在追求輕量化與高性能的今天，碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料無疑是材料界的“明星"。它以其zhuo越的比強度、比剛度和出色的耐疲勞性能，牢牢占據(jù)了航空航天、gao端裝備等領(lǐng)域的核心地位。
然而，當這些先進復合材料應用于高速飛行器、發(fā)動機部件等ji端環(huán)境時，高溫便成為其性能穩(wěn)定性的嚴峻考驗。盡管碳纖維本身耐高溫，但作為“骨架"的環(huán)氧樹脂基體卻對溫度極為敏感。理解材料在高溫下的力學行為，是確保其安全服役的關(guān)鍵。
本文科準測控小編將深入探討單向碳纖維-環(huán)氧復合材料在不同溫度下的拉伸測試，詳細解析其測試原理、標準、設(shè)備及完整流程，為相關(guān)領(lǐng)域的研究與質(zhì)量控制提供專業(yè)參考。
一、 測試原理
高溫拉伸測試的核心目的在于評估材料在特定高溫環(huán)境下的力學性能，包括拉伸強度、彈性模量、斷裂伸長率以及泊松比等。
縱向（纖維方向）拉伸：性能主要由高強度、高模量的碳纖維控制。高溫下，測試主要考察纖維與基體界面結(jié)合力的變化，以及基體軟化對纖維協(xié)同承載能力的影響。
橫向（垂直纖維方向）拉伸：性能幾乎wan全由較弱的環(huán)氧樹脂基體及其與纖維的界面控制。溫度升高會導致樹脂從“玻璃態(tài)"向“橡膠態(tài)"轉(zhuǎn)變，模量和強度急劇下降，這是測試關(guān)注的重點。
二、 測試標準
ASTM D3039： 《聚合物基復合材料拉伸性能的標準試驗方法》。
ISO 527-4/5： 《塑料 拉伸性能的測定 第4/5部分：各向同性和正交各向異性纖維增強復合材料的試驗條件》。
GB/T 3354： 《定向纖維增強聚合物基復合材料拉伸性能試驗方法》（中國國家標準）。
三、 測試儀器與設(shè)備
1、高低溫萬能試驗機
（示意圖）
縱向測試：通常需要高載荷萬能試驗機（如100kN以上），并配備氣動夾具，通過高壓氣體驅(qū)動楔形夾塊，提供均勻且強大的夾緊力，有效防止高強度試樣在夾具內(nèi)滑脫或提前破壞。
橫向測試：可使用標準萬能材料試驗機（如10kN或50kN），配備機械夾具或液壓夾具即可滿足要求。
2、高低溫試驗箱
該箱體緊密安裝在試驗機機架上，內(nèi)部有加熱和制冷系統(tǒng)，可在寬溫范圍內(nèi)精確控制和維持測試溫度。
箱體通常配有觀察窗，并開有專門的通孔，用于安裝夾具和引伸計導桿。
3、測量系統(tǒng)
A、高溫接觸式引伸計
B、應變片：尤其適用于高溫環(huán)境或需要測量泊松比的場景。將電阻應變片（通常采用雙軸應變片，一片測量軸向應變，一片測量橫向應變）粘貼在試樣上，可直接測量局部應變，并精確計算泊松比。
四、 測試流程
1、試樣制備
根據(jù)標準，從通過絲纏繞工藝制備的高纖維體積分數(shù)（~60%）單向碳-環(huán)氧層壓板上，用水射流或金剛石砂輪切割機加工出標準狗骨狀或矩形條狀試樣。
在試樣兩端粘貼加強片（通常為玻璃纖維或鋁制），以防止應力集中，確保試樣在標距段內(nèi)破壞。
2、設(shè)備準備
將合適的夾具（氣動或機械）安裝到試驗機上。
安裝高低溫試驗箱，并確保其能包圍住試樣工作區(qū)域。
根據(jù)測試方案，在試樣標距段內(nèi)粘貼好引伸計或雙軸應變片。
3、裝夾與穩(wěn)定
將試樣牢固地裝入夾具中，確保對中良好。
關(guān)閉環(huán)境箱門，在控制軟件中設(shè)定目標溫度（如0°C, 25°C, 90°C, 110°C）。
啟動溫控系統(tǒng)，待箱內(nèi)溫度達到設(shè)定值并穩(wěn)定至少10-15分鐘，以確保試樣整體溫度均勻。
4、執(zhí)行測試
在軟件中設(shè)置測試參數(shù)，包括加載速率（通常為1-2 mm/min）。
啟動測試程序，試驗機開始施加拉伸載荷。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步記錄載荷、位移、應變（軸向和橫向）數(shù)據(jù)。
5、數(shù)據(jù)采集與結(jié)果分析
測試持續(xù)進行，直至試樣wan全斷裂。
軟件自動生成應力-應變曲線，并計算出關(guān)鍵力學性能參數(shù)：
拉伸強度
彈性模量（軸向、橫向）
泊松比
斷裂伸長率
每個溫度條件下應進行至少3-5次有效重復實驗，以保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)計可靠性。
6、失效模式分析
記錄并觀察試樣的破壞形貌，分析其失效模式（如纖維拉斷、界面脫粘、基體開裂等），這對于理解溫度對材料性能的影響機理至關(guān)重要。
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