ASTM D2343 标准译文.docx

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ASTMD2343标准译文

用于增强塑料用的玻璃纤维、纱线、

以及粗纱拉伸性能的测试标准

本标准特指D2343；后面的号码表示首次采用的年份，或者如果经过修改后表示的是最后一次修改的年份。

口号里面的数字表示最后批准的年份。

上角标表示从最后一次修改或批准后的版次。

1、范围

1.1该测试标准包括在特定的预处理、温度、湿度、以及拉力试验机速度等条件下，将玻璃纤维、纱线、粗纱作为浸渍杆测试样品并对其拉伸性能进行测试比较。

该测试标准适用于树脂涂覆后的连续纱线、玻璃纤维材料。

本测试方法应用于质量管理以及R&D，并不用于发展复合材料的设计数据。

注1—该测试标准在技术上参照ISO9163中短方法的描述。

注2—需要首先考虑到在生产测试样品过程中所使用的聚合物粘合剂，使得在玻璃纤维材料的测试中可得到最高的连续值。

测试样品的制备、树脂浸渍系统、速度以及测试环境等都会影响拉伸性能。

因此，若要得到精确的比较结果，必须控制好所有的影响因素。

1.2采用国际单位作为标准，括号中只提供所表示的信息。

注3—需要首先考虑到在生产测试样品过程中所使用的聚合物粘合剂，使得在玻璃纤维材料的测试中可得到最高的连续值。

测试样品的制备、树脂浸渍系统、速度以及测试环境等都会影响拉伸性能。

因此，若要得到精确的比较结果，必须控制好所有的影响因素。

1.3本测试标准并没有解决所有的安全问题，如果有需要涉及安全问题的，需要结合其使用进行考虑。

本标准的使用者有责任建立一个安全健康的方法，并且确定使用前的监管局限性。

2、参考文件

2.1ASTM标准：

D618调整测试用的塑料

D883塑料相关术语

D3039/3039M聚合物基复合材料拉伸性能测试方法

D5083测定增强热固性塑料拉伸性能测试方法

E4测试机器的实践力验证

E6机械测试方法的相关术语

3、术语

3.1定义：

3.1.1本测试方法相关的术语和符号的定义均按照E6和D883中规定。

4、测试方法概要

4.1本测试方法内容分成两部分。

第一部分讲的是如何把玻璃纤维的线束、纱线以及粗纱与某种树脂一起浸渍做成复合材料。

第二部分讲的是对制成的材料进行标准拉伸测试，以恒定速率拉伸样条，直至断裂。

记录拉伸过程中的数据，就是拉伸性能。

横截面的面积通过测试前或测试后每组纤维束的面积来测定。

浸渍并进行热处理后，进行测试的方法有两种。

一种是用纤维垫子或硬纸板把它夹起来，然后用标准夹具进行测试。

另一种是，在材料的端部用240目的沙纸或沙布打磨粗糙。

然后用表面装有橡胶垫的夹具直接夹上进行测试。

5、意义和使用

5.1本测试方法得到的拉伸性能可以用来控制材料的识别和表征，也可以为规范研究和发展研究提供数据。

5.2该测试方法可用于测试树脂和玻璃纤维材料间的相容性，是专门为与某些通用类型的塑料复合使用所设计的。

在测试过程中使用可与增强材料相容的树脂浸渍剂，得到的测试结果更接近材料在使用中的实际强度。

如果树脂的断裂伸长率小于所测试的增强体系，会达不到增强效果。

这一要求会限制某些树脂在该过程中的应用。

如果所测试的玻璃纤维材料没有完全与树脂浸渍，或者用于浸渍的树脂的相容性并不好，那么会到的一个错误的结果。

5.3该测试方法可准确的测试预备样品。

试样的长度、夹具系统、测试速度和树脂浸渍率都会影响测试的结果。

6、仪器

6.1浸渍设备—图1所示为一常用的纤维浸渍设备。

在设备上进行稍微的修改可以制得统一的样品。

该设备包括以下基本的部分：

6.1.1自由轮主轴（可选）—一组用来控制纱线或者粗纱团的可以自由移动的主轴和水平轴。

通过主轴允许纱线的牵引或者从粗纱包内向外引线。

另外，也可以不通过主轴，从纱线包内拉出纤维丝。

6.1.2张力调节系统，保持粗纱或纱线的作用在0.2牛顿到20牛顿之间。

6.1.3浸渍槽，如图2所示。

浸胶槽包括一个容器和一个固定的横杆。

浸胶槽必须能保持所需树脂的温度在±5℃范围内。

可以将胶槽设计成带有隔层的槽体，中间通入热循环水；或者采用外部加热板。

6.1.4模具，如图3所示。

可以将浸胶后的粗纱定义为圆形横截面的不锈钢结构。

6.1.5收卷装置和框架—收集浸渍后的粗纱，确保纤维在一定的张力作用下，用同样的方式把纤维束放置在固定的可以将样品分离编织的装置上。

6.2模板（可选）—模板如图4所示，可以提供适当的定位。

6.3拉力测试机—一台具有恒速运动横梁的测试设备，基本组成如下所示：

6.3.1固定装置，配有一个夹具

6.3.2运动装置，配有两个夹具

6.3.3夹具—夹具就是在固定装置和运动装置之间用来夹住试样，可以自动调节对准的部件（也就是说，可以连接固定部件和运动部件之间，并在施加一定载荷后可以自由移动进行对焦的部件）。

测试样的长轴与夹具中心线拉力通过的方向一致。

注4—气动夹具具有很大的优势，建议在该测试方法中使用气动夹具。

注5—邵氏硬度为91的橡胶片可以用在夹具的表面。

注6—建议对于没有标签的试样，启动夹紧压力为80bars，纸板标签的试样启动夹紧压力为60bars，混合标签的试样启动夹紧压力为40bars。

这些数据可以进行必要的调整，可以预防试样破碎而使得试样滑移所带来的破坏。

6.3.4夹持器—一套符合要求的可以用来夹持测试样的夹具。

夹持器的一侧可以根据测试样两端的厚度进行调节，因此拉伸力可以根据夹持器的中心进行对准。

在不使用标签时，可使用夹具长度至少为50mm的胶面夹持器。

夹持器的宽度应该比测试样品的宽度宽一些，并且夹具长度至少为50mm。

夹持器的表面应该保证是平整且平行的，从而确保整个测试样的每个宽度部位都受到均匀的压力，不会使得试样发生滑移现象。

如果有滑移的现象发生，应该在夹具内加上240grit砂纸来改善滑移。

当砂纸失去作用时候，或者是使用了30到50次拉伸断裂时，应该进行更换。

6.3.5传动装置—设备中一个可以给运动部件传递均匀可控速度的装置。

6.3.6负荷指示仪—一个合适的负荷指示设备，当夹具抓紧试样时，可以显示出试样所承受的总的拉伸载荷。

该设备在特定的测试速度内的惯性滞后是基本自由的，并且显示载荷至少应该精确到显示负载值的61%。

实验设备的精度应该按照E4中规定进行检查。

6.3.7偏转测量装置和记录器—需要有一个合适的扰度测量装置（伸长计）和记录设备。

该设备和记录仪可以自动记录试样在负荷下产生的形变。

建议伸长计的长度为50mm。

6.4平衡，分析

7、测试样品

7.1将浸胶后的玻璃纤维束、纱线或者粗纱制作成一定直线长度的测试样品。

长度应该至少250mm。

7.2有效隔距长度—标签之间的距离或者橡胶面之间的距离应该为150mm。

7.3试样数目—每组性能测试中，每个玻璃纤维材料球或者线至少五个拉伸测试试样。

7.4玻纤含量—在没有其他特殊规定下，浸渍玻纤试样中玻纤的含量应该为70±5%。

8、条件

8.1丝、纱线和粗纱条件—根据D618中A部分所规定，作为测试样的玻璃纤维应该在23±2℃（73.4±3.6℉）、相对湿度为50±5%的室内或者封闭环境中存放至少12小时。

8.2测试条件—根据D618中A部分所规定，测试样和测试环境应该在23±2℃（73.4±3.6℉）、相对湿度为50±5%的室内或者封闭环境内，至少16个小时。

9、测试速度

9.1测试速度为在测试过程中测试夹具之间的相对运动速度。

9.2拉伸强度的测试速度的标准为10mm/min，表观弹性模量的测试速度标准为5mm/min，其他情况另有规定。

10、浸胶过程

10.1根据图1制作浸渍设备。

10.2用厚度为0.025mm（0.001in）的耐热塑料膜，铝箔或者等效分离膜将绕组夹具的两端覆盖。

10.3准备足够测试用的适合浸渍材料用的浸渍剂。

将浸渍液倒入槽中，使得液位在固定杆上10mm（0.39in）左右。

10.4在实验中，迅速将材料穿过浸渍设备，切割成1000±1mm（40±0.04in）的一团。

制成一组样品后立即重复该过程。

将两个纤维束放置在马弗炉中，高温直至完全燃烧（通常为450℃下2个小时）。

将两个纤维束取出，并在干燥器内放置15分钟，称量其重量近似于0.001g并记录为x。

10.5选择一个分离模具，12.3中计算出其直径尺寸。

10.6将玻璃纤维材料穿过浸渍设备，并按照“下、上、下”的路径通过固定的横杆。

用耐热胶带将玻璃纤维的一端固定在绕组夹具上。

将材料悬挂于绕组夹具上。

无论采用手动或者机动的方式旋转夹具，其速度不超过8m/min（26ft/min）。

10.6.1制备试样中保持浸渍剂和玻纤的重量比为70%（见注7）。

注7—模具和纤维的选择确定了玻璃的含量。

所选用的树脂的粘度也影响着玻璃含量。

采用12.2中计算数据确定模具的尺寸。

如果模具设计的尺寸不符合玻璃质量比，那就对模具的直径进行修改。

10.6.2得到实验所需数目的样品后，保持材料的拉伸张力，用耐热胶带将材料固定在绕组夹具上。

制作成样后将材料割断。

注8—或者，用一个平压舌板或者金属板将玻璃束的两端压平至100mm（3.9in）。

这样平坦的抓夹可以使得试样在可以被更好的夹紧，并且减小抓破的几率。

10.6.3将加载的绕组夹具水平放在一个循环烤箱内，根据树脂厂家提供的温度和时间，完成树脂的固化。

固化后，冷却至室温，并将试样行绕组夹具中取出。

10.7将试样切割成所需要的长度。

仔细操作以防止在处理过程中将试样破坏。

10.8根据均匀性、切割的自由性、划痕或者其它可见缺陷，选择出试验所需的试样。

丢掉不符合标准的试样。

对每个试样进行称重，误差近似到0.001g，标记为Y。

注9—用浸渍的玻璃纤维制作得到符合要求的试样。

需要仔细检查试样的表面，以确定玻璃纤维很好的被树脂浸渍。

如果浸渍的不符合要求，需要调整胶槽内纤维穿过横杆的方式。

本报告中需要规范浸渍的质量。

10.9如果使用tabbing,设计切割试样的模板并准备适量的胶黏剂（环氧树脂纸板；聚酯毡）。

将两个短切的玻璃纤维毡（75mm宽）或者纸板（55mm宽）放于固定位置放置在模板上，放在金属板上涂抹粘合剂。

将测试试样安装好，并另外加上两个片状材料。

将另一个金属板放置在标签和试样的顶部。

将模板、标签、试样和金属板放入烘箱内，按照厂家提供的条件温度完成树脂的固化。

从烘箱中取出试样并冷却，切割成独立的测试样品。

小心处理避免损坏浸渍好的玻璃试样。

11、试验方法

11.1将测试速度设定为10mm/min，测试拉伸应力。

11.2调整负荷范围，满足试样在测试中的断裂负荷。

11.3将夹具设置在有效长度为150±2毫米处。

用夹具夹好试样，仔细调节确保夹具中试样的轴线对设备上夹具附件上的连接点相互对齐。

如果使用设备中的夹具，需要将夹具均匀拧紧并固定好，防止在测试过程中试样发生打滑，也不要用力过度，使得试样被拧碎。

11.4将设备调零并开始记录。

施加负荷直至测试试样断裂。

记录极限断裂载荷。

11.5按照方程12.3计算应力。

注10—假设测试实验中只有玻璃发生断裂破坏。

本文中介绍了一个很小的误差，但是在计算中被简化了。

11.6取五个试样的测试平均值为一个测试结果。

11.7注意断裂的类型。

正确的断裂方式是试样的瞬间破坏。

需要注意的是非瞬间的纤维断裂、脱粘或者外表面的破损，这种情况下需要另外准备试样重新测试。

11.8对于产生一些明显的偶然发生的裂纹或者在试样的计量长度以外（夹具断裂）发生断裂的试样进行重新测试，除非这些裂纹可以构成一系列可研究的变量。

11.9如果模量被确定了，在规定的测试长度内调整测试装置（伸长计），是定测试速度为5mm/min。

开始记录。

重复五个测试样品进行试验，取平均值作为测试结果。

12、计算

12.1树脂含量—用下列公式计算生产试样所需的树脂含量：

公式中：

Y=固化后试样的重量，

L2=固化后试样的长度，

X=燃烧后纤维束的重量，

L1=两个纤维束的总长度。

12.2玻璃的横截面积—计算玻璃纤维横截面积（A0）用于完成应力计算，如下公式所示：

公式中：

P1=为浸渍粗纱的线性密度，单位为tex，

P=玻璃粗纱的密度，每克/立方厘米。

12.3脱模模具尺寸—计算脱模模具的直径（d），可以确保装入70±5%质量的树脂并完成纤维浸渍，计算方程式如下：

公式中：

pm=密度矩阵，

pg=玻璃密度。

注11—将质量百分数转换成体积百分数的过程如下所示：

按照玻璃和树脂的各自的比重划分出其重量百分数，然后依次将其重量百分数除以总的百分数，例如，将玻璃的重量百分数转变为体积百分数如下列公式所示：

公式中：

WG=玻璃的重量百分数，

WR=树脂的重量百分数，

SG=玻璃的比重，

SR=树脂的比重。

注12—玻璃和树脂的比重必须按照各自的生产厂家提供的数据参考。

12.4拉伸应力—通过两束纤维的横截面积处的极限断裂载荷计算拉伸应力（如公式2）。

三个重要的数值为：

公式中：

Fr=断裂强度，单位为牛顿，

A0=玻璃纤维的横截面积，有公式2计算得到。

12.5弹性拉伸模量—通过延长负荷应变曲线的初始线性部分得到一条直线，根据这条直线某一部分的应变差异，区分其应力。

公式中：

F=测试力，单位牛顿，相当于△L

L0=伸长计的测量长度，单位毫米，

△L=相对F下的伸长长度，单位毫米。

Pl=粗纱的线性密度，单位tex。

p=纤维中玻璃密度，克/立方厘米。

13、报告

13.1报告内容如下：

13.1.1完成测试玻璃材料的鉴定，包括类型、来源、生产批号以及其他相关信息。

13.1.2浸渍系统，包括生产厂家、树脂的配方、伸长率以及固化周期。

13.1.3测试试样的准备方法，包括固定横杆的布置（例如横杆的数量、间距等）、脱模模具的直径、牵引速度。

13.1.4测试试样的数目。

13.1.5测试试样的长度。

13.1.6测试的速度。

13.1.7断裂载荷。

13.1.8玻璃粗纱的横截面积。

13.1.9每个测试样的拉伸强度、平均值和标准偏差。

13.1.10拉伸弹性模量（如果已测量）。

13.1.11玻璃密度。

13.1.12树脂含量。

13.1.13测试条件。

13.1.14实验室的测试条件（温度和相对湿度）。

13.1.15测试数据。

13.1.16试样的渗透情况（好、一般、不好）。

14、精度和偏差

14.1确定了1200tex和2400tex粗纱的重复标准偏差（实验室）。

所得结果如表1所示。

曾试着建立一个关于该测试方法的全面的精度和偏差的说明，但是没有成功。

因为这个原因，不能给出精度和偏差的相关数据。

因为该测试方法不包括在数值精度和偏差说明方面的请愿书，所以在结论产生争端时本标准不能作为判定的测试方法。

任何希望参与研究精度和偏差数据方面的人士请与小组委员联系，SubcommitteeD20.l8,ASTMInternational,100BarrHarborDrive,WestConshohocken,PA19428.

15、关键词

15.1玻璃纤维；浸渍玻璃纤维束；增强塑料；粗纱；拉伸强度；纱线。

更改概要

该部分确定了该测试方法中的位置选定的变化。

为了方便使用者，委员会D20强调了这些会影响该测试方法使用的变化。

该部分也包括了对变化或产生该变化原因的描述。

D2343-03

（1）为了使得其在技术上相当于ISO9163中的测试方法，该部分已经过完全修订。

（2）对使用强制性语言部分已进行改正。