TCVN4501-5:2009

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4501-5:2009 (ISO/FDIS 527-5 : 2009) về Chất dẻo - Xác định tính chất kéo - Phần 5: Điều kiện thử đối với compozit chất dẻo gia cường bằng sợi đơn hướng TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 4501- 5 : 2009 ISO /FDIS 527- 5 : 2009 CHẤT DẺO - XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT KÉO – PHẦN 5: ĐIỀU KIỆN THỬ ĐỐI VỚI COMPOZIT CHẤT DẺO GIA CƯỜNG BẰNG SỢI ĐƠN HƯỚNG Plastics - Determination of tensile properties - Part 5 : Test conditions for unidirectinal fibre-reinforced plastic composites L ờ i nói đầu TCVN 4501-1÷5 : 2009 thay thế cho TCVN 4501 : 1988. TCVN 4501- 5 : 2009 hoàn toàn tương đương với ISO /FDIS 527- 5 : 2009 . TCVN 4501- 5 : 2009 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC61 Chất dẻo biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố. Bộ tiêu chuẩn TCVN 4501 (ISO 527), Chất dẻo - Xác định tính chất kéo , gồm các tiêu chuẩn sau: - TCVN 4501-1 : 2009 (ISO 527-1 : 1993), Phần 1: Nguyên tắc chung; - TCVN 4501-2 : 2009 (ISO 527-2 : 1993), Phần 2: Điều kiện thử đối với chất dẻo đúc và đùn; - TCVN 4501-3 : 2009 (ISO 527-3 : 1995), Phần 3: Điều kiện thử đối với màng và tấm; - TCVN 4501-4 : 2009 (ISO 527-4 : 1997), Phần 4: Điều kiện thử đối với compozit chất dẻo gia cường bằng sợi đẳng hướng và trực hướng; - TCVN 4501-5 : 2009 (ISO/FDIS 527-5 : 2009), Phần 5: Điều kiện thử đối với compozit chất dẻo gia cường bằng sợi đơn hướng. CHẤT DẺO - XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT KÉO – PHẦN 5: ĐIỀU KIỆN THỬ ĐỐI VỚI COMPOZIT CHẤT DẺO GIA CƯỜNG BẰNG SỢI ĐƠN HƯỚNG Plastics - Determination of tensile properties - Part 5 : Test conditions for unidirectinal fibre-reinforced plastic composites 1. Phạm vi áp dụng 1.1. Tiêu chuẩn này quy định các điều kiện thử đối với việc xác định các tính chất kéo của compozit chất dẻo gia cường bằng sợi đơn hướng, dựa trên các nguyên tắc chung trong TCVN 4501-1 (ISO 527-1). 1.2. Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 1.2. 1.3. Phương pháp thử thích hợp đối với tất cả hệ polyme nền được gia cường b ằ ng các sợi đơn hướng và đ á p ứng các yêu cầu đề ra trong tiêu chuẩn này, bao gồm cả yêu cầu về dạng thức kh ô ng đạt. Phương pháp thích hợp với compozit nhiệt rắn hoặc nhiệt dẻo, bao gồm các vật liệu tẩm nhựa trước. Các chất gia cường ba o gồm sợi thủy tính, sợi các-bon, sợi aramid và các sợi tương tự khác. D ạng h ì nh học của ch ấ t gia cường bao gồm các sợi và sợi chùm đơn h ướ ng (nghĩa là ch ỉ theo một hướng), vải và dải đơn hướng. Phương pháp này thường không phù hợp với các vật liệu đa hướng gồm một vài lớp đơn hướng ở các góc khác nhau [xem TCVN 4501-4 (ISO 527-4)]. 1.4. Phương pháp được thực hiện sử dụng một trong hai loại mẫu thử khác nhau, tùy thuộc vào hướng của ứng suất áp dụng so với hướng sợi (xem Điều 6). 1.5. Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1) , 1.5. 2. Tài liệu viện dẫn Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được n ê u. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công b ố thì á p dụng bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có). TCVN 4501-1 (ISO 527-1), Chất dẻo - Xác định c á c tính chất kéo - Phần 1: Nguyên tắc chung TCVN 4501-4 (ISO 527-4), Chất dẻo – Xác định các tính chất k é o - Phần 4: Điều kiện thử đối với compozit chất dẻo gia cường bằng sợi đẳng hướng và trực hướng. TCVN 8244-1 (ISO 3534-1), Thống k ê học - Từ vựng và ký hiệu - Phần 1: Thuật ngữ chung về thống k ê và thuật ngữ sử dụng trong xác suất. ISO 1268 (t ấ t c ả các phần) , Fibre-reinforced plastic - Methods of producing test plates (Chất dẻo gia cường sợi - Phương ph á p tạo tấm thử). ISO 2818, Plastics - Preparation of test specimens by machining (Chất dẻo - Chuẩn bị mẫu thử bằng máy). 3. Nguyên tắc Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), Điều 3. 4. Thuật ngữ, định nghĩa Trong tiêu chuẩn n à y áp dụng các thuật ngữ, định nghĩa sau. 4.1 . Chiều dài đo (gauge length) Xem TCVN 4501-1 ( ISO 527-1), 4.1. 4.2 . Tốc độ thử (speed of testing) Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 4.2. 4.3 . Ứ ng suất kéo (tensile stress) (kỹ thuật) Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 4.3 , ngoại trừ đối với mẫu thử loại A được xác định là và mẫu thử kiểu B được xác định là (xem Điều 6 đối với chi ti ế t của mẫu thử ki ể u A và B). 4.3.1 . Độ bền kéo (tensile strength) Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 4.3.3, trừ đối với mẫu thử loại A được xác định là và mẫu thử kiểu B được xác định là . 4.4 . Biến dạng kéo (tensile strain) Sự t ă ng về chiều dài trên đơn vị chiều dài của chiều dài đ o ban đầu. CHÚ THÍCH 1: Đối với mẫu thử loại A được xác định là và mẫu thử loại B được xác định là CHÚ THÍCH 2: Bi ế n dạng kéo được bi ể u thị bằng tỷ lệ không thứ nguyên hoặc phần trăm. 4.5 . Biến dạng kéo tại độ bền kéo (tensile strain at tensile strength) Biến dạng kéo phá hủy (tensile failure strain) Biến dạng kéo tại điểm tương ứng với độ bền kéo của mẫu thử. CHÚ THÍCH 1: Đối với mẫu thử kiểu A, được xác định là v à mẫu thử k iể u B được xác định là CHÚ THÍCH 2: Được biểu thị bằng t ỷ lệ không thứ nguyên hoặc phần tr ă m. 4.6 . Modul đàn h ồ i kéo (modulus of elasticity in tension) E Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 4.6, trừ E đối với mẫu thử loại A được xác định là E 1 và mẫu thử loại B được xác định là E 2 . CHÚ THÍCH : Giá trị biến dạng sử dụng như được đề cập trong TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 4.6, nghĩa là ’ = 0,0005 và ’’ = 0,0025 (xem H ì nh 1), trừ khi các giá trị lựa chọn khác được đưa ra trong yêu cầu kỹ thuật vật liệu. 4.7 . Tỷ số Poisson (Poisson's ratio) Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 4.7, ngoại trừ mẫu thử loại A được xác định là và là , sử dụng các tọa độ trong Hình 2. Đối với mẫu thử loại B , được xác định là và là . 4.8 . Trục tọa độ m ẫ u thử (specimen coordinate axes) Trục tọa độ đ ố i với vật liệu thử như chỉ ra trong H ì nh 2, hướng song song với sợi đang được xác định là hướng "1" và hướng vu ô ng góc v ớ i sợi (trên bề mặt sợi) là hướng "2". CH Ú THÍCH 1: Hướng “1" được xác định là hướng 0° hoặc theo hướng trục dọc, hướng "2" là hướng 90° ho ặ c hướng ngang CHÚ DẪN X Bi ế n dạng, y ứng su ấ t, s a Độ dốc E H ì nh 1 - Đường cong ứng suất-biến dạng H ì nh 2- Compozit c hất dẻo gia cường đơn hướng có trục đ ố i xứng 5. Thiết bị, dụng cụ Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), Điều 5, ngoại trừ: Trắc vi kế hoặc dụng cụ tương tự (xem 5.2.1) đọc đến 0,01 mm hoặc nhỏ hơn nữa. Phải c ó bệ đỡ đ ầ u tròn kích cỡ phù hợp khi sử dụng trên bề mặt không phẳng và bệ đỡ ph ẳ ng nếu sử dụng trên bề mặt phẳng, nhẵn (được thao tác bằng máy). Không áp dụng 5.2.2. C ầ n thao t ác c ẩ n thận nh ằ m đảm bảo áp lực do bộ kẹp tác động lên mẫu (xem 5.1.3) ch ỉ đ ủ đ ể không cho mẫu bị trượt trong bộ kẹp đến khi b ị phá hủy. Á p lực quá lớn của bộ kẹp có thể gây h ỏ ng mẫu do những vật liệu này có độ bền theo chiều ngang thấp. Tốt hơn nên sử dụng bộ kẹp thủy lực có thể đ ặ t ở áp lực không đổi. Nếu sử dụng đồng hồ đo biến dạng gắn vào mẫu, các lỗi sinh ra do tác động theo chiều ngang lên b ề ngang đối với compozit bất đ ẳ ng hướng th ườ ng lớn hơn nhiều so với kim loại đẳng hướng. Phép đo chính xác tỷ lệ Poisson c ầ n phải hiệu ch ỉ nh đối với hiệu ứng này. CHÚ THÍCH: Nên kiểm tra việc căn chỉnh mẫu và bộ truy ề n động như được mô tả trong Ph ụ lục B. 6. Mẫu thử 6.1. Hình dạng và kích thước 6.1.1. Khái quát Có hai loại mẫu thử được xác định sử dụng trong tiêu chuẩn này, phụ thuộc vào hướng của phép thử so với hướng sợi , được m ô tả và minh họa trong Hình 3 6.1.2. M ẫ u thử kiểu A (đối với hướng theo chiều d ọ c) Mẫu thử kiểu A phải có chiều rộng 15 mm ± 0,5 mm, tổng chiều dài 250 mm và độ dày 1 mm ± 0,2 mm, đối với các mẫu từ tấm thử sợi nhỏ, hoặc độ dày 2 mm ± 0,2 mm. Các c ạ nh của từng m ẫ u phải song song và trong phạm vi 0,2 mm. 6.1.3. M ẫ u thử kiểu B (đối với hướng theo chiều ngang) Mẫu thử kiểu B phải có chiều rộng 25 m m ± 0,5 mm, tổng chiều dài 250 mm và độ dày 2 mm ± 0,2 mm. Các cạnh của từng mẫu phải song song và trong phạm vi 0,2 mm. Đối với mẫu thử kiểu B được l ấ y từ tấm sợi nh ỏ được chuẩn bị sử dụng ISO 1268-5, chiều dài mẫu thử 200 mm có thể chấp nhận được. 6.2. Chuẩn bị mẫu 6.2.1. Khái quát Trong trường hợp các vật liệu l ớ p và đúc, chuẩn bị tấm thử phù hợp với ISO 1268 hoặc quy trình khác đã được th ỏa thuận/xác định . C ắt từng mẫu thử, hoặc nhóm mẫu thử (xem Phụ lục A) t ừ tấm thử. Trong trường hợp thành phẩm (ví dụ, đối với kiểm soát chất lượng tr o ng khi sản xuất hoặc phân phối), lấy mẫu từ vùng phẳng. Lấy t ấ t cả các mẫu có trục trong phạm vi 0,5° của trục sợi dự định. Thông s ố đối với mẫu th ử máy được quy định trong ISO 2818 . Các hướng dẫn v ề c ắ t mẫu được đưa ra trong Phụ lục A. CHÚ DẪN 1. Mẫu thử 2. Đ ầ u mẫu thử 3. Kẹp a Định hướng sợi ở đầu mẫu thử b Hướng sợi tr o ng mẫu thử ki ể u B c Hướng sợi trong mẫu thử ki ể u A d Khu vực kẹp Kích thước tính b ằ ng milimet Kiểu A Kiểu B L 3 tổng chiều dài 250 250 (xem ch ú thích 2) L 2 khoảng cách giữa đai đ ầ u cuối 150 ± 1 150 ± 1 b 1 chiều rộng 15 ± 0 , 5 25 ± 0,5 h chiều dày 1 ± 0,2 2 ± 0 , 2 L 0 chi ề u dài đo (dùng cho dụng cụ đo độ giãn) 50 ± 1 50 ± 1 L khoảng c á ch ban đ ầ u giữa hai bộ kẹp (danh nghĩa) 136 136 L T chi ề u dài đai đ ầ u cuối >50 > 50 (xem ch ú thích 2) h T chi ề u dày đai đ ầ u cuối 0,5 đến 2 0,5 đến 2 CHÚ THÍCH 1: Các yêu cầu đối với chất lượng mẫu thử trạng thái song song được quy định tại Đi ề u 6. CHÚ THÍCH 2: Đ ố i với các mẫu được lấy từ các t ấ m sợi nhỏ được chuẩn bị sử d ụng ISO 1268-5, tổng chiều dài mẫu 200 mm c ó thể chấp nh ậ n được, chiều dài đ ầ u cuối 25 mm. H ì nh 3 – Mẫu thử kiểu A và ki ể u B 6.2.2. Các đai đ ầ u cu ố i Những phần cuối của mẫu thử phải được gia cố thêm các đai đầu cuối, tốt nhất là với các đai đầu cuối được làm từ một lớp lót vải b ố hay các lớp vải sợi thủy t i nh/nhựa với sợi đặt chéo góc ± 45° so với trục mẫu thử . Chi ề u dày đai từ 0,5 mm và 2 mm, và có góc đai 90° (nghĩa là không làm thon). Có thể cho phép các đai đầu cuối thay thế khác, tuy nhiên trước khi sử d ụng những loại này ph ả i được ch ứ ng minh c ó độ b ề n tương đương và có hệ số dao động không được lớn hơn các dả i khuyến ngh ị [xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 10.5 và ISO 3534-1). Những lựa chọn c ó thể bao gồm các đai đầu cuối làm từ vật liệu đem ki ể m tra, các đai đầu cuối xi ế t chặt b ằ ng cơ học, các đai đầu cuối không gắn chặt được làm từ các vật liệu thô ráp (như gi ấ y ráp v ớ i hạt đá mài hay cát, và sử dụng bề mặt kẹp th ô ráp). Nếu phép thử được thực hiện với các mẫu không gắn đai, khoảng cách giữa hai bộ kẹp phải như gi ố ng như khoảng cách giữa các đầu của mẫu thử có gắn đai. 6.2.3. Gắn các đai đầu cuối Gắn các đai đ ầ u cuối vào mẫu thử b ằ ng keo c ó độ co gi ã n cao như được mô t ả trong Phụ lục A. CHÚ THÍCH: Quy trình tương tự có th ể được sử dụng đối với mẫu thử đơn l ẻ và mẫu thử nhóm. 6.3. Đánh dấu vạch đo Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1) , 6.3. 6.4. Ki ể m tra mẫu thử Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1) , 6.4. 7. Số lượng mẫu thử Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 7.1 và 7.3 (không áp dụng 7.2). 8. Ổn định Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), Điều 8. 9. Cách tiến hành 9.1. Môi trườ n g thử Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 9.1. 9.2. Đo kích thước mẫu thử Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 9.2, ngoại trừ chiều dày phải đo chính xác đến 0,01 mm và kh ô ng á p dụng chú thích 3 và 4. 9.3. Kẹp mẫu thử Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 9.3. 9.4. Tiền ứ ng suất Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 9.4. 9.5. Lắp đặt dụng cụ đo độ giãn, đồng hồ đo biến dạng và đánh d ấ u vạch đo Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 9.5. Đo chiều d à i đo chính xác đến 1 % hoặc tốt hơn. 9.6. Tốc độ thử Tốc độ thử đối với mẫu thử kiểu A phải là 2mm/min và đối với kiểu B là 1 mm/min. 9.7. Ghi lại s ố liệu Xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), 9.7. 10. Tính toán và biểu thị kết quả Xe m TCVN 4501-1 (ISO 527-1), Điều 10 , tr ừ các định nghĩa được nêu tại Điều 4 của tiêu chuẩn này, các giá trị biến dạng tính đ ế n ba con số có nghĩa. 11. Độ chụm Không biết được độ chụm của phương pháp thử do số liệu liên phòng thí nghiệm không có sẵn. 12. Báo cáo thử nghiệm Báo c á o thử nghiệm phải bao gồm thông tin sau: a) Viện dẫn tiêu chuẩn này bao gồm kiểu mẫu thử và t ố c độ thử như sau: Từ b) đến q) trong báo cáo thử nghiệm, xem TCVN 4501-1 (ISO 527-1), Đi ề u 12 b) đến q), bao gồm loại sợi và hình thái sợi (ví dụ: dải đồng hướng ) trong 12b). Phụ lục A (quy định) Chuẩn bị mẫu thử A.1 . Mẫu thử gia c ông bằng máy Trong mọi trường hợp, các chỉ dẫn sau phải được thực hiện: - Tránh thực hiện dưới các điều kiện có thể tạo ra nhiệt lượng lớn ở mẫu (nên sử dụng chất làm lạnh). Nếu sử dụng chất l à m lạnh ở dạng lỏng, phải sấy khô mẫu ngay sau khi thực hiện. - Kiểm tra nhằm đ ả m bảo các mặt cắt của mẫu không b ị lỗi khi thực hiện. A.2 . Chuẩn bị mẫu thử có gắn các đai đầu cu ố i Nên s ử dụng phương pháp sau: C ắ t một tấm từ vật liệu được thử có chiều dài mẫu thử và có chiều rộng phù hợp với số mẫu yêu cầu. Trục sợi dự định có thể xác định được b ằ ng việc tách cạnh tấm thử và kiểm tra các sợi, lặp lại thao tác một số mẫu đ ể xác định hướng sợi. Nếu t á ch mẫu làm cho cạnh b ị nh a m nhở do sự không li ê n kết giữa các lớp và các tầng, kh ô ng được sử dụng tấm mẫu đó tr ừ khi l à s ả n ph ẩ m đặc biệt hoặc là kết quả của một quá trình đặc biệt. Cắt các d ải hình chữ nhật theo chiều dài và chiều rộng yêu cầu đối với đai đầu cuối. Đính các d ả i với tấm như sau: a) Nếu cần, đánh bằng giấy nhám mịn hoặc thổi bằng loại cát thích hợp tất cả các bề mặt sẽ được phết keo. b) Loại bỏ tất cả bụi trên bề mặt và lau sạch bằng dung môi thích hợp. c) Dán các d ả i theo vị trí dọc hai đầu của tấm, song song với nhau và trực giao với hướng dọc của như được thể hiện tại hình A.1, s ử dụng keo có độ co giãn cao và tuyệt đối tuân th ủ chỉ dẫn của nhà sản xuất keo. N ê n sử dụng keo màng. Keo n ê n có cường độ trượt lớn hơn 30 MPa. Tốt nh ấ t là keo có bản chất mềm dẻo, có độ giãn dài tại điểm đứt lớn hơn vật liệu thử. d) Giữ phần được gắn theo nhiệt độ và áp lực theo thời gian mà nhà sản xuất keo khuyến nghị. e) C ắ t tấm thành mẫu thử , cùng với các dải , tạo nên các đai đầu cuối (xem Hình A.1). a Tỉa phần thừa Hình A.1 - Bộ đ ầ u cuối cho chuẩn bị mẫu thử Phụ lục B (tham khảo) Căn chỉnh mẫu Việc c ă n ch ỉ nh m á y thử kéo v à mẫu thử nên được kiểm tra tại t â m chiều dài đo sử dụng coupon đo kéo của cùng vật liệu đ ược thử. Sử dụng thiết bị hoặc quy trình đảm bảo mẫu thử được định vị trong b ộ kẹp theo cách có thể làm l ạ i được. Đồng hồ đo biến dạng coupon như được chỉ ra trong Hình B.1, đính hai đồng h ồ đo (SG1, SG2) vào một mặt coupon, một phần tám chiều rộng mẫu thử tính từ cạnh v à ở gi ữ a hai đầu và đ í nh đồng hồ đo th ứ ba (SG3) lên đường tâm của mặt đối diện ở giữa hai đầu. So sánh kết quả đ o tại đi ể m giữa của phạm vi biến dạng được sử dụng để đo modul đ à n hồi kéo, nghĩa l à tại 0,0015 đối với giá trị biến dạng được đưa ra trong 4.6. Sử dụng phương trình (B.1) và (B.2), tính biến dạng uốn, được thể hiện b ằ ng %, theo hướng chiều rộng (B b ) và chiều dày (B h ) tương ứng. trong đ ó : , và là bi ế n dạng ghi được b ở i đồng hồ đo ứng lực SG1 , SG2 và SG3. Cuối cùng, đảm bảo biến dạng uốn cong thỏa mãn điều kiện được đưa ra trong bất đẳng thức (B.3): CHÚ THÍCH: 1. Cần thiết sử dụng đồng h ồ đo biến dạng ngay b ê n bộ kẹp đ ể kiểm tra mọi nguy ê n nhân k hông thẳng hàng. 2. Việc căn chỉ nh của m ẫ u đơn lẻ có thể được kiểm tra theo hướng chiều rộng sử dụng dụng cụ đo độ giãn có giá kẹp với kết quả biến dạng theo chiều dọc đối với mỗi cạnh của mẫu thử H ì nh B.1 - Vị trí đồng hồ đo biến dạng (SG1, SG2 và SG3) đối với kiểm tra hệ thống căn ch ỉ nh