國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì) I 1 1 3 4 57儀器設(shè)備 6 7 910精密度 11試驗(yàn)報(bào)告 附錄A(資料性)本文件與ISO13586:2018結(jié)構(gòu)編號(hào)對(duì)照情況 附錄B(資料性)含短纖維塑料的試驗(yàn) 附錄C(規(guī)范性)校正因子 I1線彈性斷裂力學(xué)(LEFM)法1范圍本文件描述了在給定條件、裂紋張開模式(模式I)下測(cè)定塑料斷裂韌性的方法。為了適應(yīng)不同類 2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不GB/T1040.1塑料拉伸性能的測(cè)定第1部分：總則(GB/T1040.1—2018,ISO527-1:2012,GB/T1041塑料壓縮性能的測(cè)定(GB/T1041—2008,ISO604:2002,IDT)GB/T12160—2019金屬材料單軸試驗(yàn)用引伸計(jì)系統(tǒng)的標(biāo)定(ISO9513:2012,IDT)GB/T16825.1—2022靜力單軸試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)第1部分：拉力和(或)壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)(ISO7500-1:2018,IDT)GB/T39812塑料試樣的機(jī)加工制備(GB/T39812—2021,ISO2818:2018,IDT)3術(shù)語和定義能量釋放率energyreleaserateG (1)2在平面應(yīng)變加載條件下，裂紋開始擴(kuò)展時(shí)，預(yù)制裂紋試樣的能量釋放率(3.1)。應(yīng)力強(qiáng)度因子stressintensityfactorK與裂紋尖端距離(r)趨于零時(shí)、垂直于裂紋區(qū)域的應(yīng)力[o(r)]和2πr平方根乘積的極限值，計(jì)算見公式(2)。K=lim,o0(r)×√2πr臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子criticalstressintensityfactor裂紋尖端周圍在平面應(yīng)變加載條件下，裂紋開始擴(kuò)展時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度因子(3.3)值。 (3) (4)加載裝置移動(dòng)的距離。剛度stiffnessS力-位移曲線的初始斜率，計(jì)算見公式(5)。 (5)3裂紋開始擴(kuò)展時(shí)的外加載荷。裂紋開始擴(kuò)展時(shí)輸入的功。裂紋長度cracklengtha基準(zhǔn)線與初始裂紋尖端的距離。注1:以米(m)為單位。注2:初始裂紋制備見5.3。能量校正因子energycalibrationfactorφ考慮試樣裂紋長度對(duì)剛度影響的系數(shù)，計(jì)算見公式(6)。 (6)式中：S——試樣的剛度；a(=a/w)——?dú)w一化裂紋長度(見3.9)。幾何校正因子geometrycalibrationfacf用于說明試樣結(jié)構(gòu)和尺寸的系數(shù)。特征長度characteristiclengthr裂紋尖端塑性變形區(qū)的尺寸。表1給出的符號(hào)及其說明適用于本文件。4說明am拉伸彈性模量(見GB/T1040.1)NfG能量釋放率臨界能量釋放率hmK臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子lmrmS剛度5mmmWmJWmα裂紋長度(a)按試樣寬度(w)(a=a/w)歸φ能量校正因子—μ泊松比(見GB/T1040.1)5試樣三點(diǎn)彎曲(也稱為單邊缺口彎曲，SENB)試驗(yàn)和緊湊拉伸(CT)試驗(yàn)的試樣應(yīng)分別按照?qǐng)D1和圖2進(jìn)行制備。試樣的推薦厚度(h)為片狀樣品的厚度，試樣寬度(w)等于2h。裂紋長度(a)宜在0.45w~5試樣的制備應(yīng)符合相關(guān)材料國家標(biāo)準(zhǔn)和GB/T39812的要求。對(duì)于各向異性的試樣，注意在每個(gè)的裂紋長度應(yīng)大于原始缺口尖端半徑的4倍。這對(duì)于脆性試樣更重要，因?yàn)榇诉^程可以使其b)如果不能產(chǎn)生自然裂紋(如在堅(jiān)硬的試樣中),則通過滑動(dòng)刀片使缺口尖銳。每個(gè)試樣使用一個(gè)新的刀片。由此產(chǎn)生的裂紋長度應(yīng)大于原始缺口尖端半徑的4倍。溫度(23±2)℃、相對(duì)濕度(50±10)%。如果已知材料特性對(duì)濕度不敏感，可6試驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合GB/T12160—2019和GB/T16825.1—20載荷指示裝置應(yīng)符合GB/T16825.1—2022規(guī)定的1級(jí)。載荷指示裝置應(yīng)顯示試樣所承受的總載移傳感器在試驗(yàn)過程中應(yīng)連續(xù)記錄位移且精度應(yīng)不低于GB/T12160—2019規(guī)定的1級(jí)，且在試驗(yàn)速度下連續(xù)測(cè)量不應(yīng)有慣性滯后。位移測(cè)量精度應(yīng)不超過實(shí)測(cè)值的1%,否則應(yīng)予以校正。7.4夾具SENB試驗(yàn)采用帶移動(dòng)滾輪的試驗(yàn)夾具，如圖3所示。使用半徑大于0.5w的大壓頭可將試樣的壓A—A78圖4在無缺口試樣上測(cè)定的力-位移曲線圖5確定彎曲試樣的壓痕位移的示意圖圖6確定緊湊拉伸試樣壓痕位移的示意圖9FFFo=F?F——力圖7缺口試樣的力-位移曲線(位移已根據(jù)壓痕效應(yīng)進(jìn)行了修正)9結(jié)果計(jì)算與表示穩(wěn)定裂紋增長則意味著真正的起裂力并不是由最大值定義的。為了規(guī)避一個(gè)可疑的起裂位置，采用一個(gè)人為的規(guī)則。在圖7的曲線上畫一條經(jīng)過零點(diǎn)的切線，確定初始剛度(S);通過零點(diǎn)畫一條斜率為載)。如果第二條線在最大值之前與力曲線相交于Fs,則F?應(yīng)稱為Fq。詳見圖7,假設(shè)滿足LEFM條當(dāng)不滿足10%非線性條件時(shí)，則舍棄該試驗(yàn)。通過能量(WB)計(jì)算裂紋開始擴(kuò)展時(shí)的臨界能量釋放率，其中力為Fq,原始裂紋長度為a,WB通過按照公式(7)計(jì)算Gq。h——試樣厚度，單位為米(m);w——試樣寬度，單位為米(m);φ(a/w)——能量校正因子，和裂紋長度有關(guān)。能量校正因子(φ)的計(jì)算及兩種試樣的φ(a/w)值表格按附錄C的規(guī)定。9.3臨時(shí)結(jié)果(K?)通過裂紋開始擴(kuò)展時(shí)的力(Fq)和原始裂紋長度(a)計(jì)算臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子(Kq),見公式(8)。F?裂紋開始擴(kuò)展時(shí)的力，單位為牛頓(N):h——試樣厚度，單位為米(m);f(a/w)——幾何校正因子，和裂紋長度有關(guān)。幾何校正因子的計(jì)算公式及兩種試樣的f(a/w)記錄表格按附錄C的規(guī)定。9.4臨界尺寸和結(jié)果驗(yàn)證只有當(dāng)試樣的尺寸顯著大于裂紋尖端周圍的塑性區(qū)時(shí)，本試驗(yàn)才有效，臨界尺寸以r表示。用于平面應(yīng)變斷裂試驗(yàn)的試樣應(yīng)同時(shí)滿足以下尺寸判據(jù)：用本文件推薦的試樣尺寸，一般能同時(shí)滿足所有的判據(jù)。該判據(jù)包括兩個(gè)限制，即h應(yīng)足以確保平面應(yīng)變，但(w-a)應(yīng)足以避免韌帶的過度塑性。如果(w-a)過小，通常會(huì)，但不一定必然違反線性判據(jù)。如果違反了線性判據(jù)，則可在試樣厚度(h)保持不變的條件下可適當(dāng)增加試樣寬度(w),w/h不大于4。分別通過Gq和K。計(jì)算F,見公式(9)和公式(10):h——試樣厚度，單位為米(m);f——幾何校正因子；φ——能量校正因子；S——試樣剛度，單位為牛頓每米(N/m); (9) (10)o,——拉伸屈服應(yīng)力(按照GB/T1040.1測(cè)定)或者為壓縮屈服應(yīng)力(按照GB/T1041測(cè)定)乘以9.5交叉檢驗(yàn)由于彈性模量(E)與剛度(S)以及機(jī)械斷裂性能(Gc和Kic)有關(guān)，因此能夠?qū)Y(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行 (11) (12)E——彈性模量(見3.4);f——幾何校正因子(見附錄C);φ——能量校正因子(見附錄C);通常，E比Etma稍大。如果差異超過15%,則應(yīng)檢查Gc和Kic的結(jié)果是否存在可能的誤差。表2給出了9組聚酰胺材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。大多數(shù)試驗(yàn)是采用SENB方法獲得的，并且使用兩種方法預(yù)制裂紋：滑動(dòng)刀片和輕敲刀片。每組試驗(yàn)給出了5次試驗(yàn)的算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。Knc的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為5%,Gic的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為12%。表2聚酰胺的Knc和Gnc測(cè)量組號(hào)Kc(平均)Gc(平均)E1234567 89 注：RS—滑動(dòng)刀片；RT——輕敲刀片。未進(jìn)行位移校正1122334 69678附錄A附錄B附錄B附錄C附錄A(資料性)B.1總則形區(qū)的尺寸)具有顯著均勻性[條件a]]和各向同性[條件b]]的塑料。含有短纖維(長度為0.1mm~所以是材質(zhì)不均勻的(不滿足條件a)];由于裂紋擴(kuò)展區(qū)域的尺寸和纖維長度相當(dāng)，因此在裂紋擴(kuò)展區(qū)a)纖維分散基本均勻，即整個(gè)樣品中的局部纖維濃度基本恒定(準(zhǔn)均勻性)。如果受試材料包含c)貫穿板厚度的纖維取向分布，表征材料的分層微觀結(jié)構(gòu)，其相對(duì)于平面試件的中平面基本B.2試樣本文件推薦的兩種試驗(yàn)方法均能使用，即單邊缺口彎曲(SENB)[也稱為三點(diǎn)彎曲(TPB)]和緊湊拉伸(CT),試樣形狀和尺寸符合第5章要求。對(duì)于本附錄涉及的具有非均勻結(jié)構(gòu)和各向異性的材料，有必要規(guī)定相對(duì)于材紋位置(即裂紋平面和裂紋前端的位置以及裂紋擴(kuò)B.2.2試樣方向 厚度等于平板的原厚度，因此通常僅測(cè)試L-T和T-L試樣。a)CT試樣b)SENB試樣圖B.1試樣方向B.2.3預(yù)制裂紋優(yōu)選使用鋒利的刀片根據(jù)5.3中描述的方法b)進(jìn)行裂紋的預(yù)制，而5.3中a)和c)方法，通過輕敲放置在凹口根部的刀片來產(chǎn)生自然預(yù)裂紋，對(duì)于這類材料是困難的和危險(xiǎn)的。輕敲易產(chǎn)生偏離原始裂紋平面且具有不規(guī)則前沿的預(yù)裂紋。另外，與其他類型的塑料相比，這類材料的裂紋尖端銳度通常不關(guān)鍵：通過用新刀片能夠容易地獲得裂紋尖端半徑小于或等于15μm的足夠尖銳的裂紋。試驗(yàn)前后宜通過顯微鏡檢查評(píng)估裂紋的質(zhì)量及裂紋尖端產(chǎn)生的損壞，并記錄。考慮到這些材料中纖維所造成的高度磨損，需要定期檢查刀刃的鋒利程度。B.3斷裂起始點(diǎn)的識(shí)別按照9.1繪制力-位移曲線并根據(jù)曲線確定裂紋擴(kuò)展起始點(diǎn)。除9.1中力-位移記錄的特征類型之外，含有短纖維的塑料經(jīng)常出現(xiàn)另一種情況：力信號(hào)中出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)如圖B.2所示的“突跳”(pop-in)。s——位移；B.4臨界尺寸和結(jié)果檢驗(yàn)對(duì)于未填充塑料，只有當(dāng)與材料屈服應(yīng)力相關(guān)的裂紋尖端處形成的塑性區(qū)與試樣尺寸相比足夠小被完全識(shí)別是值得懷疑的。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于這種材料，纖維含量在正常范圍內(nèi)(體積分?jǐn)?shù)不小于10%),當(dāng)試樣尺寸在本文件建議的范圍內(nèi)(見5.1)變化時(shí)，K和G?的結(jié)果是不變的，因此無須按9.4規(guī)定對(duì)(規(guī)范性)C.1SENB試驗(yàn)的校正因子SENB試驗(yàn)的校正因子計(jì)算見公式(C.1)～公式(C.4),0<a<1。表C.1SENB試驗(yàn)(L/w=4)afφafφa——裂紋長度；w——試樣寬度。C.2CT試驗(yàn)的校正因子CT試驗(yàn)的校正因子計(jì)算見公式(C.5)～公式(C.8),0.2<a<0.8。A=(1.9118+19.118α-2.5122a2-23.226a3+20.B=(19.118-5.0244a-69.678a2+82.16a3a為0.05倍數(shù)的CT試驗(yàn)的校正因子，見表C.2。表C.2CT試驗(yàn)的校正因子afφ式中：a——裂紋長度；w——試樣寬度。推薦采用插值法。[1]GB/T2918塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境[3]WilliamsJ.G.TestingProtocol[5]WilliamsJ.G.,&CawoodM.J.Polym.Test.1990,9:15[6]ASTMD5045-14Ene