聚合物基复合材料是由各种纤维和聚合物通过不同成型工艺组合而成的新型复合材料，其既保留了原组成材料的主要特点，又通过复合效应获得原组成材料不具备的性能。其中纤维主要起增强作用，聚合物树脂主要起连接纤维和传递载荷的作用，而纤维和聚合物树脂的界面是连接的纽带，也是载荷传递的桥梁，起着非常重要的作用。聚合物基复合材料的比刚度以及比强度较高，抗疲劳性能和耐腐蚀性能优异,且具有可设计性强、成型工艺简单、过载时安全性能好等优点。目前聚合物基复合材料已广泛应用于军事、航空航天、汽车、船舶、电子、无人机、机械、医疗、建筑以及运动器材等领域。

  复合材料力学性能测试是聚合物基复合材料产品研制与生产的重要组成部分，对其质量保证和产品验证起着重要作用。随着聚合物基复合材料的广泛使用，其力学性能测试变得越来越重要。研究人员对聚合物基复合材料重要的力学测试方法及对应的测试标准进行了论述，同时对聚合物基复合材料的界面力学性能表征方法及其研究进展进行了概括，最后对聚合物基复合材料力学性能测试及其界面的力学性能表征进了总结和展望。

  聚合物基复合材料的力学测试及其标准，在最开始制订的时候主要参考相应的金属力学性能测试，但最近几十年，随着人们对复合材料的特性和破坏机理的认识不断加深，聚合物基复合材料的力学测试方法及其标准的制订不断进展和完善。下面就聚合物基复合材料的力学性能测试方法及其标准进行介绍。

  拉伸性能是复合材料最基本的力学性能之一，反映了材料抵抗拉伸载荷破坏的能力，拉伸性能测试可以获得最大拉伸应力、断裂应变、拉伸模量以及泊松比等信息。常用的聚合物基复合材料拉伸性能测试标准有ASTM D3039/D3039M-17 《聚合物基复合材料拉伸性能标准试验方法》、ASTM D638-22《塑料拉伸性能标准测试方法》、ISO 527-4:2021《塑料拉伸性能的测定 第4部分:各向同性和正交异性纤维增强塑料复合材料的试验条件》、ISO 527-5:2021《塑料拉伸性能的测定 第5部分:单向纤维增强塑料复合材料的试验条件》等。ASTM D3039/D3039M-17一般用于高模量、高强度纤维增强聚合物基复合材料的拉伸性能的测定，而 ASTM D638-22适用于低模量、低强度纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能的测定。ISO527-4:2021和ISO 527-5:2021在技术上基本等同于 ASTM D638-22。此外，为了考察开孔以及螺钉装配后复合材料的拉伸性能,另有开孔拉伸标准 ASTM D5766/D5766-02a《聚合物基复合材料层压板开孔拉伸强度标准试验方法》和填孔拉伸标准 ASTM D6742/D6742M-02《聚合物基复合材料层压板充填孔拉伸和压缩标准试验方法》，除了制样过程外,这两种方法具体测试过程等同于 ASTM D3039/D3039M-17。

  不同于金属材料，复合材料是各向异性材料，其纤维铺层的方式和方向、裁样及制样的方式都对其拉伸性能影响很大。除此之外，拉力机及其同轴度、夹具、应变测量方式、试样形状及尺寸、状态调节与试验环境、试验速率等都会对复合材料的拉伸测试结果的准确性有较大的影响。在聚合物基复合材料拉伸性能测试过程中，需严格控制上述变量。

  压缩性能反映了复合材料承受压力和抵抗冲击的能力，压缩性能测试可以得到材料的压缩强度、弹性模量、屈服强度等参数。常见的聚合物基复合材料压缩性能测试有3种不同的加载方式，分别为端面加载、剪切加载以及混合加载(见图1)。端面加载常用的标准为 ASTM D695—2015 《硬质塑料压缩性能的标准试验方法》。剪切加载常用的标准为ASTM D3410/D3410M-03 《剪切荷载法测定带无支撑标准截面的聚合母体复合材料抗压特性的标准试验方法》和ISO14126:1999 《纤维增强塑料复合材料 平面方向压缩性的测定》。混合加载常用的标准为 ASTM D6641/D6641-16 《使用组合加载压缩(CLC)试验夹具测定聚合物基复合材料压缩性能的标准试验方法》以及ISO14126:1999。除此之外，考察复合材料开孔压缩性能的常用标准为ASTM D6484/D6484M-14《聚合物基复合材料层压板开孔抗压强度的标准试验方法》，考察螺钉装配后填孔压缩性能的常用标准为ASTM D6742/D6742M-02。

  聚合物基复合材料的各种压缩性能测试都是通过特定工装夹具实现的，因此夹具对复合材料的压缩性能测试至关重要。然而，各标准只是对夹具基本形状和尺寸进行了规定，具体夹具设计因生产厂家不同而有所区别。因此，需要选择质量合格的夹具，使其对试样进行均匀加载，以保证压缩性能测试结果的准确性。

  聚合物基复合材料的弯曲性能测试反映了材料在承受弯曲载荷下破坏或达规定挠度的过程，弯曲性能测试可得到弯曲强度、弯曲模量、规定挠度下的弯曲应力等参数。常用的试验方法为3点弯曲和4点弯曲试验。3点弯曲因压头处施加的应力最大，破坏一般发生在试样的中部，而4点弯曲因试样受力均匀，破坏一般发生在试样的缺陷处。3点弯曲试验的常用标准有ASTM D790-17《增强型和非增强型塑料和电绝缘材料曲挠性标准测试方法》、ISO 178:2019《塑料 弯曲性能的测定》以及ISO 14125:2011《纤维增强塑料复合材料的弯曲性能》等。4点弯曲试验的常用标准有 ASTM D7264-15 《树脂基复合材料弯曲性能测试标准方法 》、ASTM D6272-10《四点弯曲法测定非增强和增强塑料和电绝缘材料的挠性特性的标准试验方法》等。不同弯曲性能测试标准对试样尺寸、压头以及支座半径、跨度与厚度比等参数的要求不同因而测试结果不具有可比性。

  常用聚合物基复合材料剪切性能的测试方法主要有层间剪切测试、面内剪切测试、搭接剪切测试、V型缺口梁剪切试验以及V型缺口轨道剪切试验等。

  层间剪切测试主要考察复合材料层与层之间的最大剪切应力，被广泛用于评价复合材料纤维与树脂之间界面的结合强度。主要的测试方法为短梁剪切测试，对应的标准为 ASTM D2344/D2344M-16《聚合物基体复合材料及其层压件短梁强度的标准试验方法》以及ISO 14130:1997 《纤维增强塑料短梁法测定层间剪切强度》。由于加载处存在峰值应力，因此该方法并不能反映材料真正的剪切性能，测试结果为表观剪切应力，且该测试方法跨距与厚度比很小，受力远大于3点弯曲。

  面内剪切测试采用纤维方向和载荷呈±45°的拉伸或压缩性能测试，且适合剪切变形小于5%的情况，也较多地用于评价复合材料纤维与树脂之间的界面结合强度。常用标准为ASTM D3518/D3518M-13《±45℃层压板拉伸试验法测定聚合物基质合成材料平面内剪切应力反应性的标准试验方法》以及ISO 14129:1997《纤维增强塑料复合材料试验法测定平面剪应力/剪应变特性》，测试过程中的横纵向应变测试普遍采用的是应变片，导致测试结果准确性受人为因素的影响较大。

  搭接剪切测试主要用于确定两层合板之间的黏合剪切强度，测试结果为面内剪切强度。标准EN 2243-1:2005《航空航天系列 非金属材料 结构胶黏剂的试验方法第1部分：单面搭接剪切》以及ASTM D3846-08 《增强塑料的平面剪切强度的标准试验方法》内容为单边简单搭接和沟槽搭接测试，标准EN2243-6:2005 《航空和航天系列 非金属材料 结构胶粘剂的试验方法 第6部分:剪切应力和剪切应变量测定》以及ASTM D3528-96《采用拉向载荷测定双搭接剪切黏接接头强度特性的标准试验方法》内容为双边简单搭接和沟槽搭接测试。该类测试中的制样过程较复杂。

  V型缺口梁剪切试验通过特制夹具实现压缩加载的测试，常用测试标准为ASTM D5379/D5379M-19e1《用 V 形切口梁法测定复合材料剪切性能的标准试验方法》，通常用于高模量纤维或者织物的压缩剪切测试，在测试过程中，纤维应该平行或垂直于加载方向，应变片黏贴在剪切面45°方向上，因而应变片黏贴的方法和位置对测试结果影响较大。

  V型缺口轨道剪切试验的测试方法为通过特制夹具以及拉伸加载方式将剪切力传入试样，常用的测试标准为ASTM D7078/D7078M-20e1 《复合材料剪切性能试验方法》，纤维需要平行或者垂直加载方向，应变片黏贴在剪切面45°方向上。该方法的夹具安装过程较复杂，且应变片黏贴的方法和位置对测试结果影响较大。

  聚合物基复合材料层间结合性能较差，在受到冲击后，该材料容易出现基体开裂、纤维断裂、界面分层等问题。冲击性能测试方法包括简支梁冲击、悬臂梁冲击以及落锤冲击等。对于聚合物基复合材料来说，主要采用落锤冲击方法来表征其损伤阻抗。

  常用的聚合物基复合材料简支梁冲击性能测试标准有ASTM D6110-18 《测定塑料缺口试样夏氏冲击强度的标准试验方法》、ENISO179-1:2000《塑料 摆锤式冲击特性的测定 第1部分:非仪器冲击试验》以及GB/T 1043.1:2008《塑料 简支梁冲击性能的测定 第1部分:非仪器化冲击试验》等，悬臂梁冲击测试标准有ISO180:2023 《塑料 悬臂梁冲击强度的测定》、GB/T 1843—2008《塑料 悬臂梁冲击强度的测定》等，试样分为缺口试样和无缺口试样。

  聚合物基复合材料落锤冲击试验常用测试标准为ASTM D7136/D7136M-20 《用于测量纤维增强聚合物基质复合材料对跌落冲击事件的抗损伤性的标准测试方法》，采用带半球形冲击头的落锤，对试样施加恒定冲击载荷，从而得到试样的损伤尺寸和损伤形式，表征了试样的损伤阻抗能力。

  在航空、航天领域,通常用冲击后剩余压缩强度来表征聚合物基复合材料的损伤容限，因此冲击后压缩性能测试非常重要。常用的测试标准为ASTM D7137/D7137M-23 《损坏的聚合物基复合材料板的压缩残余强度特性的标准试验方法》，该方法采用特定工装对含预损伤的试样进行压缩性能测试，从而确定冲击所带来的压缩强度损失。试验机的同轴度、夹具的选择以及压盘的平行度都会对测试结果产生较大影响。

  层间断裂韧性是表征复合材料抗分层扩展能力的重要指标之一，断裂模式有I型(裂纹扩展)、II型(面内剪切)和Ⅲ型(面外剪切)，3种断裂模式如图2所示。

  测试单向纤维增强复合材料的I型层间断裂韧性的标准有ASTM D5528/D5528M-21 《单向纤维增强聚合物基复合材料的I型层间断裂韧性的标准试验方法》、ISO 15024:2023《纤维增强塑料复合材料 间接增强材料的模型I层间摩擦粗糙度的测定》，通过确定双悬臂梁试样的横梁位移，测得裂纹扩展长度。然而，很难同时获得准确的裂纹扩展长度以及对应的载荷和位移，因此人为因素对测试结果的影响很大，尤其是当裂纹扩展不稳定的时候。

  测试单向纤维增强复合材料的II型层间断裂韧性的标准有ASTM D7905/D7905M-19e1《单向纤维增强聚合物基体复合材料模式II层间断裂韧性的标准测试方法》以及ISO 15114:2014 《纤维增强塑料复合材料 采用校准端载荷分裂(C-ELS)试验和有效开裂长度法对单向增强材料模式II抗裂强度的测定》。ASTM D7905/D7905M-19e1采用端部缺口弯曲试样，测试方法为3点弯曲试样。ISO 15