一种玻璃纤维增强塑料压缩弹性模量的测定方法研究
摘要
关键词
玻璃纤维增强塑料，力学性能试验研究，压缩弹性模量
正文
玻璃纤维增强塑料，又称为玻璃钢，是一种用途广泛，性能较好的复合材料。玻璃钢材料及其制品，具有强度高，性能好，产品适应性广及设计自由度大等特点。
鉴于玻璃钢广泛的应用前景，对其材料的力学性能试验研究已经引起越来越多的重视。其中压缩弹性模量是玻璃钢力学性能分析中的重要指标之一，如何准确测量，提高测量结果的准确性，规避不必要的影响因素，是材料力学性能测试研究的重点。
测量压缩弹性模量时，精确的力-变形曲线非常重要。受玻璃钢压缩试样尺寸限制，通常采用粘贴应变片的方式，测量应变片的变形来确定试样的变形。实际试验中因为应变片的测试值只能反映覆盖区域的变形值，而且应变片粘贴费时费力，粘贴质量的好坏会直接影响试验结果，所以这种变形测量的方式存在一定的缺陷。
针对以上问题， 本文重新设计了一个既能满足试验要求，又能提高试验精度的简单方便的玻璃钢压缩试验方法。
1玻璃钢压缩试样方法的设计与试验
1.1试验装置设计
在压缩试验中，试样变形量的准确性是计算压缩应变和压缩弹性模量的关键参数，因此精准地测量试验过程中试样的变形量至关重要。
本文设计的试验装置如图1所示。试验装置由压缩试验引伸计辅助工装，万能试验机上下压盘和引伸计组成。
压缩试验辅助工装由上套筒、引伸计刀口支架、下套筒、固定螺母组成。试验开始前，上压盘与与上套筒固定连接，下压盘与与下套筒固定连接，引伸计刀口支架穿过上、下套筒，通过螺母与下套筒固定。
本试验使用的试验机为EUT504C万能材料试验机，力传感器为50KN，试验力测量范围为0.4%~100%F·S，精度为0.5级。
本试验使用的测量变形的仪器是YYU-10/50引伸计，该引伸计最大变形为10mm，标距为50mm，精度为0.5级，其精度优于千分表，可提高变形测量精度，获得材料更准确的弹性模量。
试验时，将试样放在下压盘中心位置，调整试样与上压盘接触。将引伸计绑在上套筒和引伸计刀口支架上。检查并调整试样及整个测量系统，使整个系统处于正常工作状态。
(a)试验装置图 (b)试验装置示意图
图1 试验装置
1.2试样制作
GB/T1448-2005 《纤维增强塑料压缩性能试验方法》标准中给出了两种试样类型，І型试样和Ⅱ型试样，试样型式见图2[1]。鉴于加工难易程度，本文选用І型试样。
图2 试样型式
1.3试验原理
试验按照GB/T1448-2005执行，为保证试验的准确性和可靠性，对试验机的操作均按照标准规范进行。
本文采用自动记录装置测定弹性模量。试验时，计算机自动采集力-位移曲线，应力-应变曲线，弹性模量按照计算公式（1）进行计算。
……………………………… （1）
式中
Ec——压缩弹性模量， (MPa)；
σ”——ε’’=0.0025时测得的压缩应力，(MPa)；
σ’——ε’=0.0005时测得的压缩应力，(MPa)。
1.4试验步骤
1.4.1试样外观检查
试验前对试样进行外观检查，发现试样外观不符合要求时，应重新取样。
1.4.2试样编号
试样外观质量检查合格后，对试样进行编号。
1.4.3试样尺寸测量
使用PD-151数显卡尺，沿着试样的高度方向，选择三处测量试样的宽度和厚度，尺寸精确到0.01mm，计算其平均值作为试样的有效尺寸。
测量的试样尺寸如表1所示。
表1试样尺寸
试验编号 | 试样宽度mm | 试样厚度mm | 试样高度mm |
1-C1 | 10.01 | 8.43 | 35.50 |
1-C2 | 10.00 | 8.30 | 35.56 |
1-C3 | 10.03 | 8.31 | 35.54 |
1-C4 | 10.02 | 8.17 | 35.60 |
1-C5 | 10.07 | 8.22 | 35.66 |
1.4.4试样状态调节
将试样放在HWS-80B微电脑液晶显示恒温恒湿培养箱中至少24H，将温度设置在23℃，相对湿度设置在40-60RH%。对试样进行状态调节。
1.4.5拟定加载方案
拟定加载方案。为了避免应力-应变曲线起始部分出现弯曲区域，先选取适当的初载荷 P，约为破坏载荷的5%。采用位移控制加载，加载速度为2mm/min。
1.4.6试验
根据试验加载方案，调整好试验装置，把试样放在两压板之间，使试样中心线与两压板中心连线一致，应保证试样的两个端面与压板平行，调整试验机使试样端面刚好与压板接触。调整好仪器，预压几次，调整整个测试系统处于正常工作状态。按照设计好的加载方案进行加载，直至试样破坏，记录好试验原始数据。
2试验结果与讨论
按照预定加载方案完成了5个试样的试验，5个试样压缩时的应力-应变曲线如图3所示，试验数据见表2。
表2压缩试验数据
试验编号 | 试样宽度mm | 试样厚度mm | 试样高度mm | 最大载荷KN | 压缩强度MPa | 压缩弹性模量MPa |
1-C1 | 10.01 | 8.43 | 35.50 | 20.99 | 249 | 16833 |
1-C2 | 10.00 | 8.30 | 35.56 | 21.48 | 259 | 16689 |
1-C3 | 10.03 | 8.31 | 35.54 | 20.73 | 249 | 15443 |
1-C4 | 10.02 | 8.17 | 35.60 | 20.90 | 255 | 16148 |
1-C5 | 10.07 | 8.22 | 35.66 | 21.99 | 266 | 18359 |
图3试样应力-应变曲线
从图3可以看出，5个试样的曲线平顺光滑，弹性阶段都为直线，线性关系较好，说明通过这种工装，采集数据得到的弹性模量EC数据是准确的，可靠的。通过表2的数据可以看出，5根试样的压缩弹性模量离散型不大，说明得到的数据是可靠的，准确的。
由此可见，本文提出的方案是可行的，测得的数据结果是可靠的。
3结束语
通过试验，测定了玻璃钢的弹性模量，同时也验证了通过这种方法测定压缩弹性模量的方法法是可行的，可以提高试验效率和准确度。
这一方法同样适用于其他塑料。
4参考文献
[1] GB/T 1448-2005 纤维增强塑料压缩性能试验方法[s]
作者简介：刘兰，1984.6 女，山东泰安人，汉族，硕士研究生，中级职称，主要从事材料性能检测和研究
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