GB/T 40406-2021 炭素材料压缩静态弹性模量和泊松比测定方法

　　ICS 29 . 050

　　CCS Q 50

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40406—2021

　　炭素材料压缩静态弹性模量和泊松比

　　测定方法

　　Standardtestmethodforstaticmodulusofelasticityandpoisson’s ratioof

　　carbonmaterialsincompression

　　2021-08-20 发布 2022-03-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40406—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　本文件由中国钢铁工业协会提出。

　　本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC 183)归口 。

　　本文件起草单位：方大炭素新材料科技股份有限公司、冶金工业信息标准研究院。

　　本文件主要起草人：张桂兰、杨远继、党锡江、梁峰、郑景须、李雕、魏秀萍。

　　GB/T 40406—202 1

　　炭素材料压缩静态弹性模量和泊松比

　　测定方法

　　1 范围

　　本文件规定了炭素材料压缩静态弹性模量和泊松比测定的术语和定义、方法概要、仪器设备、试样、试验步骤、结果计算、试验报告等内容。

　　本文件适用于室温下炭素材料压缩静态弹性模量和泊松比的测定。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　静态弹性模量 staticmodulusofelasticity

　　用静力法测得的弹性模量，是材料在外力作用下，应力与伸长或压缩弹性形变之间的量度。

　　注：其数值为试样横截面上所受的正应力与应变之比的绝对值。

　　3.2

　　泊松比 poisson’s ratio

　　材料在单向受拉或受压时，横向正应变与纵向正应变之比的绝对值。

　　注：也称为横向变形系数，是反映材料横向变形的弹性常数。

　　4 方法概要

　　将粘接好双向(纵向、横向)应变计的试样(见图 1)接入动静态电阻应变仪上，同时将试样垂直放置在万能材料试验机压缩平台上，在试样上连续施加荷载，不同压力下对应不同的双向应变，直到压力为试样抗压强度所承受压力的 40%~85%为止，卸压。

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　　标引序号说明：

　　1 — 横向应变片;

　　2 — 纵向应变片;

　　3 — 接线端子。

　　图 1 粘接有双向应变计的试样

　　5 仪器设备

　　5 . 1 万能材料试验机：量程 0 kN~100 kN,精度等级：1 级 。

　　5 . 2 动静态电阻应变仪：多功能静态应变测试系统，至少 4 个通道，最佳选用 8 个通道。 采用 1/4 电桥，外接公共补偿导线;带有 USB接口，可离线采集。

　　5.3 “T”型应变计：带端子，标距 ≥5 mm,灵敏度 2.01 × (1±1%) ,电阻 350 Ω。

　　5 . 4 干燥箱：最高温度 300 ℃ , 精度 ±5 ℃ 。

　　5.5 游标卡尺：测量范围 0 mm~200 mm,精度 0.02 mm。

　　5 . 6 粘胶：502 胶等固化后为硬质性粘胶。

　　5 . 7 电烙铁、锡焊丝、聚四氟乙烯薄膜及细砂纸、镊子、酒精等。

　　6 试样

　　6 . 1 尺寸：直径 20 mm、长度 75 mm 的圆柱体试样，加工精度为 ±0 . 1 mm。 试样应加工成平的且端面相互平行，端面对长度方向的垂直度在 0 . 001 mm/ mm 以内，粗糙度 Ra6.3。

　　6 . 2 要求：试样贴片位置无可见裂纹、凹坑等瑕疵。 应将试样放入盛有蒸馏水或酒精的玻璃容器中，清洗、去除试样表面的粉尘后，取出放置在洁净的盛料盘内，再放入 105 ℃ ± 5 ℃的干燥箱内烘干 2 h,贮存在干燥器中冷却至室温供测定用。

　　6 . 3 数量：每次取 2 个试样。

　　7 试验步骤

　　7 . 1 试样直径测量

　　在试样中部(占试样总长度的 4/5)位置沿轴向测 4 次，每次测量时试样旋转 90°,取其平均值，计算受压面积，平均截面积测量误差在 0 . 5%以内。

　　7 . 2 应变计粘贴

　　取适量粘胶，均匀涂抹在被粘处表面，将应变计及接线端子(接线柱)表面用无水乙醇棉球擦洗干净，晾干后涂抹一薄层粘胶，待粘胶变稠后，将应变片接线端子准确粘贴在试样表面，然后覆盖一层聚四

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　　氟乙烯薄膜，用手指顺着应变片的纵向挤出多余粘胶液并排出粘胶层中的气泡。

　　整个操作过程都不能用手触摸应变计表面;双向应变计应与受力方向保持垂直或平行;粘贴层不能有气泡和杂质，应变计的敏感栅不能断栅和变形。

　　为了防止粘贴好的应变计受潮和腐蚀物质的侵蚀及机械损伤，对应变计应采取一定的保护措施。

　　注：为了保证粘接牢固，在聚四氟乙烯薄膜上施加一定压力后，按应变计粘贴胶使用说明书提供的温度、时间、压力进行固化和稳定化处理。

　　7 . 3 应变计导线焊接

　　7 . 3 . 1 试样上面粘贴好应变计贴片，经固化和稳定化处理后即可焊接导线。

　　7 . 3 . 2 使用细砂纸轻轻打磨应变计焊脚及接线端子，去除其表面粘胶及氧化层。

　　7 . 3 . 3 在应变计焊脚及接线端子表面涂上助焊剂，用电烙铁将锡焊丝熔化后进行点焊，将应变计焊脚、接线端子用测试导线连接起来。

　　7 . 4 应力、应变测量

　　7 . 4 . 1 完成焊接的试样，采用 1/4 电桥及公共补偿的接线方式，把试样、公共补偿线连接在动静态电阻应变仪上后，再把被测试样垂直放置在万能材料试验机压缩平台上。

　　7 . 4 . 2 每个试样测量 6 个载荷值和对应的应变。 载荷值起始点为 6 000 N(保证样品发生一定的纵向和横向应变)，测量并记录试样在该压力下的纵向应变ε纵向和横向应变 ε横向 ;后期每加载 1 000 N,分别测量记录对应荷载下的纵向应变ε纵向和横向应变 ε横向 。 试验机以每分钟 3 kN/ cm2 的速度连续无冲击的实施加载，最大载荷值为等直径同种材料抗压强度(断裂强度)荷载值的 40%~85%(11 000 N) 。

　　8 结果计算

　　8 . 1 横截面按照式(1)计算：

　　A=πD2 /4 ……………………………( 1 )

　　式中：

　　A —试样横截面积，单位为平方毫米(mm2 ) ;

　　D —试样平均直径，单位为毫米(mm) 。

　　8 . 2 一定载荷下试样受到的应力按照式(2)计算：

　　……………………………( 2 )

　　式中：

　　σ —一定载荷下试样受到的应力，单位为兆帕(MPa) ;

　　F— 施加到试样上的力或载荷，单位为牛(N) ;

　　A—样品横截面积，单位为平方毫米(mm2 ) 。

　　8 . 3 从应力-应变曲线计算样品的弹性模量，应力与应变曲线为一条直线，测试结果有效。 每个试样在6 个不同压力下的静态弹性模量 E(GPa)按式(3)计算：

　　E ……………………………( 3 )

　　式中：

　　E —静态弹性模量，单位为吉帕(GPa) ;

　　Δσ正 —最大载荷与最小荷载下试样受到的应力之差，单位为兆帕(MPa) ;

　　Δε纵向 —最大荷载下的纵向应变与最小荷载下的纵向应变之差，无量纲。

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　　8 . 4 泊松比计算按式(4)计算：

　　……………………………( 4 )

　　式中：

　　μ —泊松比，无量纲;

　　Δε横向 —最大荷载下横向应变与最小荷载下的横向应变之差，无量纲;

　　Δε纵向 —最大荷载下纵向应变与最小荷载下的纵向应变之差，无量纲。

　　8 . 5 计算结果按照 GB/T 8170 修约保留到小数点后两位。

　　9 试验报告

　　试验报告至少包括下列内容：

　　a) 委托单位;

　　b) 试样名称及编号;

　　c) 试验方法、荷载速率，测试结果(平均值);

　　d) 试验单位、试验人员;

　　e) 试验日期;

　　f) 本文件编号。