《碳复合材料剪切强度技术规范》团体标准编制说明.docx

碳复合材料剪切强度技术规范团体标准编制说明一、工作简要过程（-）任务来源目前，国内外测试材料剪切性能的试验标准常采用的方法原理包括：层间剪 切法、纵横剪切法、冲剪法、轨道剪切法及V型缺口法等。其中，层间剪切法试样内部应力复杂、破坏模式多样，因此一般用于质量控 制和工艺规范。纵横剪切法要求试样采用±45。铺层交替铺贴，碳/碳复合材料由 于结构复杂，无法法足铺层的要求。冲剪法的试样构型为圆环，剪切面呈圆环带 状，对综合剪切性能有较好的反映，与产品的实际工况匹配程度较高，但剪切性 能方向性不明显。轨道剪切法中试样为等截面构型，未预制缺口，难以保证理想 的破坏模式。V型缺口法可以改善剪切应力的均匀性保证较好的破坏模式。（二）主要起草单位上海种米碳科技有限公司。（三）主要归口单位上海市闵行区中小企业协会。三、编制原则（一）简明适用原则。本标准适用于室温下采用冲剪法测定三维穿刺碳/碳 复合材料和准三维针刺碳/碳复合材料的剪切强度。类似结构的碳/碳复合材料 也可参照执行。对碳复合材料行业的强度技术规范具有重要意义。（二）科学规范原则。本标准按照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给出的规则起草，标准结构符合规范。四、编制过程标准编制工作主要分两个阶段：第一阶段：成立起草小组2022年3月，上海桃米碳科技有限公司成立了标准起草组，起草组的人 员组成兼顾了材料、机械等企业机构，结构合理.、来源广泛。制定了工作进度 计划，并开展起草标准前期准备工作。第二阶段：标准起草1、2022年3月16日，上海秫米碳科技有限公司召开了 “碳复合材料剪切 强度技术规范”编制线上研讨会，相关企业代表参会。会议对V形缺口梁方 法测量复合材料剪切性能技术规范的申报材料、标准草案、起草大纲和工作 计划进行专家评审和审核，专家提出建议增加“准三维针刺碳/碳复合材料” “XY向” “Z向”的术语定义。起草组根据会议讨论的内容对标准进一步修改 形成了标准草案。撰写了工作组讨论稿（一稿）。2022年3月-6月，来自企业的代表和专家对标准的内容应完善，增加实 验操作流程规范，保证实验过程数据的一致性，起草小组经不断修改，完善了 工作组讨论稿（一稿）。2、2022年6月25日，上海秫米碳科技有限公司召开V形缺口梁方法测 量复合材料剪切性能技术规范团体标准讨论会，标准起草组成员参加了此次 会议的研讨。会上各标准参与单位和相关企业充分发表意见，专家提出将标准 名称改为碳复合材料剪切强度技术规范标准起草组根据会议的意见，整理 意见修改形成了工作组讨论稿（二稿）。3、2022年7月17 H,上海秫米碳科技有限公司召开碳复合材料剪切强 度技术规范团体标准讨论会，专家提出标准评审流程应明确评审目的及评审 的规范性，项目定位、产品定位、工作计一划、组织形式、执行团队构成、项目 预算、市场需求和前景、技术方案、技术实现途径、政策风险、知识产权风 险、市场风险、财务风险等方面，标准起草组根据会议的意见，整理意见修改 形成标准征求意见稿。五、标准制定目的和意义2018年10月12日国家统计局第15次常务会议通过了战略性新兴产业分 类(2018),其中规定的战略性新兴产业是以重大技术突破和重大发展需求为基 础，对经济社会全局和长远发展具有重大引领带动作用，知识技术密集、物质资 源消耗少、成长潜力大、综合效益好的产业，包括新材料产业等9大领域，对经 济发展起着重要引导作用。碳/碳复合材料是战略性新兴产业分类(2018)中 “3533碳碳复合材料制造”的重点产品。碳/碳复合材料具有低密度、高熔点、 高导热性、低的热膨胀系数以及在高温环境下能保持常温时的强度等特点，因而 作为摩擦材料、耐高温烧蚀材料和高温结构材料广泛应用于航空、航天和新兴产 业领域。作为材料固有特性的力学性能是影响各类航空、航天产品安全性、可靠 性的重要指标之一。在特定的应用工况下，产品会不同程度经受剪切载荷冲击， 因而如何正确获取产品剪切性能指标对产品的安全性，可靠性有非常重要的影 响。碳/碳复合材料复杂的制备工艺、预制件本身的结构特点、样件的取向、测 试设备和测试参数等均是影响材料剪切性能测试的因素。由于国内外碳/碳复 合材料剪切性能测试方法标准的空白，各单位均按照各自制定的剪切性能试验 方法进行相关测试研究工作，测试数据差异性较大，不能真实反映碳碳复合材料 内在的特性和进行材料性能的横向对比，在一定程度上制约了碳/碳复合材料的 应用和发展。因此，迫切需要根据碳碳复合材料的特点制定其前切性能测试方法标准，标 准的制定有助于更科学地表征碳/碳复合材料的剪切性能、更真实地反映材料的 固有特性，为碳/碳复合材料的设计参数的选取和优化、结构设计、性能研究、 产品试制开发以及验证提供准确可靠的性能数据，为产品的质量控制提供有力 的技术支撑。六、标准编制原则与确定标准主要内容的依据（-）标准编制原则碳复合材料剪切强度技术规范标准制修订工作遵循“统一性、协调性、 适用性、一致性、规范性”的原则，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给出的规则编写。碳复合材料剪切强 度技术规范本标准主要规定了碳复合材料剪切强度技术的标准规范，包括立项 阶段、实施阶段和确认阶段，及各个阶段的定义操作流程等。（二）本标准主要内容标准的适用范围：本标准适用于室温下采用冲剪法测定三维穿刺碳/碳复合 材料和准三维针刺碳/碳复合材料的剪切强度。类似结构的碳/碳复合材料也可参 照执行。标准主要内容：本标准规定了碳/碳复合材料室温剪切性能试验方法的术语 和定义、试验设备、试样、试验条件、试验步骤、计算和试验报告。（三）本标准制定参考的主要依据本标准是在参考ASTMD5379/D5379M-12采用V形缺口梁方法测量复合材料 剪切性能标准试验方法、ASTMC1292-10室温下连续纤维增强先进陶瓷剪切强 度的标准试验方法、ASTMD2344-16聚合物基复合材料和层压板短梁剪切试验 方法、QJ2691-1994整体毡碳/碳复合材料喉衬制品并结合碳碳复合材料剪 切强度试验研究的结果而编制的。七、主要技术要点和关键内容指标说明本文件中，主要内容分为术语和定义、试样几何尺寸、方法原理3大部分。（一）术语与定义本部分对碳/碳复合材料、三维穿刺碳纤维织物、三维穿刺碳/碳复合材料、 准三维针刺碳纤维织物、准三维针刺碳/碳复合材料、XY向、Z向7个术语进行定 义，根据技术内容进行详细阐释以便于对标准正文的理解。（二）试样几何尺寸国内现有应用领域中常用的碳/碳复合材料根据碳纤维增强体织物类型的不 同主要有两种类型：三维穿刺碳/碳复合材料和准三维针刺碳/碳复合材料。本标准借鉴了国内外现有标准的试样几何尺寸，同时结合国内现有碳/碳复 合材料制备工艺。标准规定的层间剪切试样为矩形，其试样尺寸见表1由于该标 准试样尺寸较小，不适合三维穿刺碳/碳复合材料。（三）方法原理以恒定的速率通过圆形夹具将单轴压缩载荷作用于一个环形试样上，载荷 方向垂直于试样厚度。在试样厚度方向形成剪切应力，试样变形破坏，从而测定试样的剪切强度。一、本标准采用国际和国外先进标准的，说明采标程度，以及与国内外同 类标准水平的对比情况。本标准未采用国外先进标准的技术内容。本标准与相关国家、行业标准的差别GB/T1450.1-2005纤维增强塑料层间前切强度试验方法采用T型试样匀速 加载，载荷方向与试样层间方向一致，使其在规定的受剪面内剪切破坏，以测定 层间前切强度，该方法不适合三维穿刺碳/碳复合材料对剪切强度的表征要求。GB/T3355-2014聚合物基复合材料纵横剪切试验方法通过对±45ns层合 板试样施加单轴拉伸载荷测定聚合物基复合材料纵横剪切性能。该方法要求试 样采用±45。铺层交替铺贴，碳/碳复合材料结构复杂，不符合铺层的要求。因此， 该标准中规定的方法不适合碳/碳复合材料前切性能测试。GB/T28889-2012复合材料面内前切性能试验方法将开有对称V型槽口的 试样夹持在一对专用夹具上，通过试验机的拉伸在试样工作区内产生剪应力。最 终使试样因剪切而破坏，该方法要求的试样尺寸较大，且试样夹持部位由于夹持 力较大，使得试样夹部位的应力较大，易造成碳/碳复合材料出现拔丝等问题。GB/T28889-2012复合材料面内剪切性能试验方法、GB/T30970-2014聚 合物基复合材料剪切性能V型缺口梁试样方法和HB7237-95复合材料层合板面 内剪切试验方法）均采用专用夹具对具有双V型缺口试样施加载荷，在试样缺口中 心区形成剪切应力场，以测定材料的剪切性能。碳/碳复合材料采用V型缺口剪切 试验方法时，如:绕边穿刺结构轴向试样会出现拔丝现象，会提前导致应变退出， 无法采集相关数据：无纬布穿刺试样剪切性能结果稳定性较差。经过大量试验及 论证，V型缺口剪切试验方法不适用于碳/碳复合材料。JCT773-2010纤维增强塑料短梁法测定层间剪切强度采用短梁法测定单 向纤维增强塑料平板的层间剪切强度，该方法应用于碳/碳复合材料时，数据稳 定性较好，但是剪切强度数值总体偏小，未能真实表征碳碳复合材料的内在剪切 特性。经分析论证，该方法适用于层间剪切试样，与材料实际应用工况和剪切模 式不符。本标准充分考虑了三维穿刺结构和准三维针刺结构碳/碳复合材料的纤维增 强方式的不同，根据碳/碳复合材料工艺制备流程，结合材料性能特点和实际应 用工况，选取了3种不同的前切方法（V型缺口法，三点短梁弯，冲剪法）进行系统、 充分论证和试验：并根据试验结果，破坏模式等情况选取适合碳/碳复合材料的 剪切性能试验方法（冲剪法）和试样尺寸。二、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系本标准内容符合国家现行法律、法规要求，并与参照采用的相关标准有一定 的对应关系。三、重大分歧意见的处理经过和依据本标准的制定过程中未出现重大的分歧意见。四、贯彻标准的要求措施建议目前，国内尚无针对碳复合材料剪切强度技术规范的正式标准。建议标准发 布后，上海称米碳科技有限公司可组织起草单位编写标准宣贯读物出版、开展专 题标准培训等活动，更好推动的本标准的具体实施工作。五、废止现行有关标准的建议无。六、其他应予说明的情况无。七、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况本文件适用于室温下采用冲剪法测定三维穿刺碳/碳复合材料和准三维针刺 碳/碳复合材料的剪切强度。类似结构的碳/碳复合材料也可参照执行。是引导我 国碳复合材料剪切强度技术开发工作规范性的指导文件。八、明确标准中涉及专利的情况本标准不涉及专利问题。