ASTM D3039 Kompozitlerin Çekme Testi
ASTM D3039 / ASTM D3039M'ye göre çekme testinde, kompozitler için elastik parametreler çekme modülü ve Poisson oranının yanı sıra çekme mukavemeti belirlenir. Bu, sonsuz fiber takviyeli tek yönlü (UD) ve çok yönlü (MD) fiber kompozit laminatları içerir; burada MD laminatları, ayrı ayrı UD katmanlarından, kumaştan veya diğer tekstil fiber mimarilerinden oluşabilir. Süreksiz ve rastgele dağıtılmış takviye elyaflarına sahip elyaf-plastik kompozitler (FRP) (örneğin, Levha Kalıplama Bileşikleri - SMC) de test edilebilir.
Ayrıca uzun veya sonsuz elyaf takviyeli plastiklerin çekme testi için yaygın olarak kullanılan standartlar ISO 527-4 (izotropik ve anizotropik elyaf takviyeli plastikler için test koşulları) ve ISO 527-5'tir (tek yönlü elyaf takviyeli plastikler için test koşulları).
Amaç ve Özellikler Test uygulaması ve test aracı Test koşulları Test gövdesi ve boyutlar Daha fazla bilgi Sıkça sorulan sorular İndirilenler
ASTM D3039'a göre testin amacı ve belirlenen parametreler
ASTM D3039'a göre kompozitler için çekme testleri, diğer şeylerin yanı sıra, malzeme geliştirme ve kalifikasyonda çekme özelliklerini belirlemek, kompozit yapıların yorumlanması ve tasarımına yönelik parametreleri belirlemek ve kalite güvencesinde gerçekleştirilir.
Fiber takviyesinin tipine bakılmaksızın ASTM D3039'da aşağıdaki karakteristik sonuçlar ve parametreler belirlenir:
- Çekme gerilimi: Numunenin ilk kesitine ilişkin kuvvetler
- Uzunlamasına genleşme: Yük yönündeki ilk ölçüm uzunluğuna bağlı olarak ölçüm uzunluğundaki değişiklik
- Enine genleşme: Enine yönde ilk ölçüm uzunluğuna bağlı olarak ölçüm uzunluğundaki değişiklik (yalnızca Poisson oranının belirlenmesi durumunda gereklidir)
- Çekme modülü: Elastik aralıkta belirli bir uzama aralığında gerinim-uzama eğrisinin eğimi. Ayrıca esneklik modülü veya kısaca E-modülü olarak da bilinir
- Çekme mukavemeti: Çekme testinde belirlenen çekme gerilmesinin maksimum değeri
- Kopma uzaması: Çekme mukavemetine ulaşıldığında boyuna uzama
- Poisson sayısı: enine genleşme ve boyuna genleşmenin negatif oranı
İki doğrusal gerilim-uzama davranışına sahip elyaf takviyeli plastikler için ek bir karakteristik değer belirlenebilir:
- Geçiş gerilimi (transition strain): Geçiş bölgesinde eksenel uzama ortalaması. Tipik olarak eksenel gerilim-uzama eğrisinden belirlenir
Hem ASTM D3039 hem de ISO 527-4 / ISO 527-5, kompozitlerin çekme testi için test koşullarını belirtir. Test yöntemlerinin benzerliğine rağmen, belirlenen karakteristik değerler tamamen karşılaştırılabilir değildir, çünkü numune şekilleri ve numune boyutları ve karakteristik değerin belirlenmesi kısmen farklıdır (örneğin, çekme modülü için uzama aralığı ve yukarıda listelenen karakteristik değer geçiş uzaması).
Testin yürütülmesini kolaylaştırmak için, ASTM D3039 standartlarına uygun tüm ayarlarla birlikte önceden birleştirilmiş testXpert test spesifikasyonları kullanılabilir.
ASTM D3039'a göre güvenilir test sonuçları için çene ve hizalama ünitesi
ASTM D3039'a göre çekme testini gerçekleştirmek için ilgili çekme numunesi, statik bir test cihazının çenesine sıkıştırılır. ASTM E1012'ye göre çenelerin doğru hizalamasının düzenli olarak kontrol edilmesi önerilir. Havacılık ve uzay sektöründeki Nadcap akredite test laboratuvarları için uyum kanıtı zorunludur.
Kamalı mekanik gövde veya kamalı çenelere sahip hidrolik gövde bu gereksinim için idealdir. Hizalama kanıtı gerekmiyorsa, sınırlı ölçüde hizalanabilen kama vidalı çeneler de kullanılabilir.
Modüler Kompozit Test Sistemi
Buna karşılık olarak yüksek test hacmine sahip daha büyük test laboratuvarları, çok çeşitli kompozit test yöntemleri için farklı test cihazları kullanır ve böylece dönüştürme çabasını en aza indirebilir. Bireysel test cihazları, farklı test türlerinin kuvvet aralığına uyarlanabilir. Test hacmi çok sayıda test cihazına yatırım yapmayı gerektirecek kadar yüksek veya düzenli değilse, tek bir test cihazının donatılması avantajlıdır; böylece mümkün olan en az dönüşüm çabasıyla mümkün olduğu kadar çok sayıda test prosedürü gerçekleştirilebilir.
Bu amaçla ZwickRoell, 21 test yöntemini ve yaklaşık 120 test standardını (ISO, EN, ASTM'nin yanı sıra Airbus AITM ve Boeing BSS) kapsayan ve statik 100kN veya 250kN test cihazı olarak sunulan modüler bir konsept geliştirdi. Fiber kompozit malzemelerin oda sıcaklığında veya -80°C'den +360°C'ye kadar düşük veya yüksek sıcaklıklarda yapılan deneylerde kapsamlı karakterizasyonuna olanak sağlar.
Test Yazılımı testXpert: ASTM 3039'a göre garantili güvenilir test
ASTM D3039'a göre verimli testler ve güvenilir test sonuçlarına testXpert test yazılımıyla ulaşmak kolaydır:
- Standartları hazırlamak için kendinize zaman ayırın: Standart test spesifikasyonunun ASTM D3039'u karşılayacağı garanti edilir. ASTM D3039'un tüm özellikleri ve parametreleri zaten test spesifikasyonunda kayıtlıdır.
- Çevresel aygıtları bağlayarak daha verimli çalışırsınız: Numune boyutları doğrudan mikrometreden test yazılımına gönderilir. Bu, zamandan tasarruf sağlar ve giriş hatalarını ortadan kaldırır.
- Isı kabini de test yazılımına rahatlıkla entegre edilmiştir: Haznedeki sıcaklığı denetleyin ve kontrol edin, sıcaklık rampalarını ayarlayın ve sonrasında bile korunan değerleri görün.
ASTM 3039 için Çekme Test Cihazı
Standart test numuneleriyle ASTM D3039'a göre çekme testleri ve fiber takviyeli plastiklerin diğer birçok standart test yöntemi için 100 kN'lik bir test cihazının kullanılması genellikle yeterlidir. Sağda gösterilen 100 kN'lik cihaz konfigürasyonu ile, mekanik gövde kamalı çenelerin kullanımı yoluyla farklı test kurulumları ve test cihazları arasında kolay geçiş mümkündür. Çenelerin basitçe çıkarılmasıyla test cihazının tüm çalışma alanı standart dışı testler için de kullanılabilir. Ayaklar, çalışma alanı yüksekliğinin bireysel ve ergonomik olarak ayarlanmasına olanak sağlar.
Yalnızca cam elyaf takviyeli plastikler (GRP) test ediliyorsa maksimum 50 kN güce sahip bir statik test cihazı genellikle yeterlidir.
ASTM D3039'a göre uzama ölçümü için ekstansometre
Elastik parametreleri ve kopma uzamasını doğru bir şekilde belirlemek için numune üzerinde doğrudan bir gerinim ölçümü gereklidir. Kopma anındaki elastikiyet modülünü ve uzamayı belirlemek için uzunlamasına uzamayı ölçmek yeterlidir. Poisson oranının da belirlenmesi gerekiyorsa, enine uzamanın de ölçülebildiği çift eksenli bir uzama ölçüm sistemi gereklidir. Uzama ölçüm cihazları (DMS), klipsli ekstansometreler gibi temaslı ölçüm sistemlerine uzama ölçümü için izin verilir (kısıtlama: numune kırılıncaya kadar) veya otomatik sensör kolu ekstansometreleri (makroXtens, multiXtens) veya temassız optik sistemler (videoXtens).
ASTM D3039 test koşulları
Test hızı
ASTM D3039, test hızını ayarlamak için iki seçenek sunar.
Bir yandan, 0,01 dk-1'lik (nominal değer) sabit bir uzama hızı ayarlayarak. Alternatif olarak deney, 2 mm/dak'lık sabit bir hızda (nominal değer) gerçekleştirilebilir.
- Geçerli olan numune hatası
Numune arızasını belgelemek için ASTM D3039, sıkıştırılmış numune boyunca arıza modunu ve konumunu açıkça tanımlayan 3 harfli bir kod sağlar.
Kırılma çenelerde, bağlantı noktasında veya çenelerden bir numune genişliği kadar uzakta meydana gelirse geçersiz başarısızlık meydana gelir. Bununla birlikte, özellikle 0° UD çekme testleri sıklıkla numunenin tüm serbest alanının parçalandığı yüksek enerjili, patlayıcı bir hasar gösterir. Bu nedenle bu başarısızlık genellikle geçerli bir başarısızlık olarak sınıflandırılır.
Isı aralığı
Fiber takviyeli plastiklerin mekanik özellikleri büyük ölçüde sıcaklığa bağlı olduğundan, oda sıcaklığında çekme testlerinin yanı sıra düşük ve yüksek sıcaklıklarda da testler yapılır. Bu amaçla test cihazı -80°C ila 360°C sıcaklık aralığına uygun bir ısı kabiniyle donatılabilir.
ASTM D3039'a göre numuneler ve boyutlar
| Numune tipi / laminat | Örnek kalıbın şematik gösterimi (basitleştirilmiş, ölçekli değil) | Yapıştırıcı kullanımı hakkında not |
|---|---|---|
| 0° UD Laminat |  |
|
| 90° UD Laminat |  |
|
| çok yönlü UD ve kumaş laminatlar, rastgele elyaf yönelimli süreksiz elyaf takviyeli laminatlar (örn. SMC) |  | Çok yönlü UD veya kumaş laminatlar veya rastgele fiber yönlendirmeli süreksiz fiber takviyeli laminatlardan yapılan numuneler için, yapıştırılmış kuvvet uygulama elemanları yerine aşındırıcı kumaşın kullanılması genellikle yeterlidir. |
- Yapıştırılmış kuvvet giriş elemanları (yapıştırma) kesinlikle gerekli değildir, ancak geçersiz sıkıştırma kırılmalarını (sıkıştırmada veya sıkıştırmada kırılma) önlemek için UD laminatlar için açıkça tavsiye edilir.
- Çekme testindeki yük yönüne göre ±45° lif yönelimine sahip cam elyaf takviyeli plastik (GRP) laminat, tutkallı bir malzeme olarak kendini kanıtlamıştır.
- ASTM D3039'da ilgili laminat tipleri için numune geometrisi için verilen spesifikasyonlar tavsiye niteliğindedir ve sonuçların farklı laboratuvarlar arasında karşılaştırılmasına olanak tanır. Standartta verilen numune geometrisi için genel tavsiyelere uyulması şartıyla numune boyutlarında sapmalara izin verilir.
- Temaslı veya temassız uzama ölçüm sistemleri kullanılırken ölçüm uzunluğu L010 ila 50 mm arasında olmalıdır.
ASTM D3039 için daha fazla bilgi
- ASTM D3039, hem SI birim sisteminde hem de inç-pound (emperyal) birim sisteminde test parametrelerinin ve numune boyutlarının kullanılmasına izin verir. Ancak iki birim sisteminin karıştırılmasından kaçınmak önemlidir çünkü bu, standarda uymayan sonuçlara yol açabilir.
- Bireysel katman seviyesinde çekme özelliklerini belirlemek için her zaman her katmanın aynı şekilde hizalandığı çok katmanlı kompozitler üretilir. Bu özellikle 0° veya 90° UD laminatları içerir. Aynı şekilde hizalanmış kumaş kompozitlerinden yapılmış çok katmanlı kompozitler dumunda, çözgü ve atkı yönlerindeki mekanik özelliklerden de bahsedilmektedir.
- Malzeme geliştirme, malzeme yeterliliği ve kalite güvencesi amacıyla çekme testlerinin yapılmasının yanı sıra, bireysel katman düzeyinde belirlenen parametreler, analitik hesaplama yöntemleri için kompozit yapıların tasarımında da kullanılmaktadır. Örneğin klasik laminat teorisinin yardımıyla, çok yönlü çok katmanlı bir kompozitin elastik özellikleri, ilgili bireysel katmanların özelliklerinden hesaplanabilir. Bireysel katman seviyesindeki kuvvetler, diğer şeylerin yanı sıra maksimum Stres, Hashin, Puck veya LaRC gibi başarısızlık kriterlerini hesaplamak için kullanılır.
- Çok katmanlı bir kompozitin mekanik özellikleri ilgili bireysel katmanların oryantasyonuna bağlı olduğundan, farklı yönlendirilmiş bireysel katmanlara sahip her çok katmanlı kompozit, farklı mekanik gerilme özellikleri sağlar. Fiber takviyeli plastiklerin mekanik malzeme özellikleri yalnızca laminatın üretimi sırasında ortaya çıkar. Üretim sürecinin kendisinin ortaya çıkan karakteristik değerler üzerinde önemli bir etkisi vardır. Üretim sürecinin fiber-plastik kompozit (FRP) laminatın mekanik özellikleri üzerindeki etkisi bu nedenle sıklıkla mekanik testler kullanılarak doğrulanır.
ASTM D3039'a göre kompozit çekme testi hakkında sık sorulan sorular
ASTM D638 papyon çubuğu test numuneleri kullanılarak takviyesiz ve takviyeli plastiklerin çekme özelliklerini belirlemek için standart test yöntemidir. Takviye için >20GPa modülüne sahip sürekli fiberler veya süreksiz fiberler kullanılıyorsa, ASTM D638, polimer matrisli kompozitlerin gerilme özelliklerini belirlemek için standart test yöntemi ASTM D3039'a atıfta bulunur. Daha sonra ASTM D3039'da dikdörtgen numuneler kullanılır. Sürekli elyaflı karbon veya cam elyaf takviyeli plastikler (CFRP, GRP) üzerindeki çekme testlerinde, uygun bir test cihazının kullanılmasını gerektiren takviyesiz veya kısa elyaf takviyeli plastikler üzerindeki çekme testlerine kıyasla önemli ölçüde daha yüksek test kuvvetleri elde edilir.
ASTM D3039 fiber takviyeli plastiklerin çekme özelliklerini belirlemek için standart bir test yöntemidir. Yüksek modüllü takviye edici elyaflar, sürekli elyaflar halinde veya rastgele elyaf oryantasyonuna sahip süreksiz elyaflar halinde mevcut olabilir. ASTM D3039'da dikdörtgen numunelerin tavsiye edilen boyutları, test edilen kompozit laminatın tipine bağlıdır (örneğin, 0° tek yönlü, 90° tek yönlü, çok yönlü veya rastgele-süreksiz).
ASTM D3039 için numune kalınlığı, çekme özelliklerinin belirleneceği laminat tipine bağlıdır.
ASTM D3039, 0° tek yönlü (UD) için 1 mm ve 90° UD çekme testleri için 2 mm numune kalınlığı önerir. Çok yönlü laminatlar veya rastgele süreksiz fiber oryantasyonuna sahip laminatlar için önerilen numune kalınlığı 2,5 mm'dir. Test numunelerinin toplam uzunluğu, genişliği, tutkal uzunluğu ve tutkal kalınlığı için de uygun öneriler yapılır.