ISO 527-4纤维增强复合材料拉伸测试标准的内容、条件及结果分析

ISO 527-4是一项测定纤维增强塑料复合材料拉伸性能的国际测试标准。它涵盖了各向同性和正交各向异性非单向复合材料的试验条件，并参考了ISO 527-1。本文将主要介绍ISO 527-4拉伸试验的基本要素，包括所需设备、软件和样品的概述。

01  ISO 527-4主要测试内容

为了充分表征各向异性和非均质复合材料，需要进行各种不同的试验。ISO 527-4是对复合材料进行的最基本试验之一，广泛用于评估、鉴定和测试其拉伸性能。ISO 527-4可用于具有连续和不连续纤维增强体的复合材料，而ISO 527-5主要是测试单向连续纤维复合材料。颗粒或短纤维增强塑料可根据ISO 527-2进行试验。

ISO 527-4试验是通过向试样施加拉力并测量试样在应力下的各种性能来进行的。该试验在万能试验机（也称为拉伸试验机）上以固定十字头速度进行，该速度取决于所选试样的几何形状和试验类型。

ISO 527-4主要针对复合材料的拉伸性能进行测试，测试主要指标包括：

· 泊松比：0.05%和0.25%应变之间横向应变与轴向应变变化的比率

· 弹性模量：试样应力/应变响应的斜率，通常在0.05%和0.25%应变之间确定

· 拉伸强度下的应变：与抗拉强度对应的拉伸应变

· 拉伸强度：试验时施加的最大应力（通常为断裂时的应力）

02  ISO 527-4测试样品尺寸与测试过程

ISO 527-4定义了三种类型的试样。1B型为类似“狗骨”型试样，适用于测试具有热塑性基体的短纤维增强材料。2类为具有恒定的横截面的矩形试样，适用于测试具有热固性和热塑性基体的连续纤维材料。3类试样与2类试样相似，但增加了端部接头，这在复合材料试验中很常见，以防止试样被夹具损坏。

所有试样必须在试验前根据ISO 16012或ISO 23529进行尺寸测量。大多数典型的千分尺应适合进行这些测量。为了让测试系统显示应力测量值，而不仅仅是力测量值，测试时需要操作员输入试样的横截面积（厚度和宽度），因为应力是通过将施加的力除以试样的横截面积（单位为Psi、Pa、kPa、GPa等）来计算的。

虽然刚性试样的厚度和宽度需要不同的测量精度，但通常使用相同的测量设备进行测量。可以使用圆柱形或矩形测微计头，前提是它们符合ISO 16012要求的尺寸。

03  ISO 527-4测试条件

ISO 527-4可在台式或落地式万能试验机上进行。测试碳纤维复合材料时，通常需要100kN或250kN的系统，而30kN或50kN的桌面模型系统可能足以测试玻璃纤维复合材料。

许多不同的设备可用于在 ISO 527-4 测试期间测量应变。当与合适的仪器一起使用时，粘结电阻应变计提供了一种确定应变计有效面积（通常为几mm2）以下应变的方法。应变片通常由有机背衬上的薄金属箔网格组成，可用于在从低温到200°C以上的温度范围内进行测试。

根据实验室的需要，部分设备还提供了一系列引伸计选项。最简单的类型是夹持装置，必须在每次试验开始时直接夹在试样上，并在试样断裂前移除。固定标距2630系列夹式伸长计适用于轴向应变的测量。对于需要测量轴向和横向应变以确定泊松比的试验，可使用双轴夹式引伸计。

复合材料通常用于航空航天工业，因此必须能够适应极端温度条件。为了模拟这些条件，ISO 527-4试验可在恒温室内进行，其中使用液氮或CO2将温度室内加热或冷却至特定应用温度。

最高温度可达200°C时，可使用应变计或夹持式引伸计。也可使用非接触式高级视频引伸计（AVE2），其优点是可放置在温度室外部。AVE2不会与试样发生物理接触，因此在失效前无需从试样上移除。这样，在试验过程中，试验操作员无需打开和关闭试验箱门。

04  ISO 527-4测试结果分析

在出示试验结果时，重要的是确保正确定义测量术语，以确保符合ISO 527-4标准，并促进不同实验室之间的数据对比。

拉伸应力/拉伸强度：拉伸应力通过将给定点处的力除以平均试样面积来确定。试样的拉伸强度是破坏前达到的最大拉伸应力。

拉伸应变/破坏时的拉伸应变：拉伸应变是通过应变测量装置（应变计或引伸计）测量的工程应变。拉伸破坏应变是与拉伸强度对应的应变。

模量：模量定义为0.05%和0.25%应变之间的应力应变响应斜率，除非材料规范中给出了替代值。由于模量计算从0.05%应变开始，因此对材料施加适当的预应力，以消除因夹持试样而产生的松弛力或压缩力，这一点极为重要。其应变不得超过材料抗拉强度的0.05%或1%。

泊松比：泊松比通过在用于确定模量（0.05%至0.25%）的相同轴向应变范围内，取横向应变变化与轴向应变变化的比率来确定。