ASTM D5573-99(2019)
Стандартная практика классификации видов отказов в соединениях из армированного волокном пластика (FRP)

Стандартный №

ASTM D5573-99(2019)

Дата публикации

2019

Разместил

American Society for Testing and Materials (ASTM)

Последняя версия

ASTM D5573-99(2019)

сфера применения

Обзор стандарта и техническая база

ASTM D5573-99 (2019) — это профессиональный стандарт классификации видов разрушения соединений из армированных стекловолокном пластиков (FRP). Первоначально разработанный в 1994 году и недавно переутверждённый в издании 2019 года, этот стандарт отражает постоянное накопление технических знаний и опыта в области технологии склеивания композитных материалов. Настоящий стандарт в первую очередь посвящен анализу разрушения клеевых соединений из термореактивных полиэфирных смол, армированных стекловолокном (SMC).

Подробное объяснение системы классификации видов отказов

Стандарт устанавливает полную систему классификации видов отказов из 7 категорий, предоставляя единый стандарт суждений для инженерной практики:

Вид отказа	Сокращение	Определяющие характеристики	Морфология поверхности	Инженерное значение
Адгезионный отказ	ADH/A	Разрыв интерфейса	Гладкая поверхность, без переноса материала	Недостаточное сцепление интерфейса
Когезионный отказ	COH/C	Внутреннее повреждение адгезионного слоя	Разрыв адгезионного слоя, остатки клея с обеих сторон	Недостаточная прочность клея
Когезионное разрушение тонкого слоя	TLC	Разрушение адгезионного слоя вблизи интерфейса	Небольшой остаток клея с одной стороны, толстый слой клея с одной стороны	Слабая переходная зона интерфейса
Разрушение волокна при разрыве	FT	Разрушение матрицы FRP	Волокна оголены с обеих сторон	Недостаточная прочность материала матрицы
Разрыв волокна при легком разрыве	LFT	Разрушение матрицы вблизи поверхности	Небольшое количество переносимой матрицы смолы, очень мало волокон	Недостаточная прочность поверхностного слоя
Разрушение из-за ломки запасов	SB	Разрушение подложки FRP	Разрушение происходит вне области склеивания	Прочность подложки ниже прочности соединения
Смешанное разрушение	-	Сочетание нескольких режимов	Сосуществование двух или более режимов разрушения	Сложное напряженное состояние

---

Развитие технологий и разработка стандартов

С момента своего Первоначально опубликованный в 1994 году, этот стандарт был пересмотрен в 1999 году и повторно утвержден в 2012 и 2019 годах, отражая развитие технологии склеивания FRP и меняющиеся инженерные потребности. Первоначально ориентированный на клеевые соединения SMC-материалов в автомобильной промышленности, метод классификации стандарта получил широкое распространение в различных областях, включая аэрокосмическую промышленность, лопасти ветряных турбин и железнодорожный транспорт, по мере расширения применения композитных материалов.

Стандарт ссылается на несколько методов испытаний ASTM (D3163, D3164, D3165, D3807, D5041 и D5868) и SAE J1525, образуя комплексную систему испытаний соединений FRP. Эта многостандартная совместная платформа демонстрирует применение системного инженерного мышления в работе по стандартизации.

---

Ключевые моменты метода определения вида отказа и его реализации

Стандарт определяет использование визуального наблюдения для определения вида отказа, что исключает необходимость использования увеличительного оборудования, такого как микроскопы, и обеспечивает применимость метода в условиях промышленного производства. Для смешанных видов отказа рекомендуется использовать метод сетки для расчета процентов площади. При использовании сетки 5×5 точность может достигать 4% (т.е. 64%).

Особые соображения при внедрении:

• Сравнительный анализ должен быть выполнен с использованием одного и того же метода испытаний
• Поверхности разрушения следует наблюдать при естественном освещении или стандартном источнике света
• В случае смешанных разрушений процент каждого режима должен быть подробно зафиксирован
• Для сравнения и оценки следует ссылаться на цветные фотографии в приложении к стандарту

---

Применение в инженерии и исследование случая

Пример применения в автомобильной промышленности

При склеивании автомобильных компонентов SMC типичное распределение видов разрушения следующее: разрушение из-за разрыва волокон (FT) составляет 40%, незначительный разрыв волокон (LFT) составляет 35% и смешанное разрушение составляет 25%. Такое распределение указывает на то, что прочность связи выше прочности матрицы, что является идеальным проектным состоянием.

Применение в аэрокосмической промышленности

Соединения из стеклопластика в аэрокосмической промышленности требуют повышенной надежности и обычно развивают когезионное разрушение (COH), которое указывает на полное использование адгезионной прочности. Адгезионный разрыв (ADH) часто требует переоценки процесса обработки поверхности.

---

Рекомендации по внедрению стандарта и передовой опыт

На основе инженерной практики настоящего стандарта предлагаются следующие рекомендации по внедрению:

Этап применения	Точки внедрения	Цели качества	Требования к записи
Разработка материала	Установление базовых данных по видам отказов	В основном достижение когезионного отказа	Полная запись процента каждого вида
Проверка процесса	Мониторинг стабильности вида отказов	Колебание распределения видов <15%	Статистические карты контроля процесса
Контроль качества	Регулярный выборочный контроль	Устранение видов отказа адгезии	Цифровая запись изображения
Анализ отказов	Анализ первопричин видов отказа	Выявление систематических отклонений	Сравнение с историческими данными

Компаниям рекомендуется создать цифровую базу данных видов отказа для сбора данных о видах отказа для различных комбинаций материалов и параметров процесса, обеспечивая информационную поддержку для проектирования продукта и оптимизации процесса. Кроме того, инспекторам следует регулярно проходить стандартное обучение для обеспечения последовательности и точности суждений.

---

Ограничения стандарта и перспективы будущего развития

Важно отметить, что настоящий стандарт явно не рассматривает: ① описание видов отказов при использовании связующих агентов; ② определение приемлемости какого-либо конкретного вида отказа; или ③ подробный анализ под микроскопом. Эти ограничения задают направление для будущего развития стандарта.

С развитием современных композитных материалов и новых технологий склеивания будущие стандарты могут потребовать: расширения на новые системы материалов, такие как пластики, армированные углеродным волокном (CFRP); внедрения технологии цифрового анализа изображений для повышения точности суждений; и установления количественных корреляционных моделей с механическими свойствами.

ASTM D5573-99 (2019), как основополагающий стандарт для анализа отказов клеевых соединений FRP, предоставляет отрасли единый технический язык и основу для суждений, играя важную роль в повышении качества и надежности продукции.