摘要：今年8月，GB/T 41762.1-2025《纖維增強塑料復合材料層合板厚度方向性能的測定第1部分：直接拉伸和壓縮試驗》正式發(fā)布，結合GB/T 41762.2-2025《纖維增強塑料復合材料層合板厚度方向性能的測定第2部分：彎曲試驗測定碳纖維單向層合板的彈性模量、強度和威布爾尺寸效應》。第1部分是對第2部分的補充，標準制定后將對纖維增強復合材料產品質量檢測的標準化、規(guī)范化具有重要意義。至此，ISO 20975的兩部分內容已全部轉化。

關鍵詞：試驗方法、層合板、厚度方向性能、拉伸、壓縮。

一、背景

選擇適合構件性能要求的鋪層形式來滿足強度、剛度和各種特殊要求，可為結構設計優(yōu)化提供更大的自由度。相關研究表明，將一組曲線形式的纖維鋪層夾在一對±45° 的鋪層之間，與相同層數的傳統(tǒng)直線纖維層合板相比，承載能力可提高 60%。通過選擇合適鋪層形式，能為結構設計優(yōu)化提供更大自由度，顯著提升構件性能。

二維的纖維增強復合材料層合板在經向和緯向擁有較高的剛度和強度，現在已經被廣泛地應用在汽車工業(yè)和航空工業(yè)中。波音787夢幻客機大量使用碳纖維復合材料，在機身結構設計中，通過優(yōu)化復合材料鋪層，不僅提高了結構的強度和剛度，還減輕了飛機重量，提高了燃油效率，同時減少了零件數量，簡化了制造過程。

二、目的意義

纖維增強復合材料層合板通常在厚度方向有非常弱的性能。碳纖維復合材料層合板在厚度方向（Z 向）缺少增強纖維，僅依靠基體樹脂進行承載與粘接，導致其厚度方向承載能力較弱，容易發(fā)生分層破壞。

在復合材料的一些應用中，要求有一定的抗脫層性能和抗剪切性能，比如，風力渦輪發(fā)動機葉片、機身縱梁和壓力容器等，先前的復合材料層合板葉片的研究中發(fā)現，在葉片服役時，纖維增強復合材料層合板的分層破壞對葉片的性能有很大影響。

針對航空復合材料結構，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）要求將復合材料的厚度方向性能作為基礎試驗數據，而且隨著航空領域復合材料從次承力向主承力結構的發(fā)展，材料研發(fā)和結構設計部門需要對復合材料的厚度方向性能進行試驗方法設計、數據準確評估。

分層是復合材料層合板損傷破壞的主要形式之一，受復合材料層合板的厚度方向性能和層間性能影響，復合材料層合板厚度方向性能和層間性能有著完全不同的物理概念，應該加于區(qū)別，不能混用。

層間性能顧名思義，是層合板兩層之間界面相的性能，反映單純界面相對外界作用的響應；而厚度方向的性能，則反映整個層合板材料在厚度方向的表觀性能，它包括各層及其界面相對外界作用的綜合響應。

可應用于纖維增強復合材料產品結構設計、產品性能評定、產品剩余壽命評估等領域。

2022年發(fā)布了GB/T 41762.2-2022 《纖維增強塑料復合材料 層合板厚度方向性能的測定 第2部分：彎曲試驗測定碳纖維單向層合板的彈性模量、強度和威布爾尺寸效應》，提供了一種彎曲測試方法，用以測定纖維增強塑料復合材料層合板厚度方向性能，包括強度、斷裂應變和模量。GB/T 41762.1是對第2部分的補充，標準制定后將對纖維增強復合材料產品質量檢測的標準化、規(guī)范化具有重要意義。

三、范圍和主要技術內容

GB/T 41762.1規(guī)定了采用拉伸和壓縮試驗方式測定纖維增強塑料復合材料厚度方向性能的試驗方法，描述了三種試樣類型。主要技術內容包含：原理、儀器設備、試樣、試樣數量、狀態(tài)調節(jié)、試驗程序、結果表達、精密度和試驗報告等。

Instron開發(fā)的試驗裝置（圖源：Instron）

四、國際標準對比

目前國內外專家對于層間性能關注較多，發(fā)布了ASTM D2344《聚合物基復合材料及其層壓板短梁剪切強度測試方法》、GB/T 1450.1《玻璃纖維增強塑料層間剪切強度試驗方法》等標準，對于厚度方向性能的關注較少，因而研究其厚度方向性能對纖維復合材料產品的應用具有非常重要的意義。

ISO 20975-1規(guī)定了使用矩形棱柱體和/或腰形塊體試樣測定纖維增強塑料復合材料全厚度性能（即強度、彈性模量、泊松比和斷裂應變）的方法。這些方法適用于多種取向和非取向、連續(xù)和不連續(xù)的纖維形式，適用于熱固性和熱塑性基體，厚度范圍為20毫米至40毫米。描述了三種試樣類型，分別是：

• 類型I——沿試樣長度方向具有固定矩形橫截面。它是測定彈性性能的首選試樣。

• 類型II——腰形矩形橫截面，沿試樣長度方向橫截面可變。它僅適用于測定拉伸強度值，是高度各向異性材料和熱塑性材料的首選試樣。

• 類型III——腰形矩形橫截面，沿試樣標距長度方向具有固定橫截面。它用于提供彈性和強度性能數據，是生成完整應力-應變響應的首選試樣。

類型I和類型II試樣也適用于非增強塑料，但不適用于剛性多孔材料以及含有多孔材料的夾層結構。

五、結語

GB/T 41762.2與GB/T 41762.1的相繼發(fā)布，填補了國內纖維增強塑料復合材料層合板厚度方向性能測定標準化體系的關鍵空白。兩項標準相互補充、各有側重，共同構建起科學系統(tǒng)的測定體系，為材料研發(fā)、結構設計、產品質量檢測等提供統(tǒng)一技術依據。

參考文獻

[1]張雅會.變剛度復合材料典型結構力學性能研究[D].南京航空航天大學,2023.DOI:10.27239/d.cnki.gnhhu.2023.000142.

[2]全國標準信息公共服務平臺，https://std.samr.gov.cn/。

[3]國際標準化組織，https://www.iso.org/。

此文由中國復合材料工業(yè)協(xié)會搜集整理編譯，部分數據來源于網絡資料。文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流，引用請注明出處。