CSTM-天平壓伸法測試單根纖維拉伸性能編制說明

《天平壓伸法測試單根纖維拉伸性能》中國材料與試驗團體標準編制說明起草編制組2021年07月

《天平壓伸法測試單根纖維拉伸性能》團體標準編制說明一、工作簡況1.任務來源根據(jù)CSTM標準委員會文件（材試標字[2020]110號）“關(guān)于CSTM標準《天平壓伸法測試單根纖維拉伸性能》的立項公告”，標準計劃編號為CSTMLX031400443-2020,由中國建材檢驗認證集團股份有限公司主要負責起草CSTM標準《天平壓伸法測試單根纖維拉伸性能》編制工作。標準歸口管理委員會為CSTM/FC03/TC14建筑材料領域委員會工業(yè)陶瓷技術(shù)委員會。2.主要工作工程收到CSTM標準立項公告后，中國建材檢驗認證集團股份有限公司牽頭邀請行業(yè)內(nèi)相關(guān)科研、企業(yè)單位參加標準的編制工作，召集專家組成立了《天平壓伸法測試單根纖維拉伸性能》CSTM標準制定工作組。2019年12月完成了標準草案。2020年6月，該標準獲得CSTM標準委員會的通過。2020年9月對標準要求中指標的驗證試驗分析。2021年5月完成了《天平壓伸法測試單根纖維拉伸性能》征求意見稿、標準編制說明及有關(guān)附件的編寫。二、標準化簡況及制定原則1.標準化簡況纖維復合材料在民用和軍用領域使用越來越廣泛，纖維復合材料具有比重小、比強度和比模量大的特點，隨著應用條件的不斷提高，對纖維的性能提出了更高的要求，以滿足不同的應用環(huán)境的需要，已具有耐高溫、耐磨損等特性，被廣泛地應用于石油化、國防軍工、航天航空、機械電子等領域。然而纖維尺寸微小，無法像塊體材料進行測試，需要一種評價方法解決纖維彈性模量的評價。本標準適用于單根纖維的彈性模量和拉伸強度的測試，包括金屬或陶瓷纖維等纖維狀材料。本標準基于基本的應力應變關(guān)系，建立一種有效評價單根纖維彈性模量的試驗方法?，F(xiàn)有的方法中單絲纖維的彈性模量，是以試驗機的位移作為變形引入計算應變，此方法引起的誤差較大，對纖維的測試前準備工作較多，誤差環(huán)節(jié)多，測試數(shù)據(jù)離散較大，不利于準確評價單絲纖維的彈性模量。因此，本標準引入一種簡單有效的方法評價纖維彈性模量，通過纖維上的標記在不同載荷作用下引起的變形，從而評價其彈性模量。2.制定原則本文件制定的原則是保持標準的科學性和適用性。本文件嚴格遵照GB/T1.1－2020《標準化工作導則第1部分標準的結(jié)構(gòu)和編寫》的有關(guān)規(guī)定起草，同時積極采用國外先進技術(shù)指標，本著促進陶瓷涂層行業(yè)技術(shù)進步，提高產(chǎn)品質(zhì)量；合理利用資源，提高經(jīng)濟效益；滿足用戶要求，促進對外貿(mào)易的原則編寫。三．采用國際標準和國外先進標準情況，與國際、國外同類標準水平的對比情況本標準未采用國際標準和國外先進標準。四、標準主要內(nèi)容1.編制原則本文件嚴格遵循GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合當前陶瓷涂層性能檢測領域的發(fā)展需求，參考國內(nèi)外先進的技術(shù)方法，本著理論基礎與實際生產(chǎn)相結(jié)合的原則，確保試驗方法的可操作性和試驗結(jié)果的準確性編寫。2測試原理利用壓縮加載裝置對纖維形成單向拉伸應力，通過電子天平獲得載荷增量值，利用顯微視頻圖片獲得纖維變形后，根據(jù)纖維的尺寸，得到不同應力對應的應變，計算得到纖維的彈性模量。當加載到纖維斷裂時記錄下臨界載荷，可計算出纖維的拉伸斷裂強度。將單絲纖維固定在一個裝置上，使得纖維受到輕微的載荷，并且在纖維上固定兩個微小標記，通過加載裝置，使纖維在天平上逐步受力，并且通過視頻圖像軟件記錄下纖維上兩個標記之間在不同載荷作用下的尺寸。通過載荷及對應的標距距離，結(jié)合纖維的截面尺寸，計算單絲纖維受到的應力和應變關(guān)系，從而得到單絲纖維的彈性模量。4.試驗步驟本文件對測試過程的操作步驟、操作方法和應注意的事項作了詳細說明。實驗步驟包括試樣尺寸的測量、試樣的制備與固定，施加多級載荷并記錄載荷與尺寸，記錄纖維斷裂瞬間的最大載荷，計算應力和應變，計算彈性模量和拉伸強度。試樣測試的操作步驟和操作方法，在文件的標準文本中有詳細的說明，而文中提及的一些注意事項來源于試驗操作過程中，大量的試驗驗證工作往往會發(fā)現(xiàn)試驗操作過程中存在的一些問題，列出這些所需要注意的事項，可以總結(jié)出試驗過程中可能發(fā)生的一些問題，避免應試驗操作不當從而引起的試驗誤差，既保證了試驗結(jié)果的準確性，又提高了試驗效率。五．主要試驗（或驗證）情況分析及預期經(jīng)濟效益為了對新制定的標準進行試驗方法驗證，標準起草單位進行了多項試驗驗證工作，對該測試方法的適用性，相同條件下同種材料的穩(wěn)定性、技術(shù)要素選擇、多種材料的普適性等方面進行了驗證。實驗室內(nèi)部比對驗證了方法的重復性，結(jié)果重現(xiàn)性好，實驗室之間的比對驗證了方法的可操作性，說明該方法原理簡單、準確可靠、具備實際操作性。本文件試驗方法制定的各項關(guān)鍵性指標合理，且能滿足對單絲纖維材料彈性模量和拉伸強度性能評價的要求。具體試驗及驗證結(jié)果見驗證試驗報告。對單絲纖維彈性模量和拉伸強度的準確評價，可以減少以有誤差參數(shù)引起的不必要的工作量，提高了材料研發(fā)的效率，降低了材料研發(fā)經(jīng)濟成本和時間成本，具有較高的經(jīng)濟效益。六、與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標準，特別是強制性標準的協(xié)調(diào)性：本標準補充了現(xiàn)行的單絲纖維測試彈性模量的方法，提高了測量的精度和準確度，與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標準完全協(xié)調(diào)。七、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)：暫無重大分歧意見。八．標準水平建議，預期的社會經(jīng)濟效果：本標準屬于國內(nèi)先進。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，碳纖維、碳化硅纖維、玻纖纖維以及金屬纖維等纖維材料以及自各行各業(yè)中得到了廣泛的應用，在生產(chǎn)生活中起到了重要的角色。并且纖維的應用隨著材料使用和應用要求的提高，例如抗氧化、耐磨損、抗腐蝕等等，被廣泛地應用于石油化工、國防軍工、航天航空、機械電子等領域。日前，我國研制的C919型大型客機及天舟一號貨運飛船上就大量使用了纖維增強復合材料，因此對纖維的彈性模量和拉伸強度評價具有積極的意義。本標準的制定，可以解決單絲纖維材料的彈性模量準確評價難點。本標準適用于單絲纖維以及單絲纖維表面涂層的彈性模量和拉伸強度的評價，對于纖維而言，彈性模量的大小是決定了纖維與基體之間結(jié)合的質(zhì)量，對纖維增強復合材料的發(fā)展具有重要意義，解決了單絲纖維彈性模量的準確評價問題，對纖維的研究、應用以及選擇起到了指導作用，因此對纖維的彈性模量的評價具有重要的社會效益。九、貫徹標準的要求和措施建議（包括組織措施、技術(shù)措施、過度辦法、實施日期等）：建議為推薦性標準。本標準文件審查通過后，可盡快發(fā)布實施，加強與相關(guān)生