《纤维增强聚合物基复合材料单向层合板平行纤维方向压缩性能试验方法》编制说明

《纤维增强聚合物基复合材料单向层合板

平行纤维方向压缩性能试验方法》

编制说明

1、工作简况

制定本标准任务来源于CSTM标准委员会航空材料领域委员会2019年下达的

计划，标准计划编号为CSTMLX530400287-2019。2019年开始制定工作，2020

年完成。

本标准的主编单位为中国航发北京航空材料研究院，参编单位有中国航发商

用航空发动机有限责任公司和沈阳飞机工业（集团）有限公司。2019年7月成

立标准制定项目组，项目组成员及单位详见表1。

表1标准制定项目组成员及单位

序号单位姓名职称分工

1方案制定、标准编写、验证

中国航发北京航空材料研究院陈新文高工

试验

2中国航发北京航空材料研究院王海鹏高工验证试验、数据处理

3中国航空制造技术研究院包建文研究员数据分析、技术讨论

4中国第一飞机设计研究院杨利研究员数据分析、技术讨论

5中国航发北京航空材料研究院邓立伟高工标准资料收集、验证试验

6标准资料收集、组织初稿讨

中国航发北京航空材料研究院马丽婷高工

论

7沈阳飞机工业（集团）有限公司杨国腾研究员标准技术内容分析讨论

8标准资料收集、组织初稿讨

中国航发北京航空材料研究院王雅娜工程师

论

9中国航发北京航空材料研究院杨洋工程师验证试验和分析

10中国航发北京航空材料研究院王翔工程师试验和数据处理

2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则

2.1标准化对象简要情况

压缩试验的目的是获得复合材料压缩强度、压缩模量和压缩破坏应变等性能，

压缩强度和模量是复合材料研制和结构设计所需的重要力学参量。

压缩试验技术的关键内容在于两个方面：一是压缩试验过程中试样不能发生

明显的弯曲变形，亦即试样应在压缩应力作用下发生破坏，而不是在弯矩作用下

发生破坏；二是压缩失效模式应正确，失效位置应在试样工作段，所测定的压缩

强度应能反映纤维的高性能特点，对于复合材料单向板平行纤维方向的压缩强度

试验，失效模式应考虑实际结构中复合材料不同纤维方向层间的约束。

GB/T1448-2005、ASTM/D695-96和ISO604-2002是塑料压缩性能试验方法，

最严重的缺陷是对压缩过程中试验的屈曲变形没有监测，没有试验有效性判断内

容；GB/T3856-2005、HB5485-91和ASTMD3410-94是通过夹具与试样摩擦引

入压缩应力，同样没有试验有效性判断内容；GB/T5258-2008实质是对ASTM

D3410、ASTMD6641和ASTMD695的机械整合，多种夹具和试样，造成使用者的

选择困难。

美国最新版FAA手册CMH-17也推荐采用SRM6-94测定复合材料单向板平行

纤维方向压缩强度，并指出该方法存在需要另外试样测定压缩模量的缺点，而且

不能获得压缩破坏应变。

Q/6S3071-2016借鉴了SRM6-94成功测试和评定了T800级碳纤维增强聚

合物基复合材料单向层合板平行纤维方向的压缩强度，正确表征了其抗压能力明

显高于T300级碳纤维复合材料的客观特性。

2.2制修订标准的原则

制定本标准须坚持两点原则：

（1）符合GB/T1.1-2009规定的标准结构和编写规则；

（2）技术内容合理：对影响试验结果的关键技术参数应定量监测，如：对

压缩试验中试样不能有明显屈曲变形，须规定定量的监测方法。

3、采用国际标准和国外先进标准情况

本标准关键技术等效采用美国的SRM6-94，主要指采用正交铺层复合材料

试样获得单向复合材料层合板0°方向压缩强度的方式。现有压缩方法均直接采

用单向复合材料层合板来获得0°方向压缩强度，这些方法均基于早期T300级

碳纤维复合材料而制定，随着T300级碳纤维工艺的改善提升，以及新型高强高

韧性纤维（如：T800、T1000等）的不断推陈出新，现有国内外压缩性能标准试

验方法已不能正确表征和测定当前纤维增强聚合物基复合材料单向层合板的压

缩强度，主要表现在试样设计不合理，导致不合理的失效模式，不能获得真实的

压缩强度，比起低级别碳纤维复合材料，不能体现高强纤维复合材料抗压缩能力

的优势，如：按照现有大部分方法获得的单向层合板压缩强度T800复合材料与

T300复合材料差不多，实际上T800纤维的拉伸强度可达5500MPa以上，T300

纤维的拉伸强度才3500MPa。

航材院借鉴SRM6-94技术思路，借鉴ASTMD6641的试样形式和对试样屈曲

程度定量监测的内容，并结合大量研究成果编制了“Q/6S3701-2016T800级碳

纤维单向复合材料平行纤维方向压缩性能试验方法”，通过该方法获得了合理的

T800复合材料单向层合板0°压缩性能数据。

当前，GB/T1448-2005纤维增强塑料压缩性能试验方法是基于美国的塑料

性能压缩试验方法ASTM/D695-96和ISO604-2002而制定，试样形式为横截面为

矩形或圆形的柱体，厚度或直径至少4mm，截面尺寸偏大，压缩破坏载荷会很大，

给试样加工和试验都带来很大难度，最严重的缺陷为没有试验有效性判断内容；

GB/T3856-200单向纤维增强塑料平板压缩性能试验方法是基于ASTMD3410-94

制定，工作段偏长，试样宽度偏小，剪切加载方式也导致试验过程中试样经常出

现打滑情况，试验成功率低，同样没有试验有效性判断内容；GB/T5258-2008

纤维增强塑料面内压缩性能试验方法是参照ISO14126-1999而制定，实质上是对

当时ASTMD3410、ASTMD6641和ASTMD695的整合，提供了4种夹具3种试样，

造成使用者的选择困难；HB5485-91碳纤维增强树脂基复合材料薄板压缩性能

试验方法推荐夹具复杂且没有有效性判断内容；Q/6S3071-2016借鉴了SRM6-94

成功测试和评定了T800级碳纤维增强聚合物基复合材料单向层合板的压缩强度，

正确表征了其抗压能力明显高于T300级碳纤维复合材料的客观特性。

美国ASTMD695-2015是硬质塑料压缩性能试验方法，缺点是不适用于高强

纤维增强复合材料，易端头压溃；ASTMD3410-2016为剪切加载型夹具，缺点与

GB/T3856一样；ASTMD6641-2016为端头正压加载和加强片剪切加载，对于高强

纤维复合材料易出现试样端头压溃、劈裂等失效模式不合理，存在不能正确表征

高强纤维复合材料单向层合板压缩强度的缺点；SRM1R-94类似于ASTMD695采

用试样端部加载方式，测试强度和模量需要两根试样进行，存在与ASTMD695

一样的缺点；SRM6-94采用正交铺设层合板试样，利用经典层合板理论获得单

向复合材料平行纤维方向压缩强度，能够客观地区分开高强纤维单向层合板与

T300级碳纤维单向层合板平行纤维方向的压缩强度。

美国最新版FAA手册CMH-17也阐述了美国其他压缩方法的缺点，同时也推

荐采用SRM6-94测定复合材料单向板平行纤维方向压缩强度，并指出该方法存

在缺点：需要另外测定压缩模量，不能获得压缩破坏应变。

航材院制定Q/6S3071-2016初衷虽然是为了解决T800复合材料的问题，但

是从理论上讲可以将该方法推广应用到各种性质的纤维增强聚合物基复合材料，

需要做些推广方面的试验验证工作。

4、标准主要内容确定依据

4.1范围

虽然本标准最初解决的是新型高强高韧性纤维（如：T800、T1000等）增强

聚合物基复合材料的问题，但是力学原理相同，可以推广的其他纤维增强复合材

料单向板0°压缩性能试验。

4.2试样

试样铺层形式借鉴SRM6-94，试样尺寸借鉴ASTMD6641。

4.3试验过程

加载速率借鉴ASTMD6641；在试样两面上粘贴应变计以监测试样弯曲百分

比，并通过弯曲百分比判断试验结果有效性也是借鉴ASTMD6641。

4.4有效性判断

试验有效性判断方法借鉴ASTMD6641。

4.5试验结果计算

试验结果计算方法是本标准区别于其他压缩方法的核心内容，用正交铺层板

的压缩强度来换算单向板0°压缩强度，用单向板直接测定0°压缩模量，以上

关键技术内容借鉴SRM6-94。

5、主要试验（或验证）结果的分析

用该方法对T800/双马复合材料[90º/0º]4S正交板板压缩性能进行测定，可

见[90º/0º]4S破坏断口呈现典型的压剪破坏，并且均未有纤维屈曲的特征，断

口放大图和1所示。

(a)5个试验件压缩破坏断口(b)断口放大图

图1[90º/0º]4S正交板压缩破坏模式

表1为T800/双马复合材料正交板在23℃下的压缩性能数据，查阅相应材料

的单向板0°和90°数据知悉单向板0°和90°拉伸模量均值111GPa和9.8GPa，

计算得到反推系数为1.896，计算获得T800/双马复合材料单向板0°压缩强度

为1630MPa，这符合美国相应材料的指标值。

表1T800/双马复合材料，23℃，正交板压缩

宽度厚度最大载荷压缩强度正则化强度压缩模量正则化模量破坏应变

试验编号

mmmmNMPaMPaGPaMPaμɛ

112.132.3220.673385064.174.411789

212.122.3521.374787866.878.511982

312.142.3820.069482664.476.612689

412.132.3421.274687363.674.413621

512.122.3222.881194166.477.116460

平均值12.132.3421.274687365.076.013518

标准差0.010.020.9237.738.41.321.641778

Cv，%0.070.974.335.054.392.022.1613.15

本标准在后续编制过程中还计划通过其他方法对核心技术内容进行验证，验

证思路如下：通过由正交板获得的单向板0°压缩强度数值进行多向板强度设计，

然后由试验验证多向板的压缩强度与设计计算的一致性。

6、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系

本标准不违反现行的方针、政策、法律、法规，与强制性标准不冲突。

7、重大分歧意见的处理经过和依据

无。

8、预期的社会、经济效果

本标准解决了高强纤维增强聚合物基复合材料的单向板0°压缩强度测量

问题，也可推广应用至其他纤维增强复合材料。复合材料的单向板0°压缩强度

是复合材料结构设计所需重要力学性能，该标准方法对单向板0°压缩强度的准

确表征和测定，必将促进相关复合材料的应用，为复合材料产业的发展提供基础

技术支持。

9、贯彻标准的要求和措施建议

建议会议形式组织对本标准进行宣贯，以促进对本标准的认同和使用。

10、废止有关标准的建议

无。

11、标准涉及专利情况说明

无。

12、重要需要说明的事项

无

CSTM团体标准

编制说明

标准名称纤维增强聚合物基复合材料单向层合板平

行纤维方向压缩性能试验方法

主编单位中国航发北京航空材料研究院

计划编号

填报时间

《纤维增强聚合物基复合材料单向层合板

平行纤维方向压缩性能试验方法》

编制说明

1、工作简况

制定本标准任务来源于CSTM标准委员会航空材料领域委员会2019年下达的

计划，标准计划编号为CSTMLX530400287-2019。2019年开始制定工作，2020

年完成。

本标准的主编单位为中国航发北京航空材料研究院，参编单位有中国航发商

用航空发动机有限责任公司和沈阳飞机工业（集团）有限公司。2019年7月成

立标准制定项目组，项目组成员及单位详见表1。

表1标准制定项目组成员及单位

序号单位姓名职称分工

1方案制定、标准编写、验证

中国航发北京航空材料研究院陈新文高工

试验

2中国航发北京航空材料研究院王海鹏高工验证试验、数据处理

3中国航空制造技术研究院包建文研究员数据分析、技术讨论

4中国第一飞机设计研究院杨利研究员数据分析、技术讨论

5中国航发北京航空材料研究院邓立伟高工标准资料收集、验证试验

6标准资料收集、组织初稿讨

中国航发北京航空材料研究院马丽婷高工

论

7沈阳飞机工业（集团）有限公司杨国腾研究员标准技术内容分析讨论

8标准资料收集、组织初稿讨

中国航发北京航空材料研究院王雅娜工程师

论

9中国航发北京航空材料研究院杨洋工程师验证试验和分析

10中国航发北京航空材料研究院王翔工程师试验和数据处理

2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则

2.1标准化对象简要情况

压缩试验的目的是获得复合材料压缩强度、压缩模量和压缩破坏应变等性能，

压缩强度和模量是复合材料研制和结构设计所需的重要力学参量。

压缩试验技术的关键内容在于两个方面：一是压缩试验过程中试样不能发生

明显的弯曲变形，亦即试样应在压缩应力作用下发生破坏，而不是在弯矩作用下

发生破坏；二是压缩失效模式应正确，失效位置应在试样工作段，所测定的压缩

强度应能反映纤维的高性能特点，对于复合材料单向板平行纤维方向的压缩强度

试验，失效模式应考虑实际结构中复合材料不同纤维方向层间的约束。

GB/T1448-2005、ASTM/D695-96和ISO604-2002是塑料压缩性能试验方法，

最严重的缺陷是对压缩过程中试验的屈曲变形没有监测，没有试验有效性判断内

容；GB/T3856-2005、HB5485-91和ASTMD3410-94是通过夹具与试样摩擦引

入压缩应力，同样没有试验有效性判断内容；GB/T5258-2008实质是对ASTM

D3410、ASTMD6641和ASTMD695的机械整合，多种夹具和试样，造成使用者的

选择困难。

美国最新版FAA手册CMH-17也推荐采用SRM6-94测定复合材料单向板平行

纤维方向压缩强度，并指出该方法存在需要另外试样测定压缩模量的缺点，而且

不能获得压缩破坏应变。

Q/6S3071-2016借鉴了SRM6-94成功测试和评定了T800级碳纤维增强聚

合物基复合材料单向层合板平行纤维方向的压缩强度，正确表征了其抗压能