ASTM D3039 kompozitlerde çekme testi
ASTM D3039 / ASTM D3039M'ye göre yapılan çekme testinde, kompozitlerin elastik karakteristik değerleri olan çekme modülü ve Poisson katsayısı ile çekme mukavemeti belirlenir Bu, sonsuz elyaf takviyeli tek yönlü (UD) ve çok yönlü (MD) elyaf kompozit laminatları içerir; MD laminatlar, UD, dokuma veya diğer tekstil elyaf yapılarının tek katmanlarından oluşabilir. Ayrıca, kesintili ve rastgele dağıtılmış takviye liflerine sahip fiber-plastik kompozitler (FKV) de test edilebilir (örneğin, Sheet Moulding Compounds – SMC).
Uzun veya sonsuz elyaf takviyeli plastiklerin çekme testi için sıklıkla kullanılan diğer standartlar ise ISO 527-4 (izotropik ve anizotropik elyaf takviyeli plastikler için test koşulları) ve ISO 527-5 (tek yönlü elyaf takviyeli plastikler için test koşulları) standartlarıdır.
Hedef ve karakteristik değerler Test uygulaması ve test aracı Test koşulları Test numunesi ve boyutları Daha fazla bilgi SSS İndirmeler
ASTM D3039'a göre testin amacı ve belirlenen karakteristik değerler
ASTM D3039'a göre kompozitler için çekme testleri, malzeme geliştirme ve kalifikasyon sırasında çekme özelliklerinin belirlenmesi, kompozit yapıların tasarımı ve tasarımı için karakteristik değerlerin belirlenmesi ve kalite güvencesi için gerçekleştirilir.
Fiber takviyesinin türüne bakılmaksızın, ASTM D3039'da aşağıdaki karakteristik sonuçlar ve karakteristik değerler belirlenir:
- Çekme gerilimi: Numunenin ilk kesitine ilişkin kuvvetler
- Boyuna uzama: Yük yönünde başlangıç ölçüm uzunluğuna göre ölçüm uzunluğunda değişiklik
- Enine uzama: Başlangıç ölçüm uzunluğuna göre enine yönde ölçüm uzunluğunun değişimi (sadece Poisson sayısı hesaplanacaksa gereklidir)
- Çekme modülü: Elastik alanda belirli bir gerilme aralığında gerilme ve uzama eğrisinin eğimi. Elastik modül veya kısaca E-modülü olarak da bilinir
- Çekme mukavemeti: Çekme testinde belirlenen maksimum çekme gerilimi
- Kopma uzaması: Çekme mukavemetinde boyuna uzama
- Poisson sayısı: enine uzama ve boyuna uzamanın negatif oranı
Bi-lineer gerilme ve uzama davranışına sahip elyaf takviyeli plastikler için ek bir karakteristik değer belirlenebilir:
- Geçiş uzaması (transition strain): Geçiş bölgesindeki ortalama eksenel uzama. Genellikle eksenel gerilim ve 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 parametreler tam olarak karşılaştırılabilir değildir; çünkü numune şekilleri ve boyutları ile parametrelerin belirlenmesi kısmen farklıdır (örneğin, çekme modülü için uzama aralığı ve yukarıda listelenen geçiş uzama parametresi).
Testin gerçekleştirilmesini kolaylaştırmak için, ASTM D3039 standardına uygun tüm ayarları içeren önceden hazırlanmış testXpert test prosedürleri kullanılabilir.
ASTM D3039'a göre güvenilir test sonuçları için çeneler ve hizalama ünitesi
ASTM D3039'a göre çekme testini gerçekleştirmek için, ilgili çekme numunesi statik test cihazının çenelerine sıkıştırılır. ASTM E1012 standardına göre çenelerin doğru hizalanmasının düzenli olarak kontrol edilmesi önerilir. Havacılık sektöründeki Nadcap akredite test laboratuvarları için hizalamanın doğrulanması zorunludur.
Mekanik gövde üstü kama veya hidrolik gövde üstü kamalı çeneler bu gereksinim için idealdir. Hizalama kanıtı gerekmiyorsa, sınırlı hizalama kabiliyetine sahip kama vidalı çeneler de kullanılabilir.
Modüler kompozit test sistemi
Yüksek test hacmine sahip büyük test laboratuvarları, çok çeşitli kompozit test yöntemleri için farklı test cihazları kullanarak dönüşüm maliyetlerini en aza indirir. Her bir test cihazı, farklı test türlerinin kuvvet aralığına göre ayarlanabilir. Eğer test hacmi çok yüksek veya düzenli değilse ve birden fazla test cihazına yatırım yapmaya değmiyorsa, mümkün olduğunca çok test prosedürünün mümkün olan en az dönüşüm çabasıyla gerçekleştirilebilmesi için tek bir test cihazının donatılması avantajlıdır.
Bu amaçla ZwickRoell, 21 test yöntemini ve yaklaşık 120 test standardını (ISO, EN, ASTM ve Airbus AITM ve Boeing BSS) kapsayan ve elyaf kompozitlerin oda sıcaklığında veya -80 °C ile +360 °C arasındaki düşük veya yüksek sıcaklıklardaki testlerde kapsamlı karakterizasyonuna olanak tanıyan, statik 100 kN veya 250 kN test cihazı olarak kullanılabilen modüler bir konsept geliştirdi.
testXpert test yazılımı: ASTM 3039'a göre garantili güvenilir test
ASTM D3039'a göre verimli testler ve güvenilir test sonuçları, testXpert test yazılımıyla kolayca elde edilir:
- Standartları tekrar gözden geçirmek için harcanan zamandan tasarruf edin: Standart test prosedürünün ASTM D3039'u karşıladığı garanti edilir. Tüm ASTM D3039 özellikleri ve parametreleri test prosedüründe kayıtlıdır.
- Çevresel cihazları bağlayarak daha verimli çalışabilirsiniz: Numune boyutları mikrometreden doğrudan test yazılımına gönderilir. Bu, zamandan tasarruf sağlar ve giriş hatalarını ortadan kaldırır.
- Isı kabini ayrıca test yazılımına kolayca entegre edilebilir: Kabindeki sıcaklığı ayarlayın ve kontrol edin, sıcaklık eğrileri belirleyin ve daha sonra da uyulan değerleri takip edilebilir bir şekilde görüntüleyin.
ASTM 3039 için çekme test cihazları
ASTM D3039'a göre standart numunelerle yapılan çekme testleri ve elyaf takviyeli plastikler için diğer birçok standart test yöntemi için genellikle 100 kN'luk bir test cihazının kullanılması yeterlidir. Sağda gösterilen 100 kN'luk cihaz konfigürasyonu ile mekanik gövde üstü kamalı çenelerin kullanımı, farklı test düzenekleri ve test fikstürleri arasında kolayca geçiş yapılmasına olanak tanır. Çenelerin kolayca sökülebilmesi sayesinde, test cihazının tüm çalışma alanı standart dışı testler için de kullanılabilir. Ayaklar, çalışma alanı yüksekliğinin bireysel ve ergonomik olarak ayarlanmasını sağlar.
Sadece cam elyaf takviyeli plastikler (GFK) test ediliyorsa, genellikle maksimum 50 kN kuvvet uygulayabilen bir statik test cihazı yeterlidir.
ASTM D3039'e göre uzama ölçümü için ekstansometre
Elastik özelliklerin ve kopma uzamasının doğru bir şekilde belirlenmesi için numune üzerinde doğrudan uzama ölçümü gereklidir. Young modülünü ve kopma uzamasını belirlemek için boylamasına uzamayı ölçmek yeterlidir. Poisson oranının da belirlenmesi gerekiyorsa, enine uzamayı da ölçebilen çift eksenli bir uzama ölçüm sistemi gereklidir. Uzama ölçerler (SG'ler), Clip-on ekstansometreler gibi temas tabanlı ölçüm sistemleri (kısıtlama: numune kırılması gerçekleşene kadar), otomatik sensör kollu ekstansometreler (makroXtens, multiXtens) veya temassız optik ölçüm sistemleri (videoXtens) uzama ölçümü için kullanılabilir.
ASTM D3039 Test koşulları
Test hızı
ASTM D3039, test hızını ayarlamak için iki seçenek sunar.
Birincisi, 0,01 dak-1 sabit uzama oranı (nominal değer) ayarlamaktır. Alternatif olarak, test 2 mm/dak sabit hızda (nominal değer) gerçekleştirilebilir.
- Geçerli numune hatası
Numune arızasının belgelenmesi için ASTM D3039'da, arıza modunu ve gerilmiş numune üzerindeki konumunu açıkça tanımlayan 3 harfli bir kod mevcuttur. Kırılma çenelerde, geçiş bölgesinde veya çenelerden bir numune genişliği kadar uzaklıkta meydana geldiğinde, kırılma geçersiz sayılır. Ancak, doğrudan 0° UD çekme testleri genellikle numunenin tüm serbest (kavranmamış) alanının parçalandığı yüksek enerjili, patlayıcı bir kırılma gösterir. Bu nedenle, bu kırılma genellikle geçerli bir kırılma olarak sınıflandırılır.
Isı aralığı
Elyaf takviyeli plastiklerin mekanik özellikleri sıcaklığa büyük ölçüde bağlı olduğundan, oda sıcaklığında çekme testlerinin yanı sıra düşük ve yüksek sıcaklıklarda da testler yapılır. Bunun için test cihazı, -80°C ila 360°C sıcaklık aralığı için uygun bir ısı kabini ile donatılabilir.
ASTM D3039'a göre numuneler ve boyutlar
| Numune türü / Laminat | Numune şeklinin şematik gösterimi (basitleştirilmiş, ölçekli değil) | Üst laminatların kullanımı hakkında not |
|---|---|---|
| 0° UD Laminat |  |
|
| 90° UD Laminat |  |
|
| çok yönlü UD ve kumaş laminatlar, rastgele elyaf yönelimli kesikli elyaf takviyeli laminatlar (örn. SMC) |  | Çok yönlü UD veya doku laminatlar veya rastgele elyaf yönelimli süreksiz elyaf takviyeli laminatlardan alınan numuneler için, yapıştırılmış kuvvet aktarım elemanları yerine zımpara bezi kullanımı genellikle yeterlidir. |
- Yapıştırılmış kuvvet uygulama elemanları (yapıştırıcı ile birleştirilmiş) zorunlu değildir, ancak UD laminatlar için geçersiz çene kırılmalarını (çene ağızlarının içinde veya dışında) önlemek için şiddetle tavsiye edilmektedir.
- Çekme numunesinde yük yönüne göre ±45° elyaf yönelimine sahip cam elyaf takviyeli plastik (GFRP) laminatın uygun bir sekme malzemesi olduğu kanıtlanmıştır.
- ASTM D3039'da ilgili laminat tipleri için numune geometrisine ilişkin spesifikasyonlar tavsiye niteliğindedir ve farklı laboratuvarlar arasında sonuçların karşılaştırılabilirliğini sağlar. Numune boyutlarındaki sapmalar, standartta belirtilen numune geometrisi ile ilgili genel tavsiyelere uyulduğu sürece kabul edilebilir.
- Temaslı veya temassız uzama ölçüm sistemleri kullanıldığında, ölçüm uzunluğu L0 10 ile 50 mm arasında olmalıdır.
ASTM D3039 için daha fazla bilgi
- ASTM D3039 ile test parametrelerinin ve numune boyutlarının hem SI birim sisteminde hem de inç-pound (Imperial) birim sisteminde kullanılması mümkündür. Ancak, iki birim sisteminin karıştırılmasından kaçınmak önemlidir, çünkü bu, standartlara uygun olmayan sonuçlara yol açabilir.
- Tek tek katmanlar düzeyinde çekme özelliklerini belirlemek için, her bir katmanın tek yönlü olduğu çok katmanlı kompozitler üretilir. Bu, özellikle 0° veya 90° UD laminatları içerir. Aynı yönelime sahip kumaş ve kompozitlerden oluşan çok katmanlı kompozitlerde, mekanik özellikler aynı zamanda çözgü ve atkı yönleri olarak da adlandırılır.
- Malzeme geliştirme, malzeme kalifikasyonu ve kalite güvencesi amacıyla çekme deneyleri yapılmasının yanı sıra, tek katman seviyesinde belirlenen parametreler kompozit yapıların tasarımında analitik hesaplama yöntemlerinde de kullanılmaktadır. Örneğin klasik laminat teorisi kullanılarak, çok yönlü çok katmanlı bir kompozitin elastik özellikleri, ilgili katmanların karakteristiklerinden hesaplanabilir. Tek katman düzeyindeki mukavemetler, maksimum gerilme, Hashin, Puck veya LaRC gibi arıza kriterlerinin hesaplanmasında kullanılır.
- Çok katmanlı bir kompozitin mekanik özellikleri, ilgili tek tek katmanların yönelimine bağlı olduğundan, farklı yönelimli tek tek katmanlara sahip her çok katmanlı kompozit, farklı mekanik çekme özellikleri sağlar. Bu nedenle, elyaf takviyeli plastiklerin mekanik özellikleri yalnızca laminatın üretimi sırasında gelişir. Üretim sürecinin kendisi, ortaya çıkan özellikler üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, üretim sürecinin elyaf takviyeli plastik (FRP) laminatın mekanik özellikleri üzerindeki etkisi genellikle mekanik testlerle doğrulanır.
ASTM D3039'a göre kompozit çekme testi hakkında sık sorulan sorular
ASTM D638, omuz çubuğu numuneleri kullanılarak takviyesiz ve takviyeli plastiklerin çekme özelliklerini belirlemek için kullanılan standart test yöntemidir. >20 GPa modülüne sahip sürekli veya süreksiz liflerin takviye olarak kullanılması durumunda, ASTM D638, polimer matrisli kompozitlerin çekme özelliklerinin belirlenmesi için ASTM D3039 standart test yöntemine başvurur. ASTM D3039'da dikdörtgen numuneler kullanılır. Özellikle sürekli lifli karbon veya cam elyaf takviyeli plastikler (CFRP, GFRP) üzerinde yapılan çekme testleri, takviyesiz veya kısa elyaf takviyeli plastikler üzerinde yapılan çekme testlerine göre önemli ölçüde daha yüksek test kuvvetleri elde eder ve uygun bir test cihazı kullanılmasını gerektirir.
ASTM D3039, elyaf takviyeli plastiklerin çekme özelliklerini belirlemek için kullanılan standart bir test yöntemidir. Yüksek modüllü takviyeli elyaflar, sürekli veya rastgele elyaf yönelimine sahip süreksiz süreksiz olarak bulunabilir. ASTM D3039'da dikdörtgen test numunelerinin önerilen boyutları, test edilen kompozit laminatın türüne (örneğin, 0° tek yönlü, 90° tek yönlü, çok yönlü veya rastgele kesikli) bağlıdır.
ASTM D3039'a göre numune kalınlığı, çekme özelliklerinin belirleneceği laminat tipine bağlıdır. ASTM D3039, 0° tek yönlü (UD) çekme testleri için 1 mm, 90° UD çekme testleri için ise 2 mm numune kalınlığı önermektedir. Çok yönlü laminatlar veya rastgele kesikli elyaf yönelimli laminatlar için önerilen numune kalınlığı 2,5 mm'dir. Numunelerin toplam uzunluğu, genişliği, yapıştırıcı uzunluğu ve yapıştırıcı kalınlığı için de ilgili önerilerde bulunulmaktadır.