ISISO 527-4 | ISO 527-5 纖維增強複材的拉伸測試
符合ISO 527-4和ISO 527-5的拉伸測試用於測定拉伸模量和泊松比彈性特徵值，以及纖維增強塑料主要材料方向上的拉伸強度。 ISO 527-4描述各向同性和各向異性纖維增強塑料的測試條件， 包括非單向增強型複合材料（例如墊子、織物或切割的纖維），以及由個別單向層製成的多向層壓板。 ISO 527-5描述單向（UD）纖維增強塑料的測試條件。 這兩個標準皆參照ISO 527-1的拉伸特性一般測定原則。
長纖維或連續纖維增強塑料拉伸測試的另一個常用標準是 ASTM D3039，其中包括各向同性和各向異性纖維增強塑料以及單向纖維增強塑料的測試條件。
測試目標與特徵值 影片 進行測試與測試設備 測試條件 試樣及尺寸 其他資訊 下載
ISO 527-4 及 ISO 527-5 測試目標與特徵值
進行纖維增強塑料的拉伸測試是為了在材料開發和評鑑過程中測定拉伸特性，以及測定將用於複合材料結構布局與設計以及品質保證的特徵值。 不論何種纖維增強類型，以下表徵結果和特徵值都在ISO 527-4和ISO 527-5中測定：
- 拉伸應力：試片原始截面積上所受的拉伸負荷
- 軸向應變：根據負載方向上初始標距長度確立的標距長度變量
- 指在橫向方向上，標距長度相對於初始標距長度的變化（僅在需要計算泊松比時才需測量）
- 拉伸模量：應力-應變曲線在彈性範圍內特定應變區間中的斜率， 又稱為彈性模量或楊氏模量
- 拉伸強度：透過拉伸測試測定的最大拉伸應力值
- 斷裂應變：達到拉伸強度時的軸向應變
- 泊松比：橫向應變與軸向正應變絕對值的比值
ISO 527-4、ISO 527-5和ASTM D3039確立纖維增強塑料拉伸測試的測試條件。 儘管測試方法相似，測定的特徵值卻不完全具有可比性，因為試樣的形狀和尺寸以及特徵值的測定在某些方面存在差異（例如拉伸模量的應變區間）。
透過測試軟體 testXpert 進行可靠的 ISO 527-4 及 527-5 測試
testXpert 支援符合ISO 527-4 和 ISO 527-5 的高效測試和可靠測試結果：
- 免除事先研究標準的需求：透過標準測試程序，保證標準合規性 - ISO 527-4 和 ISO 527-5 規定的所有特徵值和參數都已預先設定。
- 透過連接週邊裝置實現最高測試效率：當千分尺的試樣尺寸直接傳送至測試軟體，可節省時間並避免輸入錯誤。
- 此外，透過軟體驗證及控制溫箱中的溫度。 設定溫度升降速率並查看先前維持的值，確保可追溯性。
ISO 527-4 和 ISO 527-5 拉伸試驗機
對於使用標準試樣的ISO 527-4和ISO 527-5拉伸測試，以及其他許多纖維增強塑料標準化測試方法，通常使用100 kN試驗機即可滿足。 在右圖100 kN試驗機的配置下，可使用倒楔形機械夾具輕鬆切換不同的測試裝置及測試夾具。 由於試樣夾具方便拆卸，所以試驗機的整個工作區域也可用於非標準的測試。 支撐腳有助於對工作區域的高度進行個別人體工學調整。
如果只對玻璃纖維增強塑料（GFRP）進行測試，通常使用最大力50 kN的靜態試驗機便已足夠。
適用於複合材料的模組化測試系統
具有相應高測試量的較大測試實驗室使用不同的測試機器來實現非常多樣化的複合材料測試方法，從而可最大程度地減少轉換工作。 各試驗機的力度調整至各類型測試所需的範圍。 如果測試量不夠大或不夠穩定，除了可以添購多台試驗機，另一個選項是購置一台盡可能滿足多種測試方法的試驗機，以盡量減少試驗機的轉換工作。
ZwickRoell 開發了一種模組化設計，可與100 kN 或 250 kN試驗機搭配使用，不僅涵蓋21種測試方法及大約120種測試標準（ISO、EN、ASTM 以及 Airbus AITM和 Boeing BSS），還能在環境溫度下獲得纖維增強複材的全面特徵，或在-80 °C至+360 °C 的低溫至高溫範圍內進行測試。
符合 ISO 527-4 和 ISO 527-5 的應變量測延伸計
為了正確測定彈性特徵值和斷裂應變，必須直接測量試樣的應變。 測定楊氏模量和斷裂應變時，只需測量軸向應變即可。 若要再測定泊松比，則須使用雙軸應變測量系統，也可以用此系統測量橫向應變。 至於應變測量，您可以使用應變片、感測器臂測量系統，例如夾持式延伸計（限制：不要到試樣斷裂的程度）或自動感測器臂延伸計（makroXtens、multiXtens）以及非接觸式光學系統（videoXtens）。
根據 ISO 527-4 和 ISO 527-5 的測試條件
測試速度
要設定的恆定速度取決於試樣類型和測試目的。 與用於測定材料特徵的拉伸測試相比，可對用於品管目的的拉伸測試設定較高的速度。
- 有效的試樣失效
在夾面內斷裂的試樣，或在從夾面到試樣非夾持部位之間的過渡區內斷裂的試樣皆屬無效，必須更換新的試樣以獲得至少五次有效的測試結果。
溫度範圍
由於纖維增強塑料的機械特性受到溫度很大的影響，所以除了在室溫下進行拉伸測試外，還須在低溫和高溫下進行測試。 進行這些測試時，試驗機可配備溫箱，以產生 -80 °C 到 360 °C 的溫度範圍。
| 標準 | 試樣類型 | 示意圖 （簡圖，非等比例） | 應用 |
|---|---|---|---|
| ISO 527-4 | Type 1B 啞鈴型 |  |
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| 類型 2 矩形狀，不帶加強片 |  |
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| 類型 3 * 矩形狀，帶加強片 |  |
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| 類型 4** 錐形狀，不帶加強片 |  |
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| ISO 527-5 | Type A / type B *** |  |
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- * 對於 ISO 527-4 中的試樣類型 3，以及 ISO 527-5 中的試樣類型 A 和 B，需在試樣兩側貼附端部加強片（tabs）。這些通常黏貼在待測層壓板上的受力傳遞元件，其目的是減少夾持區的應力集中，從而避免發生「夾破」（即試樣在夾具處或夾具內破裂）。在這方面，使用 ±45° 玻璃纖維增強塑膠（GFRP）層壓板製成的加強片已被證明效果良好。這些加強片通常為直條狀，而 ASTM D3039 標準則也允許使用帶有斜角（scarf angle）的黏貼加強片。也可使用其他施力元件，包括未黏合的元件（例如砂布或砂紙），但前提是必須證明能達到相同的強度，而且特徵值未展現明顯的分散性。
- ** 對於 ISO 527-4：2023 新增的第 4 類型試樣，該試樣設計用於對多方向連續纖維增強熱塑性塑料進行無加強片的拉伸測試，若斷裂發生在試樣中央的 L0 = 25 mm 直線標距區域之外，則測試結果必須重新計算。在 ISO 527-4 附錄 E 中所列的第 4 類試樣，其斷裂相關的拉伸強度計算已預先整合於 testXpert 測試軟體 的 ISO 527-4：2023 測試程序中。
- *** ISO 527-5 中的 type A 與 type B 試樣具有不同的層壓板厚度及試樣寬度。A 型試樣主要用於對單向層壓板進行 0° 方向上的拉伸測試，其寬度為 15 mm，層壓厚度為 1 mm。另一方面，B 型 試樣主要用於對單向層壓板進行 90° 方向上的拉伸測試，其寬度為 25 mm，層壓為厚度 2 mm，這樣的設計可確保在 0° 拉伸測試中所測得的力不會過高，而在 90° 測試中所測得的力又足夠大，因此兩種試樣都可以使用相同的測試裝置進行測試。這種幾何上的調整是有其必要的，因為單向層壓板在沿纖維方向與垂直纖維方向的強度有著極大差異。
更多關於 ISO 527-4 和 ISO 527-5 標準的資訊
- 為了在單層級別測定拉伸特性，生產的多層複合材料每一層的取向皆相同， 這些包括 ISO 527-5 標準中指定的 0° 或 90° 單向層壓板。 至於 ISO 527-4 標準中採取相應取向的多層編織複合材料，機械特徵值也參照經向和緯向。
- 除了為材料開發、材料鑑定和品質保證目的而進行拉伸測試外，在單層級別測定的特徵值也用於複合材料結構設計的分析計算方法。 例如：使用經典的層壓板理論將可根據各層特徵值，計算多向層壓板複材的彈性特性。 除此之外，單層強度值還可用於計算最大應力、Hashin、Puck 或 LaRC 等失效標準。
- 由於多層複材的機械特性取決於各層的取向，每個具有不同單層取向的多層複材皆呈現不同的機械拉伸特性， 因此纖維增強塑料的機械材料特性只會在層壓板的製造過程中顯現。 製造過程本身對特徵值結果有著顯著的影響， 因此製造過程對纖維增強塑料（FRP）機械特性的影響通常透過機械測試確認。