1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на композитные материалы с полимерной матрицей, армированной волокном, и устанавливает общие требования к изготовлению и механической обработке образцов для испытания.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 9805-84 Спирт изопропиловый. Технические условия

ГОСТ 32794-2014 Композиты полимерные. Термины и определения (ASTM D3878-07(2013) Стандартная терминология для композитных материалов, ASTM D883-12 Стандартная терминология, касающаяся пластмасс)

ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия

ГОСТ Р 56679-2015 Композиты полимерные. Метод определения пустот (ASTM D2734-09 Стандартная методика испытаний содержания пустот в армированных пластмассах)

ГОСТ Р 56682-2015 Композиты полимерные. Методы определения объема матрицы, армирующего наполнителя и пустот (ASTM D3171-11 Стандартные методики определения содержания составных частей в композитных материалах)

ГОСТ Р 56806-2015 Композиты полимерные. Идентификация полимерных композитов в электронных базах данных (ASTM Е1309-00(2011) Стандартное руководство по обозначению композитных материалов с полимерной матрицей, армированных волокном, в базах данных)

ГОСТ Р 56807-2015 Композиты полимерные. Внесение результатов испытаний механических свойств полимерных композитов в электронные базы данных. Общие требования (ASTM Е1434-2013 Стандартное руководство для регистрации результатов механических испытаний композитных материалов, армированных волокном, в базах данных)

ГОСТ Р 53228-2008 Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины и определения по ГОСТ 32794.

     4 Сущность метода

Процесс изготовления образцов для испытания включает в себя 8 стадий, приведенных на рисунке 1.

    
Рисунок 1 - Процесс изготовления образцов для испытания

Стадии 4 и 5 могут меняться местами. Стадии 6, 7 и 8 могут меняться местами.

Образцы для испытания должны быть идентифицированы в соответствии с ГОСТ Р 56806 и ГОСТ Р 56807.

Идентификация образцов также включает описание применяемого оборудования, стадий процесса и всех отклонений от установленного в настоящем стандарте процесса изготовления образцов для испытания.

     5 Оборудование и материалы

5.1 Оборудование

5.1.1 Стол для укладки

Стол должен быть высотой 1 м или регулируемый по высоте с широкой поверхностью для укладки. Стол должен быть доступным со всех сторон. У стола должна быть нижняя поверхность из металла или дерева, имеющая опору. Поверхность стола должна быть из небьющегося стекла с краями, защищенными алюминиевым уголком или прочным прозрачным пластмассовым листом.

5.1.2 Пластины для испытания (опорная пластина и верхняя пластина).

Пластины должны быть из алюминия или стали. Опорная пластина должна быть толщиной не менее 6 мм, а верхняя пластина не менее 3 мм. Отклонение плоскостности формовочных пластин не должно превышать 0,05 мм.

5.1.3 Гидравлический пресс для отверждения с обогреваемыми плитами и рабочим столом, обеспечивающий испытание в соответствии с требованиями настоящего стандарта.

Рекомендуется использовать пресс, который может обеспечивать по запрограммированному циклу снижение температуры и давления при регулировании/контроле параметров рабочего стола.

Обогреваемые плиты должны обеспечивать нагрев со скоростью 3°С/мин и поддерживать температуру отверждения в заданных пределах.

5.1.4 Автоклав, обеспечивающий требуемое давление с точностью 5%, нагрев со скоростью 3°С/мин и поддержание температуры отверждения в заданных пределах.

5.1.5 Сушильный шкаф, обеспечивающий нагрев со скоростью 3°С/мин и поддерживающий температуру отверждения в заданных пределах.

5.1.6 Оборудование для механической обработки приведено в таблице 1.

5.1.7 Вакуумный насос

Вакуумный насос должен быть расположен над столом на расстоянии не более 45 м от места укладки. Мощность насоса зависит от размера автоклава и расстояния от насоса до места укладки.

5.1.8 Вакуумный мешок.

5.1.9 Нож или лезвие.

5.1.10 Деревянный или пластмассовый ролик или лопаточка.

5.1.11 Наждачная бумага с зернистостью 5 по ГОСТ 3647.

5.1.12 В качестве измерителей деформаций используют тензорезисторы, обеспечивающие измерение деформации с погрешностью не более 1% от предельного значения измеряемой величины.

5.1.13 Линейки по ГОСТ 427, обеспечивающие измерение линейных размеров с погрешностью не более 0,5 мм.

5.1.14 Микрометры по ГОСТ 6507, обеспечивающие измерение толщины с точностью до 0,01 мм.

5.1.15 Весы по ГОСТ Р 53228 должны обеспечивать измерение массы с точностью до 0,01 г.

Оборудование

Деталь, контактирующая с образцом для испытания

Скорость/давление

Ограничения по оборудованию

Пила с водяным охлаждением

Диск с алмазным покрытием (зернистость поверхности не более 6 по ГОСТ 3647)

Скорость резки не менее 180 м/мин

- Прямолинейность 0,02 мм на 100 мм длины;

- Могут быть неточности по толщине резки;

- Скос по толщине связан со скоростью вращения диска;

- Имеется тенденция к скачкам при взаимодействии с различными материалами, включая начальный контакт с образцом;

- Шероховатость поверхности не более 0,80 мкм.

Гидроабразивная резка

Поток воды

Минимальное давление 275 МПа при толщине образца для испытания более 3 мм

- Прямолинейность не менее 0,01 мм на 100 мм длины;

- При начальной пробивке происходит расслоение образца для испытания, поэтому на образце должно быть отверстие диаметром 10 мм, чтобы не требовалось предварительное сверление;

- Минимальная ширина резки 0,25 мм без абразивов и 0,75 мм с абразивами;

- Чувствительность к расслоению возрастает с увеличением скорости подачи воды;

- Шероховатость поверхности не более 3,2 мкм

Ленточная пила

Лезвие ленточной пилы

Скорость резки не менее 915 м/мин;

Число зубьев на метр - 400-550

- Только прямые, широкие резы;

- Шероховатость поверхности не более 6,3 мкм. Данное значение шероховатости поверхности является недопустимым для дальнейшей обработки образца

Дрель

Сверло

- частота вращения 3000 мин.

- при использовании буровых сверл частоту вращения можно снизить до 1500 мин

- Допуск на округлость отверстия не менее 0,01 мм;

- Вибрация при сверлении контролируется частотой вращения;

- Возможно расслоение;

- Шероховатость поверхности не более 0,80 мкм

Фрезерный станок

Алмазные или твердосплавные фрезы диаметром 12 мм

Минимальная частота вращения 25000 мин

- Рекомендуют водяное охлаждение;

- Создают микротрещины (особенно в образцах с хрупкими матрицами);

- Шероховатость поверхности не более 1,6 мкм

Пескоструйный аппарат

Песок для абразивной обработки (зернистость не более 6 по ГОСТ 3647)

-

- Трудно обеспечить постоянное давление по отношению к поверхности;

- Применяют к частям образцов или к образцам с кривизной поверхности

Точильный камень

Шлифовальный круг (зернистость поверхности не более 6 по ГОСТ 3647)

Минимальная частота вращения 3000 мин

- За один проход удаляется не более 0,02 мм от толщины образца для испытания;

- Обеспечивает только гладкую поверхность;

- Шероховатость поверхность не более 0,4 мкм

5.2 Материалы

5.2.1 Препрег с полимерной матрицей, армированной однонаправленными или ортогональными волокнами.

5.2.2 Эластичное мембранное полотно.

5.2.3 Антиадгезионная пленка, перфорированная антиадгезионная пленка, изготовленные из поливинилфторида (PVF), политетрафторэтилена (PTFE) или ткани покрытой PTFE.

5.2.4 Проницаемый материал: алюминиевая сетка или стеклоткань.

5.2.5 Впитывающий материал, обеспечивающий впитывание излишков смолы: стеклоткань.

5.2.6 Термопары в соответствии с требованиями нормативного документа или технической документации.

5.2.7 Резиновые уплотнители толщиной в зависимости от толщины пластин для испытания (3 мм, 4,5 мм и 6 мм). Уплотнители должны иметь ширину 25 мм и клеевое покрытие с одной стороны.

Резиновые уплотнители укладывают по периметру пластин для испытания.

Примечание - Резиновые уплотнители используют до температуры 280°С из-за ограничений по клеевому слою. При более высокой температуре используют герметики.

5.2.8 Герметик в соответствии с требованиями нормативного документа или технической документации.

5.2.9 Уплотнительная лента, стойкая к температуре, с клеевым покрытием с одной стороны шириной 25 мм или 50 мм.

5.2.10 Адгезив в соответствии с требованиями нормативного документа или технической документации.

5.2.11 Изопропиловый спирт по ГОСТ 9805.

     6 Процедура изготовления образцов для испытания

6.1 Укладка слоев

6.1.1 Опорную и верхнюю пластину покрывают антиадгезионной пленкой за исключением места, где будет нанесен герметик.

  6.1.2 Вырезают из препрега образцы на расстоянии 15 мм от кромки и укладывают их друг на друга на опорной пластине. Количество, размеры, ориентацию выкладки (приведена в приложении А) слоев устанавливают в нормативном документе или технической документации на изделие, для определения характеристик которого изготавливают образцы для испытания, или в нормативном документе, в котором устанавливают метод испытания образцов для испытания. При определении размера слоев учитывают ограничения по имеющемуся оборудованию для укладки (опорная и верхняя пластины) и оборудованию отверждения (гидравлический пресс, автоклав, сушильный шкаф).

   6.1.3 Сверху и/или снизу уложенных слоев препрега размещают впитывающий материал. Между уложенными слоями препрега и впитывающим материалом должна быть расположена перфорированная антиадгезионная пленка, чтобы предотвратить текучесть смолы.

 6.1.4 Слои выравнивают роликом или лопаткой, чтобы они лучше прилегали друг к другу.

6.1.5 Дефекты при укладке минимизируют путем компенсации последующего слоя (например, ступенчатой укладкой слоев).

  6.1.6 После укладки слоев по 6.1.1-6.1.3 заготовку уменьшают в объеме, чтобы избежать пористости. Заготовку следует уменьшить на 2,5 мм по толщине.

Примечание - Циклы уменьшения объема выполняют под вакуумом при комнатной температуре. Они зависят от материала и размера образца для испытания.

6.1.7 Сверху впитывающего материала укладывают проницаемый материал и покрывают верхней пластиной, чтобы минимизировать изменение толщины образца для испытания. Если используется верхняя пластина, то необходимо использовать резиновые уплотнители.

  6.1.8 Рекомендации по укладке слоев приведены в приложении Б.

  6.2 Отверждение

6.2.1 Для контроля температуры отверждения устанавливают термопару на расстоянии не более 25 мм от края заготовки.

       6.2.2 Для отверждения используют гидравлический пресс или автоклав. Температуру, давление и время отверждения устанавливают в нормативном документе или технической документации на материал. Температура в любой точке поверхности пластины во время отверждения не должна отличаться более чем на ±2°С от температуры отверждения.

       Допускается проводить процесс отверждения под вакуумом. Глубина вакуума должна составлять не менее 75 кПа со снижением за 5 мин не более чем на 3,5 кПа.

6.2.3 Последующее отверждение пластин происходит без приложения давления.

   6.3 Начальная резка

6.3.1 После завершения отверждения извлекают заготовку из пресса или автоклава и охлаждают, если необходимо, при этом избегают деформации, повреждений и т.д.

 6.3.2 Обрезают заготовку с каждой стороны не менее чем на 10 мм.

   6.3.3 Вырезают образцы для испытания из заготовки при помощи ленточной пилы, гидроабразивной резки или пилы с водяным охлаждением. Требования к форме и размерам образцов для испытания, ориентации армирующего наполнителя в образцах для испытания устанавливают в нормативном документе или технической документации на изделие, или в нормативном документе, в котором устанавливают метод испытания образцов для испытания.

  6.4 Приклеивание накладок

         6.4.1 Приклеивают накладки, если это необходимо для проведения испытания, для которого изготавливают образцы.

 6.4.2 Накладки приклеивают с помощью адгезива с учетом следующих рекомендаций:

 6.4.2 Накладки приклеивают с помощью адгезива с учетом следующих рекомендаций:

 - давление и температура во время отверждения адгезива должны соответствовать 6.2.2;

  - температура отверждения адгезива должна быть не более 80% температуры стеклования матрицы образца для испытания;

        - температура отверждения адгезива должна быть не более 80% температуры стеклования матрицы образца для испытания;

- цикл отверждения адгезива не должен воздействовать на дальнейшее отверждение образца для испытания, если только этого не требуется;

- адгезив должен полностью контактировать с образцом для испытания и накладкой, если это не выполняется, необходимо обработать образец для испытания наждачной бумагой, а затем изопропиловым спиртом;

  - накладки скашивают на концах, чтобы уменьшить концентрацию напряжения на конце накладки. Это необходимо только при нагружениях, которые вызывают преждевременное разрушение образца для испытания на конце накладки.

  6.5 Механическая обработка

Проводят механическую обработку образца для испытания с помощью оборудования, приведенного в таблице 1.

 6.6 Нанесение покрытия

Если необходимо, наносят дополнительные покрытия на образец для испытания для проведения ручной обработки, контроля влияния внешних воздействий или выявления дефектов. Покрытия применяют в соответствии с рекомендациями изготовителя.

   6.7 Кондиционирование

Кондиционируют образец для испытания не менее 2 ч при температуре (23±2)°С и относительной влажности (50±5)%, если иное не установлено в нормативном документе или технической документации на материал.

  6.8 Прикрепление тензорезисторов

Прикрепляют тензорезисторы на образец для испытания для измерения деформации.