碳纤维复合材料的“试验员”

2020-05-10 02:49:35, 分析中心岛津企业管理（中国）有限公司/岛津（香港）有限公司

引言

自进入21世纪以来，科学技术对材料提出了越来越高的要求，碳纤维复合材料（CFRP）因其重量轻、强度高、耐腐蚀性强、弹性优良等特点，广泛应用于航天航空、汽车、电子电器、体育器材等领域，促使碳纤维复合材料行业快速发展。一方面CFRP广泛使用助推产业结构优化升级，实现绿色发展；另一方面CFRP的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。其中力学性能是CFRP性能的重要指标，但由于复合材料本身的一些特点，使力学性能的测试充满挑战！

复合材料的应用场景

CFRP强度评估方法由各种ASTM标准规定。岛津试验机可以根据ASTM各种测试标准做出解决方案，例如符合“平面内剪切试验-双V形切口剪切法（ASTM D5379）的试验示例，以及符合各种标准的夹具。采用双V形切口试样进行平面内剪切试验，得到CFRP的平面内剪切强度、平面内剪切破坏应变和平面内剪切弹性模量。

碳纤维复合材料的测试标准

电子万能试验机
AGX-V

双V形面内剪切试验夹具
（ASTM D5379）

时间-强度曲线

混合加载压缩试验夹具（CLC试验、ASTM D6641）用于混合剪切加载和端面加载的试验方法

压缩残余强度特性评价夹具（ASTM D7137）用于冲击试验造成损伤的试样的压缩试验

V型切口梁剪切试验夹具（ASTM D7078）用于试样上下有90°V型槽的剪切试验

开孔压缩试验夹具(OHC试验、ASTM D6484)用于试样中心有一个圆孔的开孔压缩试验夹具

碳纤维复合材料（CFRP）目前主要应用于飞机与汽车制造业，其刚性是重要应用参考，岛津试验机可以根据JIS K 7074和JIS K7084标准提供静态三点弯曲试验和高速冲击试验方案，且能获得精确获得试验数据。

CFRP静态三点弯曲试验及位移-应力曲线

岛津HITS-PX高速冲击三点弯曲试验系统

碳纤维是碳纤维增强塑料（CFRP）的重要组成部分，碳纤维的力学性能（拉伸强度/弹性模量）对复合材料物理性能有重要影响，岛津试验机系统可以对碳纤维及其复合材料进行拉伸试验，也可以配合高速摄像机实现从高时间分辨率的角度研究碳纤维布的破坏过程的可视化观察。使用X射线CT系统可以对试样中纤维的取向和空隙进行无损观察。这使得在进行测试之前能够观察内部状态，从而获得测试结果与内部结构紧密相关的数据。

碳纤维拉伸测试

基于DIC分析的超高速应变分布可视化系统
（CFRP拉伸试验）

CFRP拉伸试验平面应变的DIC显示

HITS-T10高速拉伸试验机
观测CFRPs冲击破坏的实例(0.1μs间隔)

CFRPs冲击破坏实例的DIC分析

X-Ray CT系统观察CFRP内部纤维取向和空隙结果

岛津试验机拥有一百多年的历史和丰富的产品线，不管是静态试验机还是动态试验机，可以满足各种客户的需求，且进行定制化的夹具设计。岛津公司提供了一系列用于分析、测试和检验评估的仪器和系统（从分析和测试预处理到数据分析），从而有助于解决从CFRP原材料开发到产品耐久性评估各个阶段的各种问题，为营造和谐绿色的发展做出贡献。