国标VS美标：聚合物基复合材料拉伸试验方法——试样条件我国现行的聚合物基复合材料拉伸性能试

我国现行的聚合物基复合材料拉伸性能试验标准为 GB/T 3354-2014 《定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法》（以下简称GB），而美国材料与试验协会发布的适用于聚合物基复合材料拉伸性能试验方法的标准为ASTM D3039-14（以下简称ASTM）。

由于美国目前在航空材料及测试标准体系方面的研究走在世界前列，所以对比分析ASTM与GB的异同很有必要。

对比ASTM与GB的全部内容，发现两者之间的差异主要表现在试验环境条件、试样、试验机、试验程序以及试验报告等五个方面。今天，就让我们先来看看在试样要求这一方面，两个标准会有怎样的差别呢？

试样形状

ASTM和GB对试样形状要求一致，均为薄板长直条试样。

试样尺寸

ASTM分为对一般试样和标准试样的两种要求。ASTM对一般试样的尺寸要求如下：符合薄板长直条试样，并且试样长度≥（夹持长度+2倍宽度+标距长度）即可。ASTM对标准试样的尺寸要求则更为具体，表1为ASTM对0°和90°铺层的标准试样与GB对相同铺层材料试样尺寸要求的对比。

表1 ASTM 标准试样与 GB 试样几何尺寸要求对比

GB/T 3354-2014相比于GB/T 3354-1999，已将0° 和90° 铺层拉伸试样长度由“230 mm”和“170 mm”分别扩展为表1中的“230 mm ～ 250 mm” 和“170 mm～200 mm”，并标注了推荐厚度分别为1 mm和2mm。

可见GB在逐渐扩大试样几何尺寸的选择范围，使标准的适用性增强。

研究表明，复合材料转化为连续介质的条件是标距长度要远大于复合材料的重复单元长度，足够的试样长度可以保证试样标距段内具有均匀的应力状态，因此，拉伸强度的测试结果与试样的形状和尺寸密切相关。综合多个学者实际的试验与研究表明：从试验角度来看，ASTM对一般试样和标准试样尺寸给出了不同精度的要求，相比GB更为科学严谨，而且适用性更强，GB可以加以借鉴。

加强片

通常复合材料拉伸试验需要采用加强片进行试样保护，以提供有效的拉力模式，预防试样过早失效。ASTM与GB均对加强片的尺寸范围、材料选择、使用范围、粘贴方法、粘贴时间以及测量精度等进行了规定，主要区别如表2所示。

表2 ASTM 与 GB 对加强片要求对比

1. 加强片尺寸

GB与ASTM对0°铺层材料规定相同，主要区别在于对90°铺层材料是否使用加强片，这种区别对试验结果的影响还有待验证。

2. 加强片材料选择

ASTM和GB对材料选择的要求不同，但相关研究指出，两者提供的加强片材料选择范围均满足常温试验对其强度和刚度的要求，为提高试验精度，可进一步区分不同材料加强片的使用环境。

3. 胶粘剂的使用

ASTM和GB对胶层厚度及固化温度的要求可相互补充，从而提高试验结果的准确性。

4. 粘贴时间

GB要求在试样切割前完成，而ASTM并无具体要求。

5. 测量精度

ASTM较GB更加精准，为不同尺寸试样设定了更适合的精度要求。

ASTM与GB均未明确规定对高温、低温、湿态等复杂试验环境下加强片使用标准要求。笔者认为，随着试验环境的复杂化，不仅要明确复杂环境下对试样的操作要求，相应的辅助试验材料的要求、试验设备的操作规范都应逐一完善。

试样状态调节

此部分为GB特有，ASTM中未对试样状态调节进行规定。

GB要求对于干态试样，试验前，在试验室标准环境条件下应至少放置24h；对于湿态试样，试验前，应在规定的温度和湿度条件下使试样达到所要求的吸湿状态，推荐温度为（70±3）℃，推荐相对湿度为（85±5）%，并且要求湿态试样状态调节结束后，应将试样用湿布包裹放入密封袋内，直到进行力学试验，试样在密封袋内的储存时间应不超过14d（天）。

分析多位学者的研究发现PVC材料试样状态调节后，其拉伸强度的标准误差较试样调节前明显降低，试验结果的分散性变小。因此，为保证试验结果的稳定性，对试样状态调节进行规定是非常有必要的。

结语

试样方面，GB与ASTM的试样尺寸范围近似，ASTM的要求更为严谨。试样尺寸、加强片的材料、胶黏剂的选择等对试验的影响还有待进一步验证，建议对非常温试验条件下加强片材料、胶黏剂等进行规定。

选自：《理化检验—物理分册》 Vol.53 2017.8

作者：牛一凡，副教授，中国民航大学