复合材料环保性能测试

复合材料的疲劳寿命与测试在现代工程领域，复合材料因其优异的性能而得到了广泛的应用。

从航空航天到汽车制造，从体育器材到医疗器械，复合材料的身影无处不在。

然而，要确保这些材料在长期使用中的可靠性和安全性，了解其疲劳寿命以及进行有效的测试就显得至关重要。

首先，让我们来搞清楚什么是复合材料的疲劳寿命。

简单来说，疲劳寿命就是材料在反复加载和卸载的循环作用下，直到发生破坏所经历的循环次数。

对于复合材料而言，由于其内部结构的复杂性和各向异性，疲劳寿命的预测和评估要比传统的单一材料困难得多。

复合材料通常由两种或两种以上具有不同性能的材料组成，比如纤维增强树脂基复合材料，就是将高强度的纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）嵌入到树脂基体中。

这种特殊的结构使得复合材料在承受载荷时，内部的应力分布不均匀，而且不同组分之间的界面也会对疲劳性能产生影响。

那么，影响复合材料疲劳寿命的因素都有哪些呢？材料的组分和性能当然是首要的。

纤维的类型、长度、含量以及树脂基体的性能都会对疲劳寿命产生直接的影响。

一般来说，高强度、高模量的纤维能够提高复合材料的疲劳性能，而良好的树脂基体则能够保证纤维与基体之间的有效结合，从而提高整体的疲劳寿命。

制造工艺也是一个不能忽视的因素。

复合材料的制造过程中，如果存在缺陷，如孔隙、分层、纤维分布不均匀等，都会成为疲劳裂纹的起始点，从而降低材料的疲劳寿命。

此外，使用环境的温度、湿度、化学介质等也会对复合材料的疲劳寿命产生影响。

了解了影响因素，接下来我们谈谈如何测试复合材料的疲劳寿命。

目前，常用的测试方法主要有两种：应力控制法和应变控制法。

应力控制法是保持加载应力的幅值恒定，测量试样在不同循环次数下的应变变化，直到试样破坏。

这种方法适用于那些在疲劳过程中应力变化不大的情况。

应变控制法则是保持应变幅值恒定，测量应力的变化，适用于那些在疲劳过程中应变变化较大的情况。

在进行疲劳测试时，需要使用专门的疲劳试验机。

试验机能够按照设定的加载模式和频率对试样进行循环加载，并实时记录应力、应变等数据。

复合材料测试复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的新材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，在航空航天、汽车制造、建筑等领域得到了广泛应用。

然而，复合材料的性能测试是确保其质量和可靠性的重要环节。

本文将介绍复合材料测试的相关内容。

首先，复合材料的物理性能测试是至关重要的。

物理性能测试包括拉伸、压缩、弯曲、剪切等多个方面。

拉伸测试可以直观地反映复合材料的抗拉强度和断裂伸长率，而压缩测试则可以评估其抗压性能。

弯曲测试可以检验复合材料在受力情况下的变形和破坏形式，剪切测试则可以评估其抗剪性能。

通过对这些物理性能的测试，可以全面了解复合材料的力学性能，为其设计和应用提供重要参考。

其次，复合材料的热性能测试也是必不可少的。

复合材料在高温、低温等极端环境下的性能表现直接关系到其使用范围和安全性。

热性能测试包括热膨胀、热导率、热稳定性等多个方面。

热膨胀测试可以评估复合材料在温度变化时的尺寸稳定性，热导率测试则可以反映其导热性能，而热稳定性测试则可以判断其在高温环境下的稳定性。

通过对这些热性能的测试，可以全面了解复合材料在不同温度下的性能表现，为其在特定环境下的应用提供依据。

最后，复合材料的耐腐蚀性能测试也是非常重要的。

复合材料在潮湿、酸碱等恶劣环境下的耐腐蚀性能直接关系到其使用寿命和安全性。

耐腐蚀性能测试包括潮湿热老化、酸碱腐蚀、盐雾腐蚀等多个方面。

潮湿热老化测试可以模拟复合材料在高温高湿环境下的使用情况，酸碱腐蚀测试则可以评估其在酸性或碱性环境中的稳定性，盐雾腐蚀测试则可以模拟海洋环境下的腐蚀情况。

通过对这些耐腐蚀性能的测试，可以全面了解复合材料在不同腐蚀环境下的性能表现，为其在特定工况下的应用提供保障。

综上所述，复合材料测试是确保其质量和可靠性的重要手段。

物理性能测试、热性能测试和耐腐蚀性能测试是其中的重要内容，通过对这些性能的测试，可以全面了解复合材料的性能表现，为其设计、制造和应用提供科学依据。

复合材料性能测试方法研究复合材料是指由两种或两种以上的原材料组成的新型材料，它们的组合形式比单一材料更具优势和潜力，在航空航天、船舶、汽车、建筑等领域具有重要的应用价值。

复合材料的性能有赖于组成材料的性能，比如陶瓷复合材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗拉强度等性能取决于其组成陶瓷的性能。

因此，复合材料性能测试方法的研究和实现，对于研发、利用复合材料来提高性能和提高效能具有重要意义。

一般而言，复合材料性能测试方法可分为宏观测试和微观测试两大类。

宏观测试方法是基于宏观性能的物理和力学测试，包括物理性能测试和力学性能测试。

物理性能测试包括热性能测试、电性能测试、化学性能测试和机械性能测试，如抗热稳定性测试、耐久性测试、冲击性能测试、蠕变性能测试、热收缩性能测试、热膨胀性能测试、耐腐蚀性能测试等。

力学性能测试是复合材料最重要的性能测试，它包括拉伸性能测试、屈服性能测试、弯曲性能测试、疲劳性能测试等，其中拉伸性能测试是最常用的性能测试方法。

微观测试方法是以构筑和分析复合材料表面、内部结构为主要内容的微观测试，其常用的测试方法有扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、能谱仪（EDS）、X射线物相分析（XRF）、核磁共振（NMR）、固体状态原子力显微镜（AFM）、原子力显微镜（AFM）等。

这些测试方法可以用来研究复合材料的内部结构和表面形貌，了解材料的微观结构以及组分在材料中的分布情况，从而更好地评估材料的性能。

复合材料性能测试方法主要用于评估复合材料性能，但由于复合材料具有复杂的组织结构和多变的性能，在实际应用中，大多数性能测试方法都是基于模拟和理论计算的。

模拟性能测试是建立模型来预测和研究复合材料性能的方法，常用的模拟性能测试方法有质量守恒模拟、热模拟、结构模拟、拉伸模拟、振动模拟、损伤模拟、失效模拟等。

理论计算性能测试则是基于复合材料的结构特性和性能参数，结合物理和力学原理，采用有限元等数值分析方法，以计算机软件为基础，进行复合材料性能分析和预测的方法。

实验11热塑性塑料聚氯乙烯的塑化、压制、成型实验一、实验目的1掌握聚氯乙烯板材压制成型的方法，并进行配方设计、混合和物料的压制；2了解聚氯乙烯板材压制成型过程中所用设备的基本结构及原理；3学会使用高速混合机、双辊混炼机及液压机等设备。

二、实验原理压制法生产硬聚氯乙烯板材是将聚氯乙烯树脂与加工助剂经过固体混合、粉体熔融塑化、压成薄片、在压机中经加热、加压，并在压力下冷却定型而制得的。

用压制法生产的硬板光洁度好，表面平整，厚度和规格可以根据需要选择和制备，是工业生产大型聚氯乙烯板材的一种常用方法。

聚氯乙烯硬板的制作可分为以下几步：1配方的设计配方的设计是树脂成型过程的重要步骤，对于聚氯乙烯树脂尤其重要，为了提高聚氯乙烯的成型性能，材料的热稳定性和获得良好的制品性能并降低成本，必须在聚氯乙烯树脂中配以加工助剂。

聚氯乙烯塑料配方中通常包含以下组份：(1)树脂树脂的性能应满足加工成型和最终制品的性能要求，用于硬质聚氯乙烯塑料的树脂通常其绝对黏度为1.5~1.8mPa·s的悬浮疏松型树脂。

(2)稳定剂稳定剂的加入可防止聚氯乙烯树脂在高温加工过程中发生降解而使性能变坏。

聚氯乙烯配方中所用的稳定剂按化学组成分为四类：铅盐类、金属皂类、有机锡类和环氧脂类。

(3)润滑剂润滑剂的主要作用是防止黏附金属等材料，延迟聚氯乙烯的凝胶作用和降低熔体黏度。

润滑剂可按其作用分为外润滑剂和内润滑剂两大类。

(4)填充剂在聚氯乙烯塑料中添加填充剂可大大降低产品成本和改进制品某些性能，常用的填充剂有碳酸钙、玻璃珠、玻璃纤维等。

(5)改性剂为改善聚氯乙烯树脂作为硬质塑料应用所存在加工性、热稳定性、耐热性和冲击性差的缺点，常常按要求加入抗冲改性剂，主要有以下几类：a冲击性能改性剂用以改进聚氯乙烯的抗冲击性及其低温脆性等，常用的有氯化聚乙烯（CPE）、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）、丙烯酸酯类共聚物（ACR）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）及甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS）等。

复合材料和成品的物性及检测一、复合薄膜的性能测试1．透湿性试验。

透湿性是指薄膜对水蒸气的透过性，透湿性用透湿量和透湿系数表示。

（1）试验原理。

透湿性试验是在规定的温度、相对湿度条件下，使试样两侧保持一定的水蒸气压差，测量透过试样的水蒸气量，计算透湿量和透湿系数。

（2）试验方法。

通常采用杯式法。

它是将适量的干燥剂（无水氯化钙）放入特制的透湿杯内，然后将试样固定在杯中，并用密封蜡将周边密封，试样表面距干燥剂约3mm。

将密封好的透湿杯称量后，放入恒温恒湿箱中。

定时对透湿杯进行称量，直到前后两次质量增量相差不大于5％为止。

具体的试验条件和试验步骤按GB103787《塑料透湿性试验方法》的规定进行。

杯式法试验方法比较简单，不须用复杂的专用设备，但其试验周期长，且对透湿性小的复合薄膜试验结果精度不高。

测试薄膜的透湿性陈林式法外，目前还有先进的动态红外测湿法，它是采用自动透湿仪进行试验。

这种试验方法的特点是达到稳定透湿的时间短，试验结果精度高，但需要专用的透湿仪，其价格昂贵。

（3）试验结果。

对塑料薄膜和片材，试验结果用透湿量和透湿系数表示。

对人造革、复合薄膜、压花薄膜仅用透湿量表示。

①透湿量以下式表示：WVT=24·Δm/A·t(14-3)式中：WVT为透湿量（g／m2·24h）；t为达到稳定透湿后两次称量间隔时间(h)；m为t时间内的质量变化（g）；A为试样透湿的面积（m2）。

试验结果以每组试样的算术平均值表示，取三位有效数字。

②透湿系数以下式表示：P v=Δm·d/A·t·Δp=1.157×-9×WVT·d/ΔP(14-4)式中：P v为透湿系数（g·cm／cm2·s·Pa）；WVT为透湿量（g／m2·24h）；d为试样厚cm）；p为试样两侧的水蒸气压差（Pa）。

试验结果以每组试样的算术平均值表示，取两位有效数字。

第1期纤维复合材料㊀No.1㊀252024年3月FIBER ㊀COMPOSITES ㊀Mar.2024T800H 级环氧基复合材料热力学性能测试乔㊀巍,贾佳乐,路明坤(中建材(上海)航空技术有限公司,上海200120)摘㊀要㊀开展了T800H 级树脂基复合材料的热力学性能测量㊂采用热膨胀分析仪测量了0ħ~170ħ温度范围内复合材料热膨胀系数;对E1806树脂进行了恒温和动态DSC 扫描,基于自催化模型,建立了E1806树脂的固化动力学方程;利用旋转流变仪测量出E1806树脂的凝胶固化度为0.62;采用TMA 法测量出凝胶后单向层合板厚度方向上的收缩应变为0.88%㊂关键词㊀热力学性能;固化动力学方程;收缩应变;试验Thermodynamic Performance Test of T 800H Grade EpoxyMatrix Composite MaterialsQIAO Wei,JIA Jiale,LU Mingkun(CNBM (Shanghai)Aviation Technology Co.,Ltd.,Shanghai 200120)ABSTRACT ㊀This article conducted thermodynamic performance measurements of T800H resin based composite materials.The thermal expansion coefficient of composite materials was measured using a thermal expansion analyzer within the temper-ature range of 0ħto 170ħ;The constant temperature and dynamic DSC scanning were performed on E1806resin,and the curing kinetics equation of E1806resin was established based on an autocatalytic model;The gel curing degree of E1806resin was 0.62measured by rotary rheometer;The shrinkage strain in the thickness direction of unidirectional laminates af-ter gel is 0.88%measured by TMA method.KEYWORDS ㊀thermodynamic performance;curing kinetics equation;shrinkage strain;test基金项目:中国建材集团攻关专项资助(2021YCJS02)通讯作者:乔巍,博士㊂研究方向为复合材料结构设计及固化变形控制㊂E -mail:qiaow@1㊀引言复合材料具有高比强度,高比刚度,且具有良好的可设计性,因此,复合材料越来越多地应用于飞机机身㊁机翼等结构中[1-3]㊂复合材料热力学性能是复合材料固化过程模拟㊁残余应力和固化变形预测的基础,因此需要通过试验获得复合材料热力学性能及在固化过程中的固化反应行为㊂固化动力学方程主要描述固化过程中树脂基体固化反应程度与温度和时间的函数关系㊂众多学者对不同树脂体系固化反应行为进行了大量的理论和试验研究㊂李伟东等[4]和张晨乾等[5]研究了热压罐固化的双马聚酰亚胺树脂固化动力学行为,并绘制了树脂的时间-温度-转变(TTT)图㊂李自强等[6]在Kamal 动力学模型的基础上,通过差示扫描量热分析法(Differential Scanning Calorimetry,纤维复合材料2024年㊀DSC)获得了微波固化的环氧树脂固化反应动力方程㊂江天等[7]研究了热压罐固化的T800/环氧树脂体系的复合材料性能,其中树脂固化动力学方程和玻璃化转变温度方程的研究方法为DSC法㊂贾丽杰[8]利用江天试验测量的材料性能和固化动力学方程建立了复合材料固化变形的有限元模型,研究了结构因素对固化变形的影响㊂在固化过程中,复合材料化学收缩反应会产生收缩应变,目前获得树脂化学收缩应变的方法主要是试验法㊂Li等[9]采用重量法测量了MY750树脂凝胶前后的化学收缩率㊂杨喜等[10]采用王荣秋教授发明的毛细管膨胀计法实时监测了环氧树脂固化过程中化学收缩率的变化㊂丁安心[11]和Hu等[12]将光纤布拉格光栅传感器埋入预浸料内部,测量了固化过程中材料内应变的变化情况㊂Garstka等[13]采用静态热机械分析仪(Thermomechanical Analy-sis,TMA)测量了AS4/8552复合材料的收缩应变,江天等[7]采用了相同的方法监测了T800/环氧预浸料固化过程中的厚度变化情况㊂TMA法是目前比较主流的化学收缩应变测量方法,预浸料在一定的温度历程(复合材料厂推荐的固化工艺温度曲线)下,且在预浸料表面的特定方向上施加一定的机械力以模拟固化压力,这时测量在该方向上预浸料尺寸变化量随温度和时间的变化情况㊂目前研制的T800H环氧基复合材料的材料性能和固化动力学参数等尚不完善,亟需进行相关试验测量材料参数,为后续复合材料固化变形模拟提供输入条件㊂本文利用电液伺服试验机和热膨胀仪分别测量了复合材料力学性能和热膨胀系数,通过差示扫描量热分析仪和旋转流变仪分别研究了E1806环氧树脂的固化动力学方程和凝胶固化度,采用静态热机械分析仪研究了固化过程中T800H/E1806单向预浸料在厚度方向上的收缩应变㊂2㊀热膨胀系数测量复合材料试验件的材料牌号为T800H/E1806,纤维为T800级增强碳纤维,基体为E1806环氧基树脂,采用热压罐固化工艺成型㊂采用MST370系列电液伺服试验机测量复合材料的力学性能,其中复合材料纵向(沿着纤维方向)和横向(垂直纤维方向)弹性模量的试验标准为ASTM D3039,复合材料剪切模量和泊松比的试验标准为ASTM D7078㊂通过NETZSCH公司的DIL402Expedis热膨胀分析仪测量不同温度下复合材料热膨胀系数,试验件为固化好的单向层合板,试验标准为ASTM D696,测量范围为0ħ~170ħ,试验结果如图1所示㊂试验结果表明,复合材料横向热膨胀系数β2远大于纵向热膨胀系数β1,且β1的值很小,这是由于复合材料的纵向性能主要是由纤维性能决定的,且纤维的热膨胀系数很小㊂β1的试验结果随温度变化很小,因此可取均值-0.35με/ħ㊂β2的试验结果随温度的增加而增大,采用一次函数拟合该试验数据,拟合结果如公式(1)所示,拟合优度R2为0.978,接近于1,表明拟合效果良好㊂β2=(0.018T+30.642)με/ħ(1)式中,T为温度㊂图1㊀T800H复合材料热膨胀系数的试验结果3㊀固化动力学方程采用DSC法研究E1806树脂的固化动力学方程,获得树脂在固化过程中固化度随温度和时间的变化历程,为后续的固化变形仿真分析奠定试验基础㊂首先,采用德国NETZSCH公司的DSC200F3型号设备对树脂样品进行变温扫描,DSC试验测量设备如图2所示,样品质量为3mg,流速设定为50ml/min,时间设定为50min,升温速率有两种,分别为5ħ/min和10ħ/min㊂变温下DSC测量的热流-时间曲线如图3所示,获得了单位质量树脂固化反应释放的总热量Hr为452kJ/kg㊂在此基础上,采用DSC进行等温扫描,树脂样品质量约562㊀1期T800H 级环氧基复合材料热力学性能测试mg,流速设定为50ml /min,时间设定为60min,温度分别为165ħ㊁175ħ及185ħ,测量获得的热流-时间曲线如图4所示㊂图2㊀DSC试验测量设备图3㊀DSC 测量的热流-时间曲线图4㊀恒温下DSC 测量的热流-时间曲线假设树脂的固化率与热流变化率成正比,即[14]如公式(2)所示㊂dαdt =1H r dHdt(2)式中,t 为时间;α为固化度;dα/dt 为固化率;H 为热量;dH /dt 为热流变化率㊂将图4中的瞬时热量除以总热量Hr,再对时间进行积分,得到了固化度-固化率曲线,如图5所示㊂目前,固化动力学模型主要有宏观尺度上的唯象模型和细观尺度上的机理模型㊂由于固化反应过程过于复杂,采用机理模型进行建模和计算的难度高,因此现有的固化动力学研究主要以唯象模型为基础,再通过非线性拟合得到模型参数㊂目前常用的固化动力学模型主要有n 级动力学模型㊁Kamal 模型及自催化模型等㊂本文采用自催化模型对E1806树脂的固化反应进行动力学分析,自催化模型的表达式如公式(3)所示㊂dαdt =A exp (-ΔERT)αm (1-α)n (3)式中,A 为频率因子;ΔE 为活化能;m 和n 为动力学常数;R 为普适气体常数㊂根据图5中的固化度-固化率试验结果,采用神经网络优化算法对公式(3)进行非线性拟合,即可得到固化动力学参数㊂拟合优度R 2㊂图5同时给出了试验结果和自催化模型的拟合结果,结果表明,在固化反应阶段,自催化模型的拟合结果与试验结果吻合良好,拟合得到的E1806树脂固化动力学参数如表1所示㊂图5㊀不同温度下固化度-固化率的自催化模型拟合结果与试验结果对比表1㊀拟合的E1806树脂自催化模型固化动力学参数A /minΔE /(J /mol)mn4.824ˑ104 6.544ˑ1040.1636 1.33264㊀凝胶固化度测量随着固化的进行,树脂黏度逐渐增大,基体分子链逐渐增长,开始形成三维网状结构,此时会出72纤维复合材料2024年㊀现凝胶现象,其中树脂的凝胶点是固化反应到达一定程度的标准㊂在等温凝胶试验中,将固化反应到达凝胶点所需要的时间定义为凝胶时间t gel ,此时的固化度称为凝胶固化度αgel ㊂本文采用旋转流变仪研究了E1806树脂的凝胶固化度㊂采用美国TA 仪器公司的ARES -G2旋转流变仪在170ħ和180ħ两种温度下对树脂进行了等温扫描,获得的E1806树脂存储模量和损耗模量变化曲线如图6所示㊂结果表明,随着固化反应的进行,树脂存储模量E 和损耗模量Eᶄ均逐渐增加㊂此外,固化反应开始时E 小于Eᶄ,但到达某个时间点后E 将超过Eᶄ,且通常将E =Eᶄ对应的时刻定义为该温度下树脂的凝胶时间t gel [7],这样170ħ和180ħ对应的凝胶时间t gel 分别为31.05min 和21.12min㊂利用E1806树脂的固化动力学公式(3),计算出在170ħ和180ħ恒温下的凝胶固化度αgel 分别为0.61和0.63,因此本文通过旋转流变仪法测量得到的E1806树脂凝胶固化度取值为0.62㊂图6㊀旋转流变仪测量的E1806树脂存储模量和损耗模量曲线化学收缩应变测量采用TMA 法测量固化过程中T800H /E1806复合材料的化学收缩应变㊂试验所用TMA 为美国热流变科学仪器公司的Q400,如图7(a)所示,其温度精度为ʃ1ħ,位移精度为ʃ0.5nm㊂试验件为单向铺层的预浸料,如图7(b)所示,其面内尺寸4mm ˑ4mm,初始厚度为4.04mm㊂T800H /E1806复合材料的固化工艺温度曲线为:从室温升温至130ħ,保温一个小时,再升温至185ħ,保温两个小时,最后降至室温,升温和降温速率分别为2ħ/min 和-2ħ/min,如图8所示㊂此外,热压罐的固化压力为0.6MPa,真空袋压力为0.1MPa㊂采用TMA 进行测试时,将测量频率设定为1Hz,压头施加压强设定为0.7MPa,温度历程按工艺温度曲线,测量固化过程中试验件在厚度方向上的收缩应变历程㊂图7㊀TMA 试验仪器和试验件通过E1806树脂的固化动力学方程,计算得到135min 时的树脂固化度为0.62,即135min 时树脂将发生凝胶反应㊂由于凝胶前树脂的流动性较好,通常认为凝胶前复合材料内部的残余应变和残余应力都会随着树脂的流动而消失[13],因此可合理假设135min 时的应变为0㊂在此基础上,通过TMA 获得了固化过程中试验件厚度方向上的收缩应变变化曲线,如图8所示㊂结果表明,135min 前试验件厚度方向上的收缩应变为0;135min 至245min 时,试验件厚度方向上的收缩应变绝对值逐渐增加,需要注意的是,这里的收缩应变不仅包含了化学收缩应变,还包含了该时间段内产生的少量热应变;245min 后收缩应变保持恒定,试验件厚度方向上的收缩应变最终达到了-0.88%㊂采用一个三次多项式拟合固化过程中收缩应变的试验结果,获得的拟合式如公式(4)所示,图8表明拟合曲线与试验结果吻合较好㊂εsh 2=εsh3=0,tɤ135min -9.1076ˑ10-9t 3+6.025ˑ10-6t 2-0.00136t +0.0962,135<t <245min -0.0088,tȡ245minìîíïïïïï(4)式中,εsh 2和εsh3分别为复合材料面内横向和厚度方向上的化学收缩应变㊂由于纵向化学收缩应变εsh1主要由纤维性能决定,而纤维发生化学收缩,82㊀1期T800H 级环氧基复合材料热力学性能测试因此εsh1的值非常小,通常取为0㊂图8㊀固化过程中试验件厚度方向上的收缩应变变化曲线6㊀结语采用试验方法研究了T800H 级树脂基复合材料的热力学性能,结论如下:(1)采用热膨胀分析仪测量了E1806树脂0ħ~170ħ温度范围内复合材料热膨胀系数;(2)对E1806树脂进行了恒温和动态DSC 扫描,基于自催化模型,建立了E1806树脂的固化动力学方程;(3)利用旋转流变仪测量出E1806树脂的凝胶固化度为0.62;(4)采用TMA 法测量出凝胶后单向层合板厚度方向上的收缩应变为0.88%㊂参考文献[1]杜善义,关志东.我国大型客机先进复合材料技术应对策略思考[J].复合材料学报,2008(01):1-10.[2]王衡.先进复合材料在军用固定翼飞机上的发展历程及前景展望[J].纤维复合材料,2014,31(04):41-45.[3]张兴金,邓忠林.浅谈纤维复合材料与中国大飞机[J].纤维复合材料,2009,26(02):24-26.[4]李伟东,张金栋,刘刚,等.高韧性双马来酰亚胺树脂的固化反应动力学和TTT 图[J].复合材料学报.2016,33(07):1475-1483.[5]张晨乾,陈蔚,叶宏军,等.具有双峰反应特性的高韧性双马来酰亚胺树脂固化动力学和TTT 图[J].材料工程.2016,44(10):17-23.[6]李自强,湛利华,常腾飞,等.基于微波固化工艺的碳纤维T800/环氧树脂复合材料固化反应动力学[J].复合材料学报.2018,35(09):162-168.[7]江天,徐吉峰,刘卫平,等.整体化复合材料结构分阶段固化变形预报方法及其实验验证[J].复合材料学报.2013,30(5):61-66.[8]贾丽杰,叶金蕊,刘卫平,等.结构因素对复合材料典型结构件固化变形影响[J].复合材料学报.2013(s1):261-265.[9]Li C,Potter K,Wisnom M R,et al.In -situ measurement of chem-ical shrinkage of MY750epoxy resin by a novel gravimetric method [J].Composites Science 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《复合材料性能测试技术》课程标准适用专业：复合材料工程技术专业课程代码：B062931305学制：3年学时：64学分：4开设学期：第4学期一、课程定位1.课程属性专业核心课2.前导主要专业课程名称《复合材料性能测试技术》是一门综合性、实践性很强的专业核心技能课程，是复合材料工程技术专业必修的核心主干课程之一，它的前导课程有《化学基础》,《高分子化学及物理》，《聚合物基复合材料基础》，《玻璃钢制品手糊及模压成型》，《玻璃钢制品拉挤及缠绕成型》等。

该课程以学生的就业需求为设置基础，以培养学生了解玻璃钢原料及其制品常规指标的测定原理、测试方法为基本目标，以熟练掌握测试技能为主体内容。

通过课程的学习，使学生具备《国家职业标准》中“玻璃钢检验工”的专业知识和技能，获得相应等级的资格证书，为后续“工艺及产品毕业设计”、“复合材料专业综合技能训练”等课程的学习奠定理论基础，同时使学生具有良好的职业素质和创新精神，为学生职业生涯的可持续发展夯实良好的基础，以满足玻璃钢工业职业技术教育发展和职业技能鉴定的需要。

3.课程定位校企合作开发类4.后续主要专业课程名称《现代分析测试技术》、《先进复合材料》、《复合材料模具设计》5.融通课程性否6.配套线上课程无二、课程教学目标1.素质目标（1）具有质量意识、环保意识、安全意识；（2）具备良好的职业素养和坚韧、诚信的品德；（3）具备较强的团队协作和组织协调能力；（4）具备与人沟通和交流的能力；（5）具备良好的心理承受能力及突发事件的处理能力；（6）具有独立学习和分析解决问题的能力；（7）具有严谨的科学态度和创新思维；2.知识目标（1）掌握常用试验设计方法；（2）掌握测试结果与数据处理方法；（3）掌握树脂基复合材料常规性能测试的试样制备方法；（4）掌握树脂基复合材料常规物理性能测试的测试方法及原理；（5）掌握树脂基复合材料常规机械性能测试的测试方法及原理；（6）掌握树脂基复合材料常规热性能测试的测试方法及原理；（7）掌握树脂基复合材料的其他性能测试方法及原理；（8）掌握树脂基复合材料测试的国家标准。

碳纤维及其复合材料性能测试方法和评价指标周嫄娜，李炜【摘要】摘要:从宏观和微观两个角度综述了碳纤维及其复合材料性能的常用测试方法。

表明浸润性是表征树脂浸入纤维的重要参数，接触角、表面能、粘附功是表征浸润性常用的指标；纤维表面性能如粗糙度、化学特性等都影响着复合材料界面粘结性能，常用SEM、AFM、XPS等手段测试；复合材料界面结合强度的大小反应了复合材料力学性能的好坏。

【期刊名称】高科技纤维与应用【年(卷),期】2014(039)006【总页数】6【关键词】关键词:碳纤维；复合材料；性能；测试方法；评价指标碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、质量轻、耐疲劳、耐酸碱、热膨胀系数小等优点，广泛应用于航空航天、体育休闲、交通运输、生物医用等方面[1]。

而由于碳纤维表面为呈现惰性的乱层石墨结构，其表面能较低，与树脂的界面结合较弱，复合材料界面性能较差，从而影响了复合材料优异性能的发挥。

树脂对纤维表面的良好浸润性能是纤维与树脂形成紧密界面结合的首要条件；纤维表面的粗糙程度及其表面极性官能团种类与数量等表面特性影响了纤维与树脂结合的紧密程度；界面是复合材料性能薄弱区，界面结合强度的大小影响了复合材料整体性能的好坏。

从浸润性、纤维表面特性和界面结合强度3个方面介绍了碳纤维及其复合材料常用的测试方法。

1 浸润性浸润现象亦称润湿现象，是液体与固体表面接触时，液体的附着层沿固体表面延伸的现象。

纤维与树脂的浸润性好坏表示树脂浸入到纤维束的难易程度。

如果纤维与树脂的浸润性不好，树脂不能充分进入到纤维束，会使得纤维与树脂不能很好的结合，最终会使得复合材料中包含空隙和缺陷，影响复合材料的最终力学性能。

接触角、表面能和粘附功是3 种常用表征复合材料浸润性能的方法。

1.1 接触角在气、固和液3相交界处做气液界面和固液界面的切线，如图1所示，两切线通过液体内部所形成的夹角（θ）即称为接触角。

接触角是描述液体对固体润湿能力或润湿程度的一个重要指标，接触角越小，液体在固体表面越容易铺展开，表明液体对固体的浸润性越好；反之，接触角越大，液体在固体表面越不容易铺展，说明液体对固体的浸润性越差。

高分子复合材料的生产工艺与性能测试高分子复合材料是由两种或多种以上的材料通过一定的物理或化学方法组合而成的材料，其获得了优异的性能，比如高强度、高刚度、防腐性、抗冲击性等，广泛应用在各行各业中。

本文将从生产工艺和性能测试两方面详细介绍高分子复合材料的特点和应用。

一、高分子复合材料的生产工艺高分子复合材料的生产工艺主要分为两种：物理混合和化学反应。

物理混合是将两种或多种材料直接混合，形成复合材料。

化学反应是指两种或多种原料经过化学反应后，形成新的复合材料。

1. 物理混合物理混合法是把两种或多种塑料进行混合，使用机械液体混合机械设备将材料进行混合，使它们充分融合。

在物理混合过程中，通常会在材料中添加一些添加剂，比如增塑剂、着色剂、阻燃剂等，以满足不同的要求。

2. 化学反应化学反应可以产生更为稳定的化学结构，并且具有更高的强度，更好的抗氧化和抗皱化能力。

一般来说，化学反应生产的复合材料需要一定的时间来完成化学反应，并且需要一定的工艺水平才能成功。

在实际生产中，化学反应生产的复合材料具有更高的成本和工艺要求，通常应用于高端产品的生产中。

而物理混合生产的复合材料则可以广泛应用于各个领域，从建筑材料到包装产品。

无论哪种生产方法，都需要一定的工艺技能和质量控制步骤。

二、高分子复合材料的性能测试高分子复合材料的性能测试通常包括物理性能、化学性质、热学性质、力学性能等多个方面。

1. 物理性能物理性能测试通常包括密度、吸水率、线膨胀系数、温度变化系数、热线缩合系数等。

密度是指材料重量与材料体积之比，吸水率是指材料吸收水分后重量变化率。

线膨胀系数是材料的热膨胀与温度之间的关系，温度变化系数是材料热输出与温度变化之间的关系，热线缩合系数是材料在高温环境下的热收缩程度。

2. 化学性质化学性质测试通常包括化学稳定性、耐酸碱性、耐溶解性等指标，这些指标可以反映出材料的化学反应与其他物质的化学反应程度。

3. 热学性质热学性质指的是材料在高温环境下的稳定性、燃烧性、热传导性等。

木塑国标测试标准
木塑复合材料是一种新型环保材料，具有防水、防腐、耐候等一系列
优点，已经成为建筑、家装等领域的重要材料。

为了保证木塑复合材
料的使用效果和品质，我国对其进行了一系列测试，并制定了相应的
国标测试标准。

木塑国标测试标准主要包括以下方面：
1. 木塑材料的外观质量检测。

外观包括颜色、纹理、表面光滑度等方面，要求木塑材料低瑕疵、低皮棱、颜色均匀、表面光滑。

2. 木塑材料的物理性能测试。

这包括弯曲强度测试、冲击强度测试、
拉伸强度测试、压缩强度测试等多个方面，以确保木塑材料力学性能
符合要求。

3. 木塑材料的耐久性测试。

木塑材料的耐久性主要测试其耐候性、耐
腐蚀性、耐水性等，以保证木塑材料在不同的环境下长期使用的可靠性。

4. 木塑材料的燃烧性能测试。

这项测试主要考察木塑材料的燃烧性能，以确保木塑材料在高温条件下不易燃烧。

5. 木塑材料的环保性能测试。

这项测试主要针对木塑材料所使用的配
件和胶水，测试其对环境的影响。

通过对木塑国标测试标准的严格要求，可以确保木塑复合材料的质量
稳定和品质优良。

当然，不同类型的木塑材料的测试标准也不完全相同，比如户外木塑亭子会对木塑材料的防水性能要求较高，而家具类
木塑材料则更注重颜色、质感等方面。

总之，制定木塑国标测试标准是保障木塑复合材料质量的重要措施之一，只有经过这样的测试和检验，才能确保木塑材料的可靠性和品质。

我们期望未来会有更多严格科学的测试标准推出，让木塑复合材料在
市场上更好地表现。

碳纤维复合材料的性能测试及应用碳纤维复合材料是一种可以代替传统金属材料的新型材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。

然而，随着需求的不断增长，对碳纤维复合材料性能的测试也变得越来越重要。

本文将讨论碳纤维复合材料的性能测试及其在不同领域的应用。

一、碳纤维复合材料的性能测试1.强度测试碳纤维复合材料的强度是其最重要的性能之一。

强度测试通常使用拉伸、弯曲、剪切等测试方法。

拉伸测试是最常用的测试方法，通过测量试件在固定距离内的变形来确定其弹性模量和极限强度。

弯曲测试则通过测量试件在弯曲时的变形和应力来确定其弯曲强度和弹性模量。

剪切测试用于衡量试件的剪切强度和剪切模量。

2.热性能测试碳纤维复合材料的热性能对其在高温环境下的应用具有重要意义。

热性能测试主要包括热膨胀系数、热导率、热传导率的测试。

这些测试方法可以确保碳纤维复合材料在高温下具有良好的耐久性。

3.耐腐蚀性测试碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能，在海洋和化学工业等领域有广泛的应用。

因此，耐腐蚀性测试成为了一种重要的测试方法。

测试方法包括对试件进行腐蚀试验观察其变化程度，通过改变温度、浓度和时间等参数来确定试件的耐久性。

二、碳纤维复合材料的应用1.航空航天领域碳纤维复合材料在航空航天领域得到了广泛的应用。

其中最显著的应用是飞机结构件。

由于碳纤维复合材料具有极佳的强度和刚度，使得使用它制造的飞机部件可以在保持安全性的前提下达到更轻的重量，显著降低了飞机的重量和油耗。

此外，碳纤维复合材料还可以用于制造导弹、卫星等航空航天器件。

2.汽车领域碳纤维复合材料可以大幅降低汽车的重量，提高燃油效率。

由于汽车的重量是燃料效率的最主要因素之一，因此利用碳纤维复合材料来制造汽车结构件，可以进一步推动汽车工业的可持续发展。

在高端豪华车市场上，碳纤维车身已经得到广泛应用，而在普及领域，由于成本问题，碳纤维复合材料还需要进一步推广。

精品文档1．拉伸性能聚合物复合材料性能解释以及测试标准指南1拉伸性能包括拉伸强度，弹性模量、泊松比、断裂伸长率等。

对于如高压容器、高压管、叶片等产品，必须要测出聚合物复合材料的拉伸性能，才能进行产品设计及检验。

GB/T1447 对于不同的聚合物复合材料，拉伸性能试验方法是不同。

对于普通的，用国标进行测试；对于定向纤维增强的，用国标进行测试；对于缠绕成型的，用国标GB/T1458进行测试。

使用最多的是进行测试；对于拉挤成型的，用国标GB/T13096-1GB/T33541 GB/T1447。

型、，对于不同成型工艺复合材料，又规定不同形状的拉伸试样，有带R 国标GB/T1447使用拉伸试验机或万能试验按规定的加载速度对试样施加拉伸载荷直到试直条型及哑铃型。

应变曲线的直线样破坏。

用破坏载荷除以试样横截面面积则为拉伸强度。

从测出的应力----破坏时的应变称为断裂伸长试样横向应变与纵向应变比为泊松比。

段的斜率则为弹性模量，率。

的应力。

1N/mm2（兆帕）表示，1MPa相当于单位面积上的力，称为应力，通常用MPa 应变是单位长度的伸长量，是没有量刚（单位）的。

玻璃钢，11：不同的现代复合材料其拉伸性能大不一样，以玻璃纤维增强的玻璃钢为例：）（250-350：1玻璃钢，拉伸强度为（MPa，弹性模量为10-16）GPa；4）拉伸强度为（200-250，800MPa）15-22GPa；单向纤维的玻璃钢（如缠绕），拉伸强度大于MPa，弹性模量为（DMCGPa；弹性模量为，（5-8）40-80SMC弹性模量大于24GPa；材料，拉伸强度为（）MPa 。

）GPa4-620-60材料，拉伸强度为（）MPa，弹性模量为（1. 2弯曲性能往往用弯曲性能来进行原材料，弯曲性能是很重要的，同时，一般产品普遍存在弯曲载荷，成型工艺参数，产品使用条件因素等的选择。

精品文档．精品文档进行进行测试；对于拉挤材料，用国标GB/T13096.2 弯曲性能，一般采用国标GB/T1449GB/T3356进行测试。

GJB2637
39
拉-压、压-压疲劳试验
HB5439
40
弯曲疲劳试验
HB7624
41
纤维环绕环形试样拉伸
GB/T1458
42
纤维环绕环形试样层间剪切
GB/T1461
43
无缺口拉伸
NASACR4751
44
无缺口压缩
NASACR4751
45
开孔和充填孔拉伸
NASACR4751
46
开孔压缩
NASACR4751
示差扫描量热法
11
原丝预氧化热效应
示差扫描量热法
12
原丝热失重
动态热重法
13
原丝长丝密度及变异系数
质量法
14
原丝（单丝）拉伸强度
机械拉伸法
15
原丝（单丝）拉伸强度变异系数
机械拉伸法
16
原丝（单丝）断裂伸长率
机械拉伸法
17
原丝（单丝）断裂伸长率变异系数
机械拉伸法
18
原丝短纤线密度
质量法
19
原丝（长丝）拉伸强度
29
碳纤维直径、横截面积
显微镜法
30
碳纤维直径、横截面积
显微测定非圆截面
31
碳纤维直径、横截面积
激光衍射法
32
碳纤维密度
密度梯度柱法
33
碳纤维含碳量
元素分析仪
34
碳纤维上浆剂含量
重量法
35
碳纤维灰分含量
重量法
36
碳纤维浸润剂含量
重量法
37
碳纤维拉伸强度和离散系数
机械拉伸
38
碳纤维拉伸模量和离散系数
机械拉伸

聚合物复合材料的力学性能测试与分析聚合物复合材料是由聚合物基质和填充物组成的一种新型材料，具有轻质、高强度和耐腐蚀等优点，广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。

然而，为了确保复合材料的可靠性和安全性，需要进行力学性能测试与分析。

一、引言聚合物复合材料由于其优越的力学性能在许多领域得到广泛应用。

然而，在实际使用过程中，复合材料会受到外界环境的影响，如温度、湿度和荷载等。

因此，对复合材料的力学性能进行测试和分析是十分重要的。

二、拉伸性能测试与分析拉伸性能是评价聚合物复合材料力学性能的重要指标之一。

拉伸试验通过施加拉伸力来测量复合材料在拉伸过程中的变形和破坏行为。

通过拉伸试验可以获得材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率等参数。

在拉伸性能测试后，需要对测试数据进行分析。

通过绘制应力-应变曲线，可以了解到材料在不同应变下的力学响应情况。

此外，还可以利用杨氏模量计算复合材料的刚度。

三、压缩性能测试与分析压缩性能是指材料在受到压力时的抵抗能力。

压缩试验是通过施加压缩力来测量材料的强度和变形行为。

通过压缩试验可以得到材料的弹性模量、屈服强度、抗压强度和压缩应变等参数。

压缩性能的测试和分析与拉伸性能类似，都需要绘制应力-应变曲线，并计算杨氏模量。

不同的是，在压缩过程中，材料的破坏方式通常是屈曲，对于复合材料而言，还可能出现层间剥离的现象。

四、弯曲性能测试与分析弯曲性能是指材料在施加弯曲力时的抵抗能力。

弯曲试验是通过施加弯曲力来测量材料的刚度和弯曲行为。

通过弯曲试验可以得到材料的弯曲模量、弯曲强度和断裂伸长率等参数。

弯曲性能的测试和分析也类似于拉伸性能和压缩性能。

通过绘制应力-应变曲线，可以了解材料在不同应变下的力学响应情况。

此外，还可以利用弯曲模量计算复合材料的刚度。

五、疲劳性能测试与分析疲劳性能是指材料在反复加载下的耐久能力。

疲劳试验是通过施加交变载荷来模拟材料在实际使用中的循环加载，并测量材料的寿命和损伤程度。

复合材料测试标准1. 材料特性与分类复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法结合而成的新材料。

根据组成和结构特点，复合材料可分为功能复合材料、结构复合材料、智能复合材料等。

测试标准应首先明确材料的组成、结构以及分类，以便对其性能进行准确评估。

2. 尺寸稳定性复合材料的尺寸稳定性对其制造和使用至关重要。

通过测量复合材料的热膨胀系数和残余应力，可以评估其尺寸稳定性。

在测试过程中，需要注意试样的制备、环境控制以及测量设备的精度。

3. 物理性能复合材料的物理性能包括密度、吸水性、透光性、绝缘性等。

这些性能的测试结果可以反映复合材料的基本特性，为产品设计、优化和选材提供依据。

测试方法应参照相关标准进行，确保结果的准确性和可比性。

4. 机械性能复合材料的机械性能对其在载荷作用下的表现有重要影响。

常见的机械性能测试包括拉伸、压缩、弯曲、冲击等。

这些测试可以评估复合材料的强度、刚度、韧性等指标，反映其在不同环境下的行为特性。

测试过程中需注意加载速度、试样形状和尺寸等因素对结果的影响。

5. 热性能复合材料的热性能包括热膨胀系数、热导率、比热容等。

这些性能与温度密切相关，反映了材料在温度变化下的稳定性和能量传递能力。

通过热分析方法（如DSC、TGA等）可以对复合材料的热性能进行评估。

测试过程中应控制加热/冷却速度，保持温度的准确性。

6. 耐候性能复合材料的耐候性能是指其在自然环境条件下的耐久性和稳定性。

通过模拟不同气候条件（如紫外线、湿度、温度等）下的暴露试验，可以评估复合材料的耐候性能。

测试过程中应注意试样的安装方式、暴露面的保护以及环境条件的控制。

7. 疲劳性能复合材料的疲劳性能是指在交变载荷作用下的抗疲劳能力。

通过疲劳试验可以评估复合材料在周期性载荷作用下的强度和裂纹扩展特性。

测试过程中应注意加载波形、循环次数、应力水平等因素的控制，同时保持试样的清洁和干燥。

8. 环境适应性复合材料的环境适应性是指其在特定环境条件下的稳定性和耐受性。

复合材料检测仪检测标准一、材料属性使用复合材料检测仪可以检测材料的成分、密度、硬度等属性。

确保所使用的材料符合设计要求，以及确保材料的质量和可靠性。

二、外观质量复合材料检测仪可以通过视觉检测技术检查产品的表面质量，如是否存在气泡、裂纹、杂质等缺陷。

确保产品的外观质量符合标准,以达到良好的使用体验。

三、尺寸偏差使用复合材料检测仪可以测量产品的尺寸偏差，如长度、宽度、高度等参数。

确保产品的尺寸精度符合设计要求，以达到良好的装配和使用效果。

四、涂层厚度使用复合材料检测仪可以测量涂层的厚度，以确保其符合设计要求。

对于功能性涂层，如防腐涂层、耐磨涂层等，厚度的控制对于产品的使用寿命和性能具有重要意义。

五、附着力复合材料检测仪可以评估涂层与基材之间的附着力，以确保涂层与基材之间的结合牢固可靠。

附着力是决定产品使用寿命和性能的重要因素之一。

六、耐候性使用复合材料检测仪可以模拟各种环境条件，如温度、湿度、光照等，以测试产品的耐候性。

确保产品在使用过程中能够保持良好的性能和稳定性。

七、耐磨性使用复合材料检测仪可以测试产品的耐磨性，以评估其在长时间使用过程中的性能表现。

耐磨性的好坏直接影响到产品的使用寿命和性能。

八、耐腐蚀性使用复合材料检测仪可以测试产品在特定环境下的耐腐蚀性能,如酸性、碱性等介质。

确保产品在使用过程中能够抵抗腐蚀，保持其良好的性能和稳定性。

九、电气性能复合材料检测仪可以测试产品的电气性能，如绝缘电阻、介质损耗等参数。

确保产品在使用过程中具有良好的电气性能，以满足设计要求和应用场景的需要。

十、光学性能对于具有光学性能的产品，使用复合材料检测仪可以测试其光学性能参数，如透光率、反射率等。

确保产品的光学性能符合设计要求，以达到预期的光学效果和使用体验。

十一、热学性能使用复合材料检测仪可以测试产品的热学性能，如热膨胀系数、热导率等参数。

对于在高温或低温环境下使用的产品，热学性能的稳定性对于产品的性能和使用安全性具有重要意义。

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