高清可复制 HB 7401-2021 航空用聚合物基复合材料吸湿试验方法

　　ICS 49.025.99 V 15

　　航空用聚合物基复合材料吸湿试验方法

　　Test method for moisture absorption of aviation polymer matrix composite

　　2021-04-19 发布 2021-07-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1.1 给出的规则修订。

　　本标准代替 HB 7401-1996《树脂基复合材料层合板湿热环境吸湿试验方法》。本标准与 7401-1996相比，主要变化如下：

　　——标准名称由《树脂基复合材料层合板湿热环境吸湿试验方法》改为《航空用聚合物基复合材料吸湿试验方法》。

　　——标准框架按照 GB/T 1.1 的规则进行修订，由“范围、定义、试验设备、试样、试验过程、试验报告”的框架改为“范围、规范性引用文件、术语和定义、方法原理、试验设备、试样、试验步骤、计算、试验报告 ”。

　　——第 1 章内容全部修订。

　　——增加“规范性引用文件”一章为第 2 章。

　　——将原标准中第 2 章章号改为第 3 章，章名称由“定义”改为“术语和定义”。删除原标准中 2.1、 2.3，增加“吸湿平衡”和“伴随试样”的定义。

　　——增加“方法原理”一章为第 4 章，给出了两种试验方法，即方法 A——湿热环境状态调节和方法 B——液体浸润调节。

　　——将原标准中第 3 章章号改为第 5 章，内容全部修订。

　　——将原标准中第 4 章章号改为第 6 章，内容全部修订。

　　——删除原标准中第 5 章，增加“试验步骤”一章为第 7 章。

　　——增加“计算”一章为第 8 章。

　　——增加“方法原理”一章。

　　——将“试验过程”一章的名称改为“试验步骤 ”。

　　——增加“计算”一章。

　　——将原标准中第 6 章章号改为第 9 章，内容全部修订。

　　——对天平的精度给出了明确的要求：“50>试样质量(g)≥5 时，要求天平的精度为 0.1mg ”，“试样质量(g)≥50 时，要求天平的精度为 1.0mg ”。原标准中天平的精度要求为不低于 0.5mg。

　　——对力学性能试样和伴随试样进行了定义，伴随试样的几何尺寸增加了两种，即 25mm ×25mm和 100mm ×100mm。

　　本标准由中国航空综合技术研究所归口。

　　本标准起草单位：中国飞机强度研究所、中国航空综合技术研究所、中国航发北京航空材料研究院。

　　本标准主要起草人：沈 薇、李 磊、熊华锋、王 俭、李 巍、许 飞、高 蒙、吴卿永、冯福兴、杨胜春。

　　航空用聚合物基复合材料吸湿试验方法

　　1 范围

　　本标准规定了航空用聚合物基复合材料吸湿浸润试验的方法原理、试验设备、试样、试验步骤、计算和试验报告。

　　本标准适用于聚合物基复合材料层合板试验前试样的预浸润和吸湿量的测定。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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 3961 纤维增强塑料术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 3961 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　吸湿平衡 moisture equilibrium

　　当吸湿量不再随周围环境进一步变化时材料所达到的状态。在规定的时间间隔内， 吸湿量的变化小于一给定值，即认为达到吸湿平衡。

　　在相距 7±0.5 天内，当材料相继两次吸湿量的变化小于 0.02%(或 0.05%)时，认为材料达到了吸湿平衡。

　　式中：

　　Wi ——试样当前的质量，单位为克(g);

　　Wi-1 ——上一个时间间隔的质量，单位为克(g);

　　Wb ——基准时间的质量，单位为克(g);

　　K ——取 0.02%或 0.05%。

　　3.2

　　平衡吸湿量，Mm (%) moisture equilibrium content

　　给定湿暴露水平下，材料在吸湿平衡状态时的吸湿量。

　　3.3

　　伴随试样 traveler coupon

　　在浸润过程中用于确定吸湿量的与力学性能试样同样材料和厚度等尺寸适当的替代试样(无加强片、无紧固件、质量不小于 5 克)。

　　4 方法原理

　　将材料暴露于指定环境中，根据质量随暴露时间的变化来评定材料的吸湿状态，是一种模拟材料在自然环境中吸湿过程的加速吸湿方法。本试验标准有两种试验方法， 方法 A一蒸汽浸润法。方法 B一液体浸泡法。

　　5 试验设备

　　5.1 总则

　　试验设备包括：烘箱/真空干燥箱、浸润箱、天平。试验设备需经计量部门检定/校对合格，并在有效期内使用。

　　5.2 烘箱/真空干燥箱

　　要求其温度精度在±3℃之内，均匀度在±2℃之内。

　　5.3 浸润箱

　　要求浸润箱温度精度在±3℃之内，湿度精度在±5%RH 之内。浸润箱为下述的两种：

　　a) 方法 A——一个带有温度和可以控制蒸汽水平的浸润箱，要求浸润箱相对蒸汽水平精度在±3%之内;

　　b) 方法 B—一可以控制温度的液体箱。

　　5.4 天平

　　天平精度要求如下：

　　a) 试样质量<50g 时，要求天平的精度为 0.1mg;

　　b) 试样质量≥50g 时，要求天平的精度为 1.0mg。

　　6 试样

　　6.1 总则

　　本标准的试样为称重试样，称重试样可以为力学性能试样也可以为伴随试样。

　　6.2 力学性能试样

　　力学性能试样是用于力学性能测试的试样，当没有伴随试样时可用力学性能试样(无加强片、无紧固件、质量不小于 5 克)作为称重试样，不少于 3 个。

　　6.3 伴随试样

　　选用的伴随试样应与力学性能试样的铺层形式和厚度一致、与力学性能试样同炉、同批次制备， 一般推荐伴随试样的尺寸为 25mm ×25mm、50mm ×50mm 或 100mm ×100mm，每个批次、每个鉴定的试板，取 3 个伴随试样。

　　6.4 称重试样质量要求

　　称重试样质量不低于 5g。

　　6.5 称重试样几何尺寸和形状

　　称重试样厚度在整个表面上的变化不超过±5%。称重试样几何尺寸和形状为：

　　a) 当称重试样为无加强片、无紧固件的力学性能试样时，其几何尺寸和形状与力学性能试样一致。

　　b) 当称重试样为伴随试样时，选取原则是参照力学性能测试状态调试试样几何尺寸，伴随试样尺寸应不小于力学性能测试试样的宽度。对伴随试样四个侧边进行密封处理时， 伴随试样尺寸选取 25mm ±2mm 即可。

　　6.6 试样制备

　　试样制备按 GB/T 1446 中的要求进行。

　　7 试验步骤

　　7.1 试验前准备

　　试验前准备要求如下：

　　a) 按 GB/T 1446 中的规定检查试样外观，对每个试样编号。

　　b) 必要时可对称重试样侧边密封，密封材料和胶粘剂应选择不能足以影响到吸湿结果的材料。

　　c) 设定烘箱和浸润箱试验温度和湿度。烘箱推荐温度：70℃±3℃, 吸湿浸润箱推荐温度：70℃ ±3℃、推荐湿度：85%RH±5%RH。

　　d) 实验前，试样在实验室标准环境下放置 24h。

　　7.2 烘干

　　烘干步骤如下：

　　a) 对试样进行初始称重，记录初始质量作为基准质量，Wb。将试样放入已经稳定到规定温度的烘箱内。

　　b) 按规定的时间间隔称量称重试样，并记录每个测量结果 Wi，直到最后一次称重作为干态的质量，W0。

　　c) 用式(1)计算并记录每个时间间隔的质量百分比变化，直到试样质量百分比变化达到确定的有效脱湿平衡。

　　7.3 方法 A——吸湿吸湿步骤如下：

　　a) 对试样进行初始称重，记录试样吸湿预处理前的质量，作为吸湿的基准质量，Wb，将试样放入已经稳定到规定温度的吸湿浸润箱内。

　　b) 按规定的时间间隔称量试样，记录每个测量结果 Wi。

　　c) 试样每次从浸润箱中取出后应放入试样袋中，在实验室环境下冷却。

　　d) 将试样从试样袋中取出用擦拭布擦去表面水分后再称量试样，直到最后一次。每次称重从湿热试验箱内取出试样的时间不应超过 30min，每次称重从试样袋中取出试样的时间不超过 5min。

　　e) 用式(1)计算并记录每个时间间隔的质量百分比变化，直到试样质量百分比变化达到规定的吸湿平衡(小于 0.02%或 0.05%)。

　　f) 用式(2)计算吸湿量。

　　g) 试样达到有效吸湿平衡后从吸湿浸润箱中取出，连同一块湿布放入试样袋中，在实验室环境下储存，储存时间不应超过 14d。

　　7.4 方法 B——浸泡浸泡步骤如下：

　　a) 对试样进行初始称重，记录试样吸湿预处理前的质量，作为浸泡的基准质量，Wb。将试样放入已经稳定到规定温度(室温或 70℃)的浸泡箱内。

　　b) 按要求的浸泡周期(根据试验大纲的要求确定)浸泡试样，直到周期结束，将试样从浸泡箱中取出放入试样袋中。

　　c) 试样在试样袋中达到实验室环境温度后，将试样从试样袋中取出，用擦拭布擦去表面液体后称重试样，并记录。

　　d) 用式(2)计算吸湿量。

　　e) 试样浸泡结束后应尽快进行力学试验。

　　8 计算

　　平衡吸湿量按式(2)计算，结果保留三位有效数字：

　　Mm 100%…………………………………………(2)

　　式中：

　　Mm——平衡吸湿量，%。

　　Wm——吸湿平衡时的试样质量，单位为克(g);

　　Wb——试样基准质量，单位为克(g)。

　　9 试验报告

　　试验报告一般包括下列内容：

　　a) 试验日期和地点;

　　b) 试验操作员的姓名;

　　c) 试验方法的任何变更，试验过程观测到的任何异常或发生的设备问题;

　　d) 试验的材料标识，包括：类型、来源、铺层角和顺序;

　　e) 试样的准备方法;

　　f) 全部测试设备检定的日期和方法;

　　g) 使用的环境箱类型、名义和实际试验温度和测量时间间隔;

　　h) 实验室的相对湿度和温度;

　　i) 每个时间间隔的试样质量;

　　j) 材料的有效平衡吸湿量(用质量百分比表达);

　　k) 观察到的试样的任何不寻常现象,例如翘曲、开裂、外观变化或者几种现象的组合;

　　l) 三个或者更多取样母体(有相同的名义增强体含量及经受同样的浸润环境)的吸湿特性的平均值、标准差、离散系数;

　　m) 以与吸湿数据同样的方式报告烘干数据。