荐使用。
