碳纤维复合材料 标准试验件加强片选用及粘接方法 征求意见稿

2GB/TXXXXX—XXXX碳纤维复合材料标准试样加强片粘贴规程本文件确立了碳纤维复合材料标准试样加强片的粘贴程序，规定了加强片粘贴过程设备、工装、材料的要求，描述了加强片的粘贴步骤和验收方法。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2943胶粘剂术语GB/T3354定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法GB/T5258纤维增强塑料面内压缩性能试验方法GB/T40724碳纤维及其复合材料术语3术语和定义GB/T2943、GB/T40724界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1试板testpanel完成固化脱膜后的复合材料平板。3.2试板基准边thereferenceedgeofthesubpanel试板的分切中用于定位的边缘。4设备及工装4.1磨床用于试样的分切，磨削的深度应不超过0.5mm，磨削的尺寸精度和端面粗糙度可参考附录A。4.2数控铣床用于试样的分切，铣削的速度应不使刀具过载或试样发生过热，铣削的尺寸精度和分切端面的粗糙度可参考附录A。4.3金刚石分切机用于层合板的分切，刀片宜选用40~80粒度的金刚石，进给速度不使砂轮片过载或者被切件发生过热，砂轮分切的使用限制可参考附录A。4.4高压水切割用于层合板的分切，加工的尺寸精度和分切端面的粗糙度可参考附录A。4.5喷砂机用于复合材料的胶接面打磨，能够清洁胶接面和提高表面粗糙度。4.6工装3GB/TXXXXX—XXXX工装应符合：a)工装应能保证四个加强片和试板胶接的相对位置，试板上、下加强片的齐平度±0.1mm；b)工装应有足够的刚度，材质为钢质，最小厚度大于12mm，长期工作（至少500次）不产生变形，且加热时具有良好的传热均匀性；c)试样接触面应无目视可见的铣刀痕迹，无砂眼、裂缝、划痕等缺陷；d)试样接触面的粗糙度不大于Ra1.6，其他区域不大于Ra6.3；e)试样接触面精度±0.1mm，波纹度≤0.0025。4.7量具测量长度、宽度分度值不低于0.02mm，测量厚度分度值不低于0.001mm。5材料要求5.1乙醇浓度不低于75%。5.2加强片5.2.1加强片材料常用加强片种类如下：a)玻纤层合板，推荐用于标准拉伸试样和低强度的标准压缩试样；b)碳纤层合板，推荐用于高强度的标准压缩试样或者采用端部加载方式的标准压缩试样；c)金属加强片，可用于高强度的标准压缩试样，但需考虑胶黏剂固化时金属与复材热膨胀系数的差异产生的热应力；d)摩擦加强片，如砂纸、金刚砂布等，可用于强度较低的拉伸试样。5.2.2加强片厚度加强片的厚度应大于0.5mm，且通常不大于试样本体厚度；常用的加强片厚度为1mm~2mm，若试样本体厚度较厚，加强片的厚度可适当增加。5.3胶粘剂5.3.1总则胶粘剂需满足试样环境测试要求且具有高伸长率，胶粘剂主要分为胶膜和糊状胶黏剂两种。剪切强度应符合公式（1）要求：P式中：F——胶粘剂的剪切强度，MPa；P——试样的预期破坏载荷，N；W——单侧的试样粘贴宽度，mm；L——单侧的试样粘贴长度，mm；4GB/TXXXXX—XXXX5.3.2胶膜胶膜应符合：a)厚度≤0.3mm；b)固化温度宜不超过试样树脂基体玻璃化转变温度的80%。5.3.3糊状胶粘剂糊状胶粘剂应符合：a)室温下糊状胶粘剂的粘度宜在40pa.s~80pa.s；b)糊状胶粘剂的适用期应大于30min；c)应保证固化后糊状胶粘剂层厚度的均匀性，且厚度宜尽可能薄。6加强片粘贴程序碳纤维复合材料标准试样加强片粘贴程序包括7个步骤，粘贴程序如图1所示。加强片宜与试板粘贴后再切割成试样，如图2所示。注：图1所示的粘贴流程和图2所示的试样分切示意图只适用于加强片材料为图1碳纤维复合材料标准试样加强片粘贴流程5GB/TXXXXX—XXXX图2碳纤维复合材料标准试样加强片粘贴及分切示意图7加强片粘贴7.1试板检查试板可以是完整的复合材料平板，也可以是由大的平板通过金刚石分切机或高压水切割分切得来。在粘贴加强片前，应检查试板的基准面与纤维方向是应标识清楚。7.2加强片准备加强片的尺寸应大于粘贴区尺寸，用于同一块试板粘贴的四块加强片之间的厚度变化应小于加强片标称厚度的±8%。宜选用直角加强片，若试验件厚度较厚或预估破坏载荷过大，可根据测试标准对加强片进行倒角。7.3胶接面处理试板在与加强片粘贴前，应对试板和加强片胶接面进行表面处理：a)若胶接面使用了剥离层，则胶接面无需打磨。剥离层在胶接前进行去除，以防止胶接面污染。推荐剥离层去除后在12h内完成粘贴操作，否则应按照未使用剥离层进行打磨处理。b)若胶接面没有使用剥离层，应采用喷砂或打磨的方式进行处理。操作步骤如下：1)将胶带粘贴在非胶接区，对该区域进行标记和保护。2)胶接面处理：6GB/TXXXXX—XXXX——喷砂处理：使用复合材料用喷砂机，选用180目～300目的砂粒，控制气压在0.45MPa~0.8MPa；——砂纸处理：选用120～220目的金刚砂砂纸进行打磨。若试板采用单向带制造，应沿纤维方向打磨。3)用清洁的白色揩布沾湿乙醇对处理过的胶接面进行清理，以白色揩布无颜色为准。4)目视检查，打磨面应泛白且分布均匀。5)如果打磨过程使用了水以降低灰尘，则打磨后应将试板进行干燥处理。6)如果不能立即粘贴加强片，则应将处理过的试板放入密封袋中保存。7.4胶粘剂准备若选用胶膜，应根据胶接区的尺寸裁剪胶膜的大小。若选用糊状胶粘剂，应根据粘贴区的尺寸和糊状胶粘剂的厚度准备用量，使用前充分混合，搅拌至颜色均匀。7.5粘贴加强片推荐使用附录B所示粘贴工装设定非胶接区长度和定位加强片。a)宜采用粘贴工装设定非胶接区长度和定位加强片；b)加强片粘贴前可用压敏胶带对非胶接区表面进行保护；c)使用双组分胶粘剂粘贴加强片时，涂胶时宜朝一个方向，以避免裹入空气。宜采用一定的措施用于控制胶粘剂层的厚度和均匀性，胶接处溢出的树脂应及时进行清理。7.6胶粘剂固化加强片与试板粘贴后需进行固化：a)若使用中、高温固化的胶粘剂，应放置于压机下或制袋后放置于热压罐、烘箱进行固化，固化过程对温度、压力和固化时间进行监控并记录。b)对于室温固化的胶粘剂，宜在14kPa～34kPa的压强下进行室温固化。7.7脱模及试样分切脱模及试样分切应符合：a)脱模时要防止加强片的边缘发生损伤。如非粘贴区有溢胶，应测量并记录溢胶长度。b)试样的分切宜选用加工精度较高的数控机床或磨床，以试板基准边为加工基准，将试板分切成规定尺寸的试样，测量并记录试样的尺寸。8验收方法加强片粘贴后，应逐条进行检查：a)切割试样前，宜采用无损检测工具对胶接区域进行检测，以表明胶接区域质量。b)粘贴加强片的试样应相对试样的中间层对称（一侧的厚度与另一侧的厚度相差应小于0.5mm可采用影响测量仪进行检测，检测方法如图3所示。7GB/TXXXXX—XXXX说明：1.试样的测量基准线由试样的两条长边拟合生成；2.a1和a2，b1和b2之间的差值小于0.5mm。图3粘贴加强片的试样两侧厚度偏差的测量方法c)试样非胶接区的树脂胶瘤不应影响试样的尺寸测量和测试结果。通常，胶接线2mm以内的树脂胶瘤可不做处理。压缩试样的非胶接区应避免溢胶，以影响到厚度的测量。d)试样粘贴加强片区域的厚度测量沿长度方向测量点不少于4个，沿宽度方向测量点不少于2个。e)试样的尺寸和公差测量结果应满足测试标准或测试方法中要求。8GB/TXXXXX—XXXX试板和试样分切设备（资料性）试板和试样的分切可以使用不同的分切设备，表A.1给出了常用的分切设备的加工尺寸精度和使用表A.1试板的分切与机械加工精度设备和层合板接触部分速度/压力设备限制磨床砂轮20~40mm/min1、用于试样的最终加工2、加工端面只能是平面，表面粗糙度可达0.4um；3、加工尺寸精度约±0.05mm，平行度为0.03mm，垂直度为0.02mm。铣床硬质合金等铣削刀具≥24000r/min1、脆性基体加工会产生微裂纹，用于试样的最终加工；2、加工端面表面粗糙度约为1.6um；3、尺寸加工精度±0.3mm，平行度和垂直度约为砂轮分切机研磨用砂粒手动或电动1、应采用粒度在40~80的金刚石砂轮片；2、分切线速度可调，进给速度的选择只要不使砂轮片发生过载或被切件发生过热情况即可。高压水切割水流（有磨料）1、分层敏感性随着进给速率增加而增加，可用于试板的分切；2、表面粗糙度约为3.2um。9GB/TXXXXX—XXXX加强片粘贴工装（资料性）B.1加强片粘贴工装（适用于胶膜）使用图B.1所示粘贴工装粘贴加强片的操作步骤如下：a)使用胶带对试板的非胶接区进行保护；b)将四块胶膜分别粘贴于四块加强片的胶接面；c)将其中的两块加强片放置于附录图B.1所示工装的凹槽中，胶膜侧朝上；d)依次放置试板和剩余两块加强片；e)上盖板通过定位销与下底板组合通过拧紧侧面的螺丝使加强片挡板向凸台方向挤压加强片，保证加强片与凸台紧密接触以防止树脂溢出到试样上；加强片挡板外侧的试样挡板用以保证试样在固化过程不发生移动。图B.1加强片粘贴工装B.2加强片粘贴工装（适用于糊状胶粘剂）使用图B.2所示粘贴工装粘贴加强片的操作步骤如下：GB/TXXXXX—XXXXa)使用胶带对试板的非胶接区进行保护；b)采用附录B.2所示工装的上下底板夹持住试板非胶接区，以保