T_CSAE 170-2020 汽车用聚合物基复合材料胶接性能测试方法复合材料复合材料.docx

ICS 43.020CCS T 40团体标准T/CSAE 1702020汽车用聚合物基复合材料胶接性能测试方法 复合材料/复合材料Test methods for mechanical properties of adhesively bonded joints forautomotive polymer matrix compositesComposite/composite2020-12-31 发布2020-12-31 实施中国汽车工程学会 发 布T/CSAE 1702020目次前言. III引言. IV1  范围. 12  规范性引用文件.13  术语和定义. 24  一般要求. 44.1  试样质量.44.2  试验设备.44.3  标准环境.45  静态性能试验方法.45.1  拉伸剪切试验.55.2  十字拉伸试验.65.3  胶接 I 型断裂韧性试验.75.4  胶接 II 型断裂韧性试验.125.5  弯曲试验.146  拉伸剪切疲劳性能试验方法.176.1  试验原理.176.2  试验设备.176.3  试样. 176.4  试验方法.176.5  拉伸剪切疲劳试验报告.187  环境耐久性能试验方法.187.1  温度影响性能试验.187.2  温度冲击试验.197.3  温度/湿度循环试验.207.4  湿热试验.217.5  盐雾试验.228  说明事项. 23附录 A  （规范性）  胶接拉伸剪切试样.24附录 B  （规范性）  拉伸剪切胶接试样制备工装. 25附录 C  （规范性）  胶接十字拉伸试样.26附录 D  （规范性）  胶接十字拉伸试验夹具. 27附录 E  （规范性）  胶接 I 型断裂韧性试样. 29IT/CSAE 1702020附录 F  （规范性）  胶接 II 型断裂韧性试样. 30附录 G  （规范性）  胶接弯曲试样.31IIT/CSAE 1702020前言本文件按照GB/T 1.12020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。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由汽车轻量化技术创新战略联盟提出。本文件主要起草单位：北京航空航天大学、国汽（北京）汽车轻量化技术研究院有限公司、湖北回天新材料股份有限公司、东风汽车集团股份有限公司、北京航数车辆数据研究所有限公司、奇瑞汽车股份有限公司、北京汽车研究总院有限公司、重庆长安汽车股份有限公司、中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心、北京中材汽车复合材料有限公司、泛亚汽车技术中心有限公司、株洲时代新材料科技股份有限公司、江苏恒神股份有限公司、中航复材（北京）科技有限公司、汉腾汽车有限公司、北京新能源汽车技术创新中心有限公司、广州小鹏汽车科技有限公司、天津波音复合材料有限责任公司。本文件主要起草人：孙凌玉、李立军、杨洁、王利刚、刘鹏、韩胜利、郭春杰、石腾龙、周旭东、李军、杨继萍、张一犇、尚红波、刘洋、高红梅、高聪、崔丽、周娟、周滨、张振翀、汪霞、刘瑞、李东阳、李伟红、周敏、隗云涛、张浩军、赵红涛、张子聪、齐海东、毛慧文、张旭峰、栗娜、林瑞雪、项坤、李明桓、熊芬、杨冰、刘克健、郭聪兰、庞孝吾。本文件于2020年首次发布。IIIT/CSAE 1702020引言随着汽车轻量化的发展，聚合物基复合材料在汽车中的应用越来越广泛。胶接是聚合物基复合材料的主要连接方式之一，聚合物基复合材料与聚合物基复合材料胶接结构的性能直接影响汽车的安全性和可靠性。但是，目前国内汽车行业在聚合物基复合材料与聚合物基复合材料胶接结构的性能测试方法及标准方面几乎空白。因此，需要制定一个适用于汽车行业的聚合物基复合材料与聚合物基复合材料胶接结构性能测试方法的标准。本文件提供了汽车用聚合物基复合材料与聚合物基复合材料胶接性能的测试方法。IVT/CSAE 1702020汽车用聚合物基复合材料胶接性能测试方法 复合材料/复合材料1  范围本文件规定了聚合物基复合材料胶接的静态力学性能、疲劳性能和环境耐久性能测试的试验项目、试验原理、试验设备及装置、试验条件、试样以及试验步骤等。本文件适用于汽车用聚合物基复合材料与聚合物基复合材料胶接性能的测试。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 1446纤维增强塑料性能试验方法总则GB/T 14492005纤维增强塑料弯曲性能试验方法GB/T 29182018塑料试样状态调节和试验的标准环境GB/T 2943胶粘剂术语GB/T 3961纤维增强塑料术语GB/T 48832008数据的统计处理和解释 正态样本离群值的判断和处理GB/T 63291996胶粘剂对接接头拉伸强度的测定GB/T 71242008胶粘剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）GB/T 105862006湿热试验箱技术条件GB/T 105872006盐雾试验箱技术条件GB/T 105922008高低温试验箱技术条件GB/T 120002017塑料暴露于湿热、水喷雾和盐雾中影响的测定GB/T 169971997胶粘剂主要破坏类型的表示法GB/T 215262008结构胶黏剂 粘接前金属和塑料表面处理导则GB/T 275952011胶粘剂 结构胶粘剂拉伸剪切疲劳性能的试验方法GB/T 288912012纤维增强塑料复合材料 单向增强材料型层间断裂韧性GIC的测定GJB 33831998胶接耐久性试验方法GJB 5304军用复合材料术语HB 74021996碳纤维复合材料层合板型层间断裂韧性GIC试验方法HB 74031996碳纤维复合材料层合板型层间断裂韧性GIIC试验方法HB 7618聚合物基复合材料力学性能数据表达准则JB/T 93972013拉压疲劳试验机技术条件ASTM D2093塑料粘接前表面处理标准规程（Standard Practice for Preparation of Surfaces ofPlastics Prior to Adhesive Bonding）ISO 45872003胶 粘 剂刚 性 材 料 对 刚 性 材 料 粘 接 拉 伸 剪 切 强 度 测 试 （ Adhesives Determination of tensile lap-shear strength of rigid-to-rigid bonded assemblies）1T/CSAE 1702020ISO 17212结构胶粘剂粘合前金属和塑料表面处理指南（Structural adhesives  Guidelinesfor the surface preparation of metals and plastics prior to adhesive bonding）ISO 19095-12015塑料类塑料/金属组合体界面粘附性能评价标准第1部分：指南（Plastics Evaluation of the adhesion interface performance in plastic-metal assemblies  Part 1:Guidelines for the approach）ISO 19095-22015塑料类塑料/金属组合体界面粘附性能评价标准第2部分：试样（Plastics Evaluation of the adhesion interface performance in plastic-metal assemblies  Part 2:Test specimens）ISO 19095-32015塑料类塑料/金属组合体界面粘附性能评价标准第3部分：试验方法（Plastics  Evaluation of the adhesion interface performance in plastic-metal assemblies Part 3: Test methods）ISO 19095-42015塑料类塑料/金属组合体界面粘附性能评价标准第4部分：环境耐久性试验 条 件 （ Plastics  Evaluation of the adhesion interface performance in plastic-metalassemblies  Part 4: Environmental conditions for durability）3  术语和定义GB/T 2943、GJB 5304和HB 7618中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1复合材料  composites由粘接材料（基体）和纤维状、粒状或其他形状材料（增强材料），通过物理或化学的方法复合而成的一种多相固体材料。3.2胶接 I 型断裂韧性（GIC） mode I fracture toughness GIC of adhesive joints使用端部预制裂纹的双悬臂梁胶接试样，测得的张开型（I型）裂纹沿试样纵向起始扩展的临界能量释放率。3.3胶接 II 型断裂韧性（GIIC） mode II fracture toughness GIIC of adhesive joints使用端部预制裂纹的弯曲梁胶接试样，测得的滑开型（II型）裂纹沿试样纵向起始扩展的临界能量释放率。3.4相对湿度（RH） relative humidity在恒定温度条件下，在给定的体积空气中，水汽分压力与饱和水汽压力的比率，用百分数表示。2T/CSAE 17020203.5实际湿度  achieved humidity稳定后，试验箱工作空间内任意被测试点的湿度。3.6拉伸剪切强度  tensile shear strength在平行于胶接界面层的轴向的拉伸载荷的作用下，胶接试样破坏时，单位胶接面积所承受的剪切力。3.7胶接拉伸强度  bonding tensile strength在垂直于胶层的拉伸载荷作用下，胶接试样破坏时，单位胶接面积所承受的拉伸力。3.8弯曲应力  flexural stress跨距中点试样外表面层的公称应力。3.9弯曲强度  flexural strength试样在弯曲破坏下，破坏载荷或最大载荷时的弯曲应力。3.10挠度  deflection跨距中点试样表面在弯曲过程中距初始位置的距离。3.11破坏挠度  deflection at break试样破坏时的挠度。3.12弯曲应变  flexural strain跨距中点试样外表面层的长度变化率。3.13弯曲弹性模量  flexural modules材料在弹性范围内，弯曲应力与相应的弯曲应变的比值。3.14状态调节  conditioning3标准环境符号空气温度/相对湿度（RH）/%备注23/502350非热带地区27/652765热带地区注1：为获得具有可比性的试验数据，应使用标准环境23/50。注2：表1中的数值适用于大气压强在86 kPa106 kPa之间的一般海拔高度及空气循环速率1 m/s的场合。等级温度允差/相对湿度允差/%23/5027/651± 1± 5± 52± 2± 10± 10T/CSAE 1702020为使试样达到温度和湿度的平衡状态而进行的操作。4  一般要求4.1 试样质量4.1.1  聚合物基复合材料试样的制备参照 GB/T 1446 的要求进行。4.1.2  粘接前聚合物基复合材料的表面应适当处理以适宜粘接。表面处理方法可遵照胶粘剂制造厂商的说明，其他的表面处理细节可参照 ISO 17212 和 ASTM D2093 的要求进行。表面处理方法的选择原则为：不降低聚合物基复合材料整体性能的条件下，尽量保证良好的粘接。对于 ISO 17212 和 ASTM D2093中没有的内容，应在试验报告中如实记录表面处理方法。胶粘剂的应用和固化应按其制造厂商的要求。在胶接过程中压出来的溢胶，需及时清理。4.1.3  胶层厚度使用玻璃微珠或垫片等其他方法控制，试样制作完成后允许使用固定压力，胶粘剂固化方式可以是高温固化或室温固化，建议使用工装来保证试样的平整性，避免粘斜或错位的问题。4.1.4  试样应无扭曲，并应具有相互垂直的平行表面对。表面和边缘应无划痕，凸起，凹痕和毛刺。通过目视和游标卡尺测量，试样的直边、直角和平面应满足一致性要求。对于目视或测量结果显示不满足要求的试样，应该在试验前被去除或者再次对其形状和尺寸进行加工以满足要求。4.2 试验设备直尺的精度为0.1 mm，游标卡尺的精度为0.02 mm，千分尺的精度为0.01 mm，工具显微镜的精度为0.001 mm。4.3 标准环境除非另有规定，使用表1中的条件作为标准环境。表1  标准环境表2给出了标准环境的两种不同等级，对应于温度和相对湿度的不同允差水平。1级标准环境室应每年至少校正一次。超出表2中规定的温度和相对湿度允差的，不能被认为标准环境。表2 对应于不同允差的标准环境等级5  静态性能试验方法4（MPa）的算术平均值表示。拉伸剪切强度（MPa）由破坏载荷（N）除以试样的实际剪切面积（mm ）来T/CSAE 17020205.1 拉伸剪切试验5.1.1  试验原理聚合物基复合材料/聚合物基复合材料胶接单搭接试样的拉伸剪切试验，是在平行于粘接面且在试样主轴方向上施加一拉伸载荷，测出聚合物基复合材料/聚合物基复合材料单搭接粘接处的拉伸剪切强度。5.1.2  试验设备电子万能试验机：试验机应满足试验要求，并在整个试验过程中保持恒定的加载速率，试验机载荷误差不得大于1%。试验机应配置一副可自动对中的夹具。加载载荷时，夹具及其附件与试样无相对移动。试验机使用吨位的选择应参照该设备的说明书。试验机需定期经具有相应资格的计量部门进行校准。5.1.3  试样试样的基材由试板机械加工而得，试样的几何形状与尺寸参照附录A的规定，试样制备工装参照附录B的规定。为了保证试验结果的可靠，试样的数量应满足获得至少3个有效试验数据的要求。5.1.4  拉伸剪切试验步骤5.1.4.1 试样状态调节和试验环境除非另有规定，测试前，试样应放在标准环境或实验室内环境中进行状态调节，调节时间不少于48 h。除非另有规定，状态调节后的试样应在与状态调节相同的环境下进行试验。试验应在将试样从状态调节的环境中取出后立即进行。注 1：如果温度和湿度对所测性能具有显著影响，应选择标准环境。注 2：如果湿度对所测性能没有影响或影响可以忽略不计，则不必控制相对湿度。注 3：如果温度和湿度对所测性能都没有任何显著影响，则温度和湿度都不必控制，可选择实验室中没有温度和湿度控制的一般大气条件的环境。5.1.4.2 加载速率和试样安装将试样对称地夹在夹具上，务必使试样中胶层的长轴线与试验机的轴线成一条直线。夹持处至距离最近的粘接端的距离为（50±1）mm，夹具中可使用垫片，以保证作用力在粘接面内。除非另有规定，试验机以10 mm/min的恒定加载速率进行试验。5.1.5  试验数据处理试验开始前，测量并记录试样的实际尺寸。试验结束后，记录试样剪切破坏的最大负荷作为破坏载荷，同时按GB/T 16997中的规定记录破坏类型。试验结果以有效试样的破坏载荷（N）或拉伸剪切强度2计算。其中，实际剪切面积为试样胶层的长度与宽度的乘积。拉伸剪切强度最大值和最小值的差值不应超过平均值的10%，如果超过10%，此次试验结果无效，应重新制备一批试样进行测试。按GB/T 16997中的规定记录破坏类型。5.1.6  拉伸剪切试验报告5T/CSAE 1702020拉伸剪切试验报告应包括以下内容：a)  试验项目名称及执行标准号；b)  胶粘剂的完整描述，包括名称、牌号、制造厂商、形态等；c)  基材的完整表述，包括材料名称、制造厂商、牌号、厚度、表面状态等；d)  胶接过程的完整表述，包括胶粘剂的使用方法、干燥和预处理条件（当需要时）、固化温湿度、时间、压力等；e)  胶层固化后的平均厚度（实际厚度），以及控制厚度的方法；f)  试样的完整表述，不论是单片制备或平板制备，都应包括粘接部位的尺寸和构造，如果试样为平板制备，应描述平板数量、切片过程、条件以及试样个数；g)  试样制备、状态调节和试验的环境参数；h)  试验设备及仪器仪表的型号、量程及使用情况，载荷加载速率；i)  每个试样的破坏载荷和拉伸剪切强度，算术平均值和标准偏差；j)  拉伸剪切强度的算术平均值和标准偏差；k)  按照 GB/T 16997 中的规定来描述破坏类型，实物以图片形式记录在报告中；l)  描述任何与规定程序的差异和任何有可能影响试验结果的事件；m)  试验人员、日期及其他。5.2 十字拉伸试验5.2.1  试验原理聚合物基复合材料/聚合物基复合材料十字胶接试样的拉伸试验是在垂直于粘接面的方向上施加一拉伸载荷，测出聚合物基复合材料/聚合物基复合材料十字粘接处的拉伸强度。5.2.2  试验设备电子万能试验机，参照5.1.2的规定。5.2.3  试样试样的基材由试板机械加工而得，试样的几何形状与尺寸参照附录C的规定。为了保证试验结果的可靠，试样的数量应满足获得至少3个有效试验数据的要求。5.2.4  十字拉伸试验步骤5.2.4.1 试样状态调节和试验环境除非另有规定，测试前，试样应放在标准环境或实验室内环境中进行状态调节，调节时间不少于48 h。除非另有规定，状态调节后的试样应在与状态调节相同的环境下进行试验。试验应在将试样从状态调节的环境中取出后立即进行。注 1：如果温度和湿度对所测性能具有显著影响，应选择标准环境。注 2：如果湿度对所测性能没有影响或影响可以忽略不计，则不必控制相对湿度。注 3：如果温度和湿度对所测性能都没有任何显著影响，则温度和湿度都不必控制，可选择实验室中没有温度和湿度控制的一般大气条件的环境。5.2.4.2 加载速率和试样安装6由破坏载荷（N）除以粘接面积（mm ）来计算。T/CSAE 1702020将试样地安装在夹具上，夹具形状和设计型式参见附录D，夹具由T型夹头、紧固螺栓和套框组成，试样安装于夹具内，套框套在试样和T型夹头上，通过紧固螺栓固定试样，T型夹头的端部固定在拉力机的夹具内，保证试样的轴线与拉力机轴线一致，以恒定的加载速率进行试验。除非另有规定，试验机以10 mm/min的恒定加载速率进行试验。记录试样拉伸过程中最大负荷作为破坏载荷，并记录破坏类型和拉伸位移。5.2.5  试验数据处理试验结果以有效试样的破坏载荷（N）或拉伸强度（MPa）算术平均值表示，胶接拉伸强度（MPa）2拉伸强度最大值和最小值的差值不应超过平均值的10%，如果超过10%，此次试验结果无效，应重新制备一批试样进行测试。按GB/T 16997中的规定记录破坏类型。5.2.6  十字拉伸试验报告十字拉伸试验报告应包括以下内容：a)  试验项目名称及执行标准号；b)  胶粘剂的完整描述，包括名称、牌号、制造厂商、形态等；c)  基材的完整表述，包括材料名称、制造厂商、牌号、厚度、表面状态等；d)  胶接过程的完整表述，包括胶粘剂的使用方法、干燥和预处理条件（当需要时）、固化温湿度、时间、压力等；e)  胶层固化后的平均厚度（实际厚度），以及控制厚度的方法；f)  试样的完整表述，不论是单片制备或平板制备，都应包括粘接部位的尺寸和构造，如果试样为平板制备，应描述平板数量、切片过程、条件以及试样个数；g)  试样制备、状态调节和试验的环境参数；h)  试验设备及仪器仪表的型号、量程及使用情况，载荷加载速率；i)  每个试样的破坏载荷和胶接拉伸强度；j)  胶接拉伸强度的算术平均值和标准偏差；k)  按照 GB/T 16997 中的规定来描述破坏类型，实物以图片形式记录在报告中；l)  描述任何与规定程序的差异和任何有可能影响试验结果的事件；m)  试验人员、日期及其他。5.3 胶接 I 型断裂韧性试验5.3.1  试验原理在聚合物基复合材料/聚合物基复合材料双悬臂梁（DCB）胶接试样的胶层中间预埋一层长度为50 mm的无粘性薄膜，得到50 mm长的预制裂纹。在试样预制裂纹的端部粘贴琴式铰链，在琴式铰链的轴心连线方向上施加一拉伸载荷，使裂纹沿着胶层稳定扩展，测出聚合物基复合材料/聚合物基复合材料粘接处的I型断裂韧性GIC。5.3.2  试验设备电子万能试验机，参照5.1.2的规定。数码摄像机，用于拍摄记录试样裂纹出现和扩展的过程，应具备光学防抖功能，像素应大于3000万。移动式显微镜（可选），用于测量裂纹长度，应有0 mm200 mm的量程，放大倍数不大于70倍，读数精度为0.05 mm。7T/CSAE 17020205.3.3  试样试样的基材由试板机械加工而得，试样的几何形状与尺寸参照附录E的规定。为了保证试验结果的可靠，试样的数量应满足获得至少3个有效试验数据的要求。试样预制裂