ASTM D3039 является широко используемым стандартом тестирования для определения растягивающих свойств композитных материалов. Из -за их легких свойств и высокой прочности на растяжение композитные материалы все больше предпочитают аэрокосмическую и автомобильную промышленность и используются для замены металлов во многих применениях. Хотя существует много различных типов композитов, ASTM D3039 применима только к тем, которые состоят из полимерной матрицы, усиленной волокнами с высоким содержанием модулюса. Это руководство предназначено для того, чтобы познакомить вас с основными элементами испытания на растяжение ASTM D3039, включая обзор оборудования, программного обеспечения и необходимых образцов. Тем не менее, любой, кто планирует провести тестирование ASTM D3039, не должен считать это руководство адекватной заменой для чтения всего стандарта.
Тестирование ASTM D3039 проводится путем применения растягивающей силы к образцу (купон) и измерения различных свойств образца под напряжением. Он проводится на универсальной тестировании (также называемой машиной для испытаний на растяжение) и объединяет как дюймовые и Si-единицы в одном стандарте. ASTM D3039 измеряет следующие растягивающие свойства:

Прочность на растяжение - максимальное напряжение, применяемое во время теста (обычно напряжение при разрыве)
Ultimate растягивающий деформация - штамм при перерыве
Модуль растяжения - сколько материал может деформировать (растягиваться) в ответ на стресс.
Соотношение Пуассона: отношение изменения поперечного к продольному деформации между двумя точками продольной деформации (обычно те же точки, что и те, которые используются для определения модуля, то есть от 0,1 до 0,3%)
Переходная деформация: в тех случаях, когда материал показывает поведение урожая (отображаемое как изменение наклона в реакции напряжения-деформации), деформация перехода-это значение деформации, при котором происходит изменение наклона.
Режим сбоя: необходимо изучить разбитые образцы, а их тип сбоя, область и местоположение должны быть записаны с помощью трех символов.
ASTM D3039 специфичен для пластмасс, усиленных частицами или короткими волокнами, и является одним из самых основных тестов, используемых для характеристики, квалификации и сертификации свойств растягивания этих материалов. Тем не менее, широкий спектр других тестов необходим для того, чтобы полностью охарактеризовать множество различных механических свойств анизотропных и гетерогенных композитных материалов. Любой, кто должен проверить свойства сжатия композита, должен ссылаться на ASTM D695. Те, кому требуется встроенное тестирование сдвига композита, должны следовать ASTM D3846. Предварительно сконфигурированный метод испытаний для D3039, наряду со многими другими методами испытаний композитов, включен в модуль приложений Universal Composites Bluehill.
Образцы ASTM D3039 имеют прямоугольную форму с постоянным поперечным сечением. Минимальная длина образца равна общей длине захвата + 2 x ширина + длины калибра, но для минимизации напряжений изгиба рекомендуется большие длины. Ширина и толщина образца должны быть репрезентативными для объемного материала в отношении количества волокон. Существует четыре рекомендуемой геометрии образца для 0⁰ однонаправленного, 90⁰ однонаправленного, сбалансированного и симметричного и случайного типа материалов. ASTM D3039 может использоваться как для непрерывного, так и для прерывистого усиления волокна, но укладки образца ламината должен быть сбалансирован и симметричный по отношению к направлению испытания.
Площадь поперечного сечения образца должна быть измерена перед тестированием-это делается путем измерения ширины и толщины в трех местах в длине датчика и усреднения. Когда одна или обе поверхности нерегулярны, для измерения толщины требуется микрометр с шариком. Если обе поверхности плоские, то можно использовать микрометр с шариком или плоским интерфейсом. Для измерения ширины образца требуется микрометр или суппорт с плоским интерфейсом наковальницы. Функция устройства измерения автоматического образца в Bluehill Universal позволяет операторам подключать к двум устройствам (микрометрам или штангенцировку) к компьютеру и вводить данные непосредственно в программное обеспечение. Это устраняет шансы на ошибки ввода и повышает эффективность
Тестирование ASTM D3039 выполняется на столешнице или модели пола универсального тестирования. Система 30 кН или 50 кН может быть достаточной для тестирования стеклянных волоконных композитов, но для тестирования композитов углеродного волокна необходима система 100 или 250 кН.
Ручки, используемые для удержания композитных образцов, должны обеспечивать достаточно сильное и даже давление, чтобы предотвратить скольжение образца во время тестирования. Схема челюсти должна быть подходящей для материала и быть в хорошем состоянии. Выравнивание ручек должно ограничивать деформацию изгиба в пределах 3-5% при умеренных уровнях деформации (> 1000 мкл).
Подходящие конструкции сцепления для ASTM D3039 включают в себя точные ручные ручные захваты и гидравлические клиновые ручки. Обе эти ручки используют движущуюся конструкцию тела и включают в себя остановки местоположения образца, чтобы обеспечить надежное захват композитов и других материалов при достижении требуемого выравнивания.
Для измерения деформации доступно несколько различных устройств. Наиболее распространенными являются экстенспетки, которые доступны в различных вариантах в зависимости от потребностей вашей лаборатории. Самым простым является экстензометр с фиксированной длиной 2630 для измерения осевой деформации. Оператор должен закрепить это непосредственно на образец в начале каждого теста и удалить его до того, как образец разорвался.
При тестировании на соотношение Пуассона необходимо добавить поперечный экстензометр, чтобы измерить изменение ширины по всей упругих областях образца. Автономный поперечный экстензометр может использоваться для дополнения существующего зажима или автоматического экстензометр, или двухосное устройство может использоваться для одновременного измерения как осевой, так и поперечной деформации.
Часто тестируемые композиты в конечном итоге предназначены для использования в условиях, не являющихся ямками. Для моделирования этих применений конечного использования ASTM D3039 выполняется внутри температурной камеры, где можно использовать нагрев или охлаждение (LN2 или CO2). Деформационные датчики или зажима на экстенсенметрах могут быть использованы до максимальной температуры 200 ° C. В качестве альтернативы можно использовать бесконтактный усовершенствованный видеопрофессионал (Ave 2). Ave 2 установлен за пределами температурной камеры и использует камеру для отслеживания деформаций в образце на протяжении всего теста, с тем, что операторам испытаний не нужно открывать и закрывать дверь камеры во время тестирования.
Датчики деформации электрического сопротивления также полезны при определении деформации во время тестирования ASTM D3039. В отличие от разгибателей, датчики деформации - это расходные материалы, которые можно использовать для измерения деформации при сбое. Эти датчики обычно состоят из тонкой металлической сетки из фольги, которая связана с образцом с клеем. Деформационные датчики могут использоваться в условиях окружающей среды от криогенных температур до более чем 200 ° C, но требуют кондиционирования, чтобы генерировать полезный электрический сигнал. Простой в использовании адаптер доступен для использования со стандартной электроникой в ​​тестовой машине. Поскольку композитные материалы существенно не деформируются перед сбоем, экстремальная точность священного датчика деформации иногда может быть предпочтительнее использования экстензометр для тестирования ASTM D3039.
Тестирование композитных материалов в условиях, не являющихся ямками, обычно проводится внутри температурной камеры. Эти камеры используют конвекцию принудительного воздуха вместе с резистивными нагревающими элементами для достижения высоких температур и жидкого азота или охлаждения диоксида углерода для достижения низких температур. Камеры окружающей среды обеспечивают обширные возможности тестирования температуры для оценки свойств материала в условиях неамценентных испытаний. Доступен полный ассортимент дополнительных ручек, пульсов и разгибателей.