Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10593:2014 về Composite chất dẻo gia cường sợi - Xác định các tính chất nén trong mặt phẳng

• Số hiệu: TCVN10593:2014
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2014

Kích thước	Ký hiệu	Mẫu thử loại A	Mẫu thử loại B1	Mẫu thử loại B2
Chiều dài toàn bộ (tối thiểu)	lo	110 ± 1	110 ± 1	125 ± 1
Độ dày	h	2 ± 0,2	2 ± 0,2 đến 10 ± 0,2	± 4
Chiều rộng	b	10 ± 0,5	10 ± 0,5	25 ± 0,5
Khoảng cách giữa các táp/kẹp	L	10	10	25
Chiều dài các táp đầu (tối thiểu)	lt	50	50 (nếu có yêu cầu)	50 (nếu có yêu cầu)
Độ dày của các táp đầu	dt	1	0,5 đến 2 (nếu có yêu cầu)	0,5 đến 2 (nếu có yêu cầu)

CHÚ THÍCH Các yêu cầu đối với chất lượng mẫu thử và sự song song của mẫu thử và các táp đầu được nêu trong 6.3.

6.2. Chuẩn bị

6.2.1. Quy định chung

Chuẩn bị một tấm theo ISO 1268, ISO 9353 hoặc theo quy trình được yêu cầu/thỏa thuận khác. Mẫu thử được cắt từ các phần hoàn thiện (ví dụ, để kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất hoặc khi giao nhận) phải được lấy từ phần diện tích phẳng có độ dày đồng đều.

6.2.2. Vật liệu táp đầu

Các đầu của mẫu thử phải được gia cường nếu cần thiết bằng các táp đầu được làm từ tấm nhiều lớp (laminate) vải khâu hoặc vải dệt 0^o/90^o từ sợi thủy tinh/nhựa với các trục sợi của vải được đặt ± 45^o so với trục của mẫu thử. Độ dày táp phải nằm trong khoảng từ 0,5 mm đến 2 mm, với góc táp là 90^o (nghĩa là không vát nghiêng). Nếu xảy ra phá hủy tại táp dưới tải trọng đầu đối đỉnh lớn, các trục sợi của táp phải được đặt ở góc 0^o/90^o so với trục của mẫu thử.

Một cách khác là sử dụng táp làm bằng vật liệu được thử, được gắn chặt bằng phương pháp cơ học, các táp không kết dính hoặc vật liệu ma sát (giấy bột mài, giấy mài hoặc mặt kẹp nhẵn bóng) phải được chỉ ra trước khi sử dụng để có giá trị độ bền ít nhất là tương đương [xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 10.3) và có hệ số biến thiên không lớn hơn [xem TCVN 8244-1 (ISO 3534-1)] so với vật liệu táp được khuyến cáo. Khi phép thử được thực hiện với mẫu thử không táp, "khoảng cách giữa các táp" phải được lấy là khoảng cách giữa các táp của mẫu thử được táp tương đương [xem TCVN 4501-4 (ISO 527-4), mẫu thử loại 3].

6.2.3. Gắn các táp đầu

Các táp đầu phải được dính với mẫu thử như nêu trong Phụ lục A.

...

...

...

6.2.4. Gia công mẫu thử bằng máy

Phương pháp 1: Gia công bề mặt táp nếu cần để đảm bảo các táp đối xứng với đường tâm của mẫu thử và song song với nhau.

Phương pháp 2: Gia công các bề mặt ở phía đầu của từng mẫu thử sao cho chúng song song với nhau và vuông góc với trục dọc của mẫu thử. Độ lệch song song cho phép của diện tích các tấm chịu tải đối đỉnh khi tiếp xúc với các đầu mẫu thử là 0,1 % của chiều dài mẫu thử ban đầu, nghĩa là khoảng cách giữa các tấm chịu tải đối đỉnh. Các táp nếu có sử dụng phải được chuẩn bị theo phương pháp 1.

Một số thông số để gia công mẫu được quy định trong ISO 2818. Với các vật liệu gia cường đồng hướng, mẫu thử phải được lấy với trục nằm trong khoảng 0,5^o so với trục sợi trung bình.

CHÚ THÍCH Hướng dẫn bổ sung về mẫu thử gia công bằng máy được nêu trong Phụ lục A.

6.3. Kiểm tra

Mẫu thử không được bị xoắn và các cặp bề mặt phải song song và vuông góc với nhau. Các bề mặt và cạnh không được có vết xước, rỗ, vết bẩn và sần sùi. Mẫu thử phải được kiểm tra sự phù hợp với các yêu cầu này bằng mắt thường so với các mép phẳng, tấm phẳng vuông và đo bằng calip micromet. Các mẫu thử có sai khác so với một hoặc nhiều các yêu cầu này tới mức đo được hoặc quan sát được sẽ bị loại bỏ hoặc được gia công bằng máy đến kích thước và hình dáng yêu cầu trước khi thử.

7. Số lượng mẫu thử

7.1. Thử ít nhất năm mẫu thử theo mỗi hướng. Số lượng phép đo có thể nhiều hơn năm nếu có yêu cầu độ chụm của giá trị trung bình tốt hơn.

...

...

...

7.2. Các kết quả thu được từ mẫu thử bị đứt trong phần kẹp hoặc táp đầu phải bị loại bỏ và thay bằng mẫu thử mới. Mẫu thử thay thế cũng phải được sử dụng nếu việc uốn mẫu thử vượt quá giá trị giới hạn cho phép trong 9.8.

CHÚ THÍCH Phương pháp này có thể cho kết quả phá hủy tại mép của cơ cấu tác dụng tải hoặc tại táp đầu hơn là tại phần giữa của chiều dài đo. Các phá hủy này có thể chấp nhận được nhưng phải lưu ý để giảm thiểu bằng cách sử dụng các loại cơ cấu tác dụng tải và táp khác.

8. Điều hòa

Điều hòa mẫu thử theo quy định trong tiêu chuẩn của vật liệu được thử. Khi không có thông tin về điều này, chọn điều kiện thích hợp nhất trong ISO 291, trừ khi có quy định của các bên liên quan, ví dụ thử ở nhiệt độ cao hoặc thấp.

9. Cách tiến hành

9.1. Tiến hành phép thử trong môi trường được quy định trong tiêu chuẩn đối với vật liệu được thử. Khi không có thông tin về điều này, chọn điều kiện thích hợp nhất trong ISO 291, trừ khi có quy định của các bên liên quan, ví dụ thử ở nhiệt độ cao hoặc thấp.

9.2. Đo chiều rộng b của từng mẫu thử chính xác đến 0,1 mm và độ dày h chính xác đến 0,02 mm.

9.3. Gắn dưỡng đo biến dạng hoặc dụng cụ đo biến dạng và đặt thiết bị ghi biến dạng cần thiết. Yêu cầu phải thực hiện hai phép đo biến dạng (trên mỗi mặt của mẫu đo, nghĩa là đo trên hai mặt đối diện) để chắc chắn rằng hiện tượng uốn cột không xảy ra. Biến dạng uốn kiểu Euler phải được kiểm tra nếu biến dạng trên một mặt đảo ngược (giảm) trong khi biến dạng trên mặt đối diện tăng nhanh.

Với các lô mẫu thử lớn hơn năm, các phép thử có thể được tiến hành mà không cần thực hiện hai phép đo biến dạng miễn là:

...

...

...

b) không có sự thay đổi điều kiện thử (nghĩa là lô, kiểu mẫu thử, điều kiện thử, người thực hiện, thiết bị thử, v.v...)

c) các phép thử được tiến hành trong khoảng thời gian ngắn mà không phá vỡ sự thẳng hàng của cơ cấu.

Trong các trường hợp này, giá trị modul nếu có yêu cầu, có thể xác định được từ một phép đo biến dạng.

Sự thay đổi cách tiến hành phải được ghi trong báo cáo thử nghiệm.

9.4. Gắn mẫu thử vào cơ cấu thử nén.

9.5. Đặt tốc độ thử đến 1 mm/min ± 0,5 mm/min và tác dụng tải cho đến khi mẫu thử bị phá hủy.

9.6. Ghi liên tục tải trọng và biến dạng nếu được, hoặc ít nhất ghi lại các dữ liệu tại các khoảng biến dạng cách đều nhau.

9.7. Ghi lại tải trọng tối đa chịu được bởi mẫu thử trong quá trình thử.

9.8. Kiểm tra xem phép thử có hợp lệ không (xem 7.2). Một phép thử hợp lệ nếu phá hủy xảy ra ở trong hoặc tại đầu chiều dài đo của mẫu thử. Có thể không có phá hủy (đứt) tại các đầu mẫu thử khi chịu tải theo phương pháp B.

...

...

...

trong đó

e_11a và e_11b là biến dạng theo chiều dọc trên các mặt đối diện của mẫu thử.

Nếu có sự chênh lệch biến dạng lớn thì nên nghĩ đến phá hủy biến dạng uốn cột Euler, có thể sử dụng Phụ lục D để tính độ dày nên dùng đối với mẫu thử loại B.

9.9. Ghi lại kiểu phá hủy (xem Hình 6).

10. Biểu thị kết quả

10.1. Tính độ bền nén, s_cM biểu thị bằng megapascal theo công thức

s_cM =

trong đó

...

...

...

b là chiều rộng mẫu thử, tính bằng milimét;

h là độ dày của mẫu thử, tính bằng milimét.

10.2. Tính modul nén, E_c biểu thị bằng megapascal, theo công thức

trong đó

s”_c là ứng suất nén tại e”_c = 0,0025, tính bằng megapascal;

s’_c là ứng suất nén tại e’_c = 0,0005, tính bằng megapascal.

Xem Hình 5 [e’_c  = 0,0005 và e”_c = 0,0025 là các giá trị trung bình nếu các giá trị biến dạng trên các mặt đối diện nhau của mẫu thử không bằng nhau (xem 9.8)].

10.3. Tính biến dạng phá hủy nén e_cM từ giá trị trung bình của các biến dạng theo chiều dọc (e_11a và e_11b ) tại điểm phá hủy.

...

...

...

11. Độ chụm

Độ chụm của phương pháp này chưa có vì không có dữ liệu liên phòng thử nghiệm.

12. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau:

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này, chỉ ra phương pháp tác dụng tải, loại mẫu thử được sử dụng;

b) Tất cả các chi tiết cần thiết để nhận biết đầy đủ vật liệu được thử, bao gồm: kiểu, nguồn gốc, số mã hiệu của nhà sản xuất và lịch sử trước đó, nếu có;

c) Tất cả các thông tin liên quan đến việc chuẩn bị mẫu thử, gồm có thông tin về hướng cắt/thử (ví dụ hướng 1 hoặc 2 trong Hình 1);

d) Tất cả các chi tiết cần thiết để nhận biết hoàn toàn cơ cấu được sử dụng;

e) Kích thước của mẫu thử;

...

...

...

g) Số lượng mẫu thử được thử;

h) Tốc độ thử;

i) Cấp chính xác của máy thử (xem ISO 5893);

j) Phương pháp đo biến dạng;

k) Các kết quả thử riêng lẻ, nếu có yêu cầu;

l) Giá trị trung bình của các kết quả riêng lẻ;

m) Kiểu phá hủy nhận được;

n) Độ lệch chuẩn và khoảng tin cậy 95 % của các giá trị trung bình, nếu yêu cầu;

o) Ngày thử;

...

...

...

Hình 1 – Tấm composite gia cường đồng hướng thể hiện các trục đối xứng

CHÚ DẪN

1

Khối đỡ trên

3

Mẫu thử

2

Vít khóa

...

...

...

Khối đỡ dưới

Hình 2 – Sơ đồ mẫu thử nén và cơ cấu thử của phương pháp 1

CHÚ DẪN

1

Mẫu thử, không táp (hoặc táp)

4

Vít khóa

...

...

...

Khối đỡ

5

Táp

3

Mẫu thử

6

Tấm tải trọng đối đỉnh

...

...

...

Tấm mặt di chuyển được

Hình 3 – Sơ đồ cơ cấu thử nén của phương pháp 2

CHÚ DẪN

1 Táp

2 Mẫu thử

Hình 4 – Thiết kế mẫu thử được táp loại A và B (kích thước được nêu trong Bảng 1)

Hình 5 – Biểu đồ ứng suất nén/biến dạng nén

...

...

...

Hình 6 – Các kiểu phá hủy chấp nhận được

PHỤ LỤC A

(quy định)

Chuẩn bị mẫu thử

A.1. Gia công mẫu thử bằng máy

Trong tất cả các trường hợp, cần đề phòng:

...

...

...

- Kiểm tra tất cả các bề mặt cắt mẫu không có khuyết tật do gia công.

A.2. Chuẩn bị mẫu thử có dán táp đầu

Phương pháp được khuyến cáo sử dụng như sau:

Cắt từ vật liệu được thử một tấm có chiều dài của mẫu thử dự kiến và chiều rộng thích hợp để có được số lượng mẫu yêu cầu.

Xác định hướng "1" của vật liệu trong tấm.

Cắt các dải hình chữ nhật có chiều dài và chiều rộng táp yêu cầu.

Gắn các dải này vào tấm như sau:

a) Nếu có yêu cầu, mài bằng giấy ráp mịn hoặc đánh bóng nhẹ bằng vật liệu thích hợp, tất cả các bề mặt mà sẽ bôi keo dán.

b) Loại bỏ tất cả bụi khỏi các bề mặt này và làm sạch bằng dung môi thích hợp.

...

...

...

CHÚ THÍCH Nên sử dụng keo dán dạng màng có lớp mang mỏng. Keo này tốt nhất phải có độ bền trượt lớn hơn 30 MPa. Keo sử dụng về bản chất phải đàn hồi và có độ giãn dài khi đứt lớn hơn so với vật liệu được thử.

d) Giữ các phần đã dính với nhau tại lực nén, nhiệt độ và trong khoảng thời gian được khuyến cáo bởi nhà sản xuất keo.

e) Cắt tấm cùng với các dải hình thành các táp đầu thành cách mẫu thử (xem Hình A.1).

CHÚ THÍCH Đối với vật liệu đồng hướng, trục sợi trung bình có thể được xác định bằng cách tách mép của tấm thử. Hướng này có thể được xác nhận với một vài mẫu thử. Nếu việc tách này không tạo ra được mép sạch do sự không thẳng hàng giữa các lớp sợi thì không sử dụng tấm thử này, trừ khi nó đại diện cho kết quả của một sản phẩm hoặc quá trình cụ thể.

CHÚ DẪN

1. Chiều rộng yêu cầu

2. Hướng theo chiều dọc

3. Phần xén bỏ

...

...

...

PHỤ LỤC B

(tham khảo)

Cơ cấu thử nén của phương pháp 1

CHÚ DẪN

1 Miếng đệm chiều dài thử

2 Các trục (chốt) thẳng hàng

CHÚ THÍCH Độ dày tổng cộng của mẫu thử (4,5 mm) và sự song song của các đầu phụ tùng phải được duy trì trong khoảng dung sai được cho trong ASTM D 3410 để tránh ép chặt phần gá.

...

...

...

Hình B.2 – Cơ cấu thử theo ASTM D 3410/B (ITTRI)

PHỤ LỤC C

(tham khảo)

Cơ cấu thử nén của phương pháp 2

CHÚ DẪN

1

...

...

...

4

Nêm

2

Phần giữ đầu mẫu thử

5

Vít khóa

3

Mẫu thử

...

...

...

Hình C.1 – Cơ cấu chịu tải đối đầu theo ISO 8515

CHÚ DẪN

1 Vị trí của mẫu thử

CHÚ THÍCH Các vít khóa phải được tác dụng lực 5 N.m vào mỗi vít.

Hình C.2 – Loại mẫu theo ASTM D 695 (sửa đổi) từ prEN 2850

(Kiểu này có mức độ đỡ đầu mẫu thử ít hơn so với bộ gá theo ISO 8515)

PHỤ LỤC D

...

...

...

Tiêu chuẩn biến dạng kiểu Euler

Thông tin dưới đây, được lấy từ ASTM D 3410, đưa ra hướng dẫn về tiêu chuẩn để tránh biến dạng kiểu Euler. Nếu nghi ngờ có biến dạng kiểu Euler từ phép đo biến dạng trên hai mặt đối diện thì việc kiểm tra dưới đây phải được thực hiện để xác định độ dày mới của mẫu thử (chỉ với mẫu thử loại B).

Độ dày mẫu thử, chiều dài đo và modul đàn hồi cùng xác định độ bền của mẫu nén có chiều dài đo không được đỡ và liên hệ với nhau bởi công thức (D.1). Giá trị modul mong muốn càng thấp thì độ bền nén mong muốn càng cao, phải sử dụng độ dày mẫu lớn hơn để tránh hiện tượng biến dạng (cột) kiểu Euler.

trong đó

E_c là modul nén theo hướng trục của mẫu thử, tính bằng megapascal;

s_c là độ bền nén theo hướng trục của mẫu thử, tính bằng megapascal;

G₁₃ là modul trượt qua toàn bộ chiều dày (được giả định bằng 4 MPa trong ASTM D 3410);

h là độ dày mẫu thử, tính bằng milimet;

...

...

...

CHÚ THÍCH Công thức trên dựa vào giả định rằng các đầu chịu tải và vật liệu đàn hồi tuyến tính. Các composite thông dụng thường có đáp ứng trượt không tuyến tính và các tính toán về biến dạng cột không đàn hồi kể cả trong các điều kiện kẹp chặt đầu mẫu cũng có thể cho kết quả tải trọng uốn cột cao hơn so với điều kiện tải trọng trực tiếp vào đầu mẫu đàn hồi.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] ASTM D 695:1996, Standard test method for compressive properties of rigid plastics.

[2] ASTM D 3410/D 2410M:1995, Standard test method for compressive properties of polymer matrix composite materials with unsupported gage section by shear loading.

[3] CRAG 400, Method of test for longitudinal compression strength and modulus of unidirectional fibre reinforced plastics, RAE TR 88012 (1988).

[4] DIN 65380:1991, Aerospace; fibre reinforced plastics; testing of unidirectional laminates and woven-fabric laminates; compression test.

[5] ISO 604:1993, Plastics - Determination of compressive properties.

[6] ISO 8515:1991, Textile-glass-reinforced plastics - Determination of compressive properties in the direction parallel to the plane of lamination (withdrawn in 1999 following publication of this International Standard).

...

...

...

[8] prEN 2850, Aerospace series - Carbon thermosetting resin, unidirectional laminates - Compression test parallel to the fibre direction.

[9] SACMA SRM1-88, Compressive properties of orientated fiber-resin composites, Supplier of Advanced Composite Materials Association, USA.