碳纖維復(fù)絲拉伸性能檢驗(yàn)方法

1、碳纖維復(fù)絲拉伸性能檢驗(yàn)方法中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33621982碳纖維復(fù)絲拉伸性能檢驗(yàn)方法本方法適用于將碳纖維復(fù)絲浸膠后測定其拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量和斷裂伸長率。 1 試樣 1.1 試樣形狀及尺寸 測定碳纖維復(fù)絲拉伸能用的試樣形狀及尺寸如圖1所示。 1.2 試樣制備 試樣由碳纖維復(fù)絲浸漬環(huán)氧基樹脂膠液制成。供參考的膠液配方見附錄A。 碳纖維復(fù)絲在浸膠前應(yīng)預(yù)先在31規(guī)定的條件下至少放置24h。 纖維復(fù)絲可用手工或機(jī)器法浸膠。手工浸膠法參考附錄B。 試樣按圖1要求的尺寸，在兩端用0204mm厚的紙片膠固?？捎萌魏问覝毓袒?的膠粘劑。 1.3 試樣外觀和含膠量 試樣應(yīng)浸膠均勻，光滑，平直，

2、無缺陷。 由復(fù)絲浸膠制成的試樣，含膠量應(yīng)控制在35%50%的范圍內(nèi)。 2 試驗(yàn)設(shè)備 2.1 采用無慣性拉力機(jī)。載荷相對誤差不超過±1%。備有自動(dòng)記錄負(fù)荷-變形曲線的裝置 。記錄儀裝置走紙速度誤差不超過±1%。 3 試驗(yàn)條件 3.1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件，溫度為23±2，空氣相對濕度為50±5%。 3.2 在其他條件下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將試驗(yàn)環(huán)境溫度和空氣相對濕度在試驗(yàn)報(bào)告中注明。 4 試驗(yàn)步驟 4.1 檢查試樣外觀。測量試樣標(biāo)距，精確到05mm。 4.2 調(diào)整試驗(yàn)機(jī)惡化頭移動(dòng)速度，可在120mm/min范圍內(nèi)任選一檔速度。 4.3 調(diào)整記錄儀走紙速度，使其不小于

3、夾具移動(dòng)速度的40倍。 4.4 裝夾試樣，要求復(fù)絲和上下夾具的加載軸線相重合。 5 試驗(yàn)結(jié)果及計(jì)算 5.1 試樣數(shù)目 每組試驗(yàn)測10個(gè)試樣。如試樣斷在夾具處，該試樣試驗(yàn)結(jié)果無效。每組試驗(yàn)有效試樣應(yīng) 不少于6個(gè)。有效試樣不足6個(gè)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。 5.2 拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量和斷裂伸長率的計(jì)算 從負(fù)荷-變形曲線計(jì)算拉伸強(qiáng)度表觀拉伸彈性模量和斷襲伸長率。 P t=-(1) A 式中：t拉伸強(qiáng)度，kgf/cm2(MPa); P破壞載荷，kgf(N); A復(fù)絲截面積，mm2(m2)。 注：復(fù)絲截面積測定法見附錄C。 .2 表觀拉伸彈性模量Ea按式(2)計(jì)算： P L Ea=-×-(2)

4、A i 式中：Ea表觀拉伸彈性模量，kgf/mm2(MPa)； P由負(fù)荷-變形曲線初始直線段上截取的負(fù)荷值，kgf(N)； L試樣標(biāo)距，mm； i標(biāo)距內(nèi)對應(yīng)于P的變形增量，mm。 .3 斷裂伸長率(%)按式(3)計(jì)算： L =-×100(3) L 式中：斷裂伸長率，%； L表觀斷裂伸長，mm(見圖2)。 按附錄D“拉伸彈性模量修正計(jì)算方法”從表觀拉伸彈性模量Ea計(jì)算拉伸彈性模量E t。 5.3 算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差和離散系數(shù)的計(jì)算 根據(jù)需要計(jì)算每組試樣試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差和離散系數(shù)。 - 每組試樣試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值X按式(4)計(jì)算，取三位有效數(shù)字。 n Xi - i=1

5、X=-(4) n 式中：Xi單個(gè)有效試樣測得的值； n有效試樣個(gè)數(shù)。 每組試樣的標(biāo)準(zhǔn)誤差S按式(5)計(jì)算，取兩位有效數(shù)字。 n - (Xi-X)2 i=1 S=-(5) n-1 每組試樣的離散系數(shù)CV(%)按式(6)計(jì)算，取兩位有效數(shù)字。 S CV=-×100(6) X 6 試驗(yàn)報(bào)告 試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括下列內(nèi)容： a纖維生產(chǎn)廠名； b纖維類型和牌號(hào)； c試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)； d浸漬復(fù)絲用膠粘劑，浸膠方法和含膠量； e試驗(yàn)機(jī)型號(hào)和夾頭移動(dòng)速度； f試驗(yàn)環(huán)境條件； g試驗(yàn)結(jié)果，包括每組試樣的算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差和離散系數(shù)； h試驗(yàn)人員、試驗(yàn)日期及其他需要說明的情況。 附 錄 A (參考件) 浸漬碳

6、纖維復(fù)絲膠液推薦使用下列配方之一： A.1 648酚醛環(huán)氧樹脂每10g加三氟化硼-單乙胺固化劑03g，以丙酮作溶劑。晾干后，于1 70±2固化，時(shí)間不少于30min。 A.2 6101環(huán)氧樹脂每10g加三乙烯四胺固化劑1g，以丙酮作溶劑。晾干后，于120±2固化 ，時(shí)間不少于30min。 A.3 618環(huán)氧樹脂每10g加三乙烯四胺固化劑1g，以丙酮作溶劑。晾干后，于120±2固化 ，時(shí)間不少于30min。 附 錄 B 碳纖維復(fù)絲手工浸膠法 (參考件) B.1 剪取約500mm長的一根復(fù)絲，用手拿住兩端使其在浸膠槽內(nèi)勻速往返一次。 B.2 浸過膠的復(fù)絲放在框架上，加

7、一定的張力，使復(fù)絲橫向拉直繃緊在框架上，然后把框架 放在烘箱內(nèi)進(jìn)行固化。固化后從烘箱內(nèi)取出框架，按圖1尺寸剪下復(fù)絲。 附 錄 C 復(fù)絲截面積測定法 (參考件) C.1 方法原理 復(fù)絲截面積由復(fù)絲的線密除以纖維密度求得。 C.2 樣品準(zhǔn)備 測定纖維復(fù)絲線密度和纖維密度用的碳纖維樣品試驗(yàn)前應(yīng)在31規(guī)定的條件下至少放置2 4h。 C.3 復(fù)絲線密度的測定 C.3.1 把纖維復(fù)絲拉直，截取三根1米長的復(fù)絲，測量長度準(zhǔn)確到±05mm。 C.3.2 用萬分之一天平稱量樣品，準(zhǔn)確到01mg。取三根復(fù)絲樣品測量結(jié)果的算術(shù)平均值 ，作為復(fù)絲線密度(t)。 C.4 纖維密度的測定 測定碳纖維的密度，可用

8、浮沉法，也可用密度梯度法。 C.4.1 用浮沉法測碳纖維密度 C. 選擇適當(dāng)溶劑洗去復(fù)絲表面上的保護(hù)膠，干燥后取用。 C. 將化學(xué)純的正庚烷和二溴乙烷配成密度和所測纖維密度相近似的混合液，注入具 塞量筒內(nèi)。 C. 用剪刀將纖維復(fù)絲剪成051mm長的纖維末，放入具塞量筒內(nèi)的混合液中，用 玻璃棒攪拌，使纖維末分散在混合液中，蓋上磨口塞。將具塞量筒放在25±1的恒溫水浴 里(具塞量筒的塞及頸部要露出水面)。 C. 觀察混合液。如纖維末在混合液內(nèi)上浮或下沉，則需要相應(yīng)加入正庚烷或二溴乙 烷，以調(diào)節(jié)混合液密度，直至纖維末在混合液內(nèi)均勻分布。在25±1的水浴內(nèi)放置4h，如 纖維末在混合

9、液內(nèi)仍均勻分布，即可認(rèn)為混合液的密度與纖維的密度已經(jīng)相同。 C. 用比重計(jì)測量該溫度下混合液的密度，測得的混合液密度值即為纖維的密度值(d )。 C.4.2 用密度梯度管法測碳纖維密度 C. 密度梯度管的配制 將四氯化碳(密度1596g/cm3)與三溴甲烷(密度2890g/cm3)兩種液體，按比例配 制成密度不同的混合液體。重液和輕液可以是純的溶劑，也可以是兩種液體的混合液，按容 積法確定四氯化碳和三溴甲烷的體積，計(jì)算公式如下： d·V=A·a+B(V-a)(C1) 式中：d混合液的密度，gcm3； V混合液的體積，cm3； A重液的密度，gcm3； B輕液的密度，gcm3

10、； a重液的體積，cm3； (V-a)輕液的體積，cm3。 不同密度的混合液體，用精度為0001的比重計(jì)，檢查混合液的密度，如密度和所需密 度有偏差可補(bǔ)加輕液或重液，直至達(dá)到所要求的密度為止。然后由輕到重依次將各組分的混 合液，通過一個(gè)帶漏斗的直徑為081mm的毛細(xì)管加入帶刻度的有蓋梯度管中，梯度管見 圖C。當(dāng)最后一組混合液加完之后，輕輕取出毛細(xì)管，將梯度管蓋上蓋子，置于25±05 的恒溫水浴槽中，靜止24h，穩(wěn)定后即可使用。 C. 密度梯度管的校驗(yàn) 將特制標(biāo)準(zhǔn)密度小球45粒，由密度大到小依次扔入管中。經(jīng)平衡4h后，通過測高儀求 得各標(biāo)準(zhǔn)球的相對高度。借助已知標(biāo)準(zhǔn)球密度求得該梯度管高

11、度-密度曲線，在曲線中接近 直線部分的高度要不小于5cm，并且直線部分每厘米液柱高度的密度相差在0002g/cm3以 內(nèi)方可使用。 C. 試樣的準(zhǔn)備 先將纖維整理成束，然后抽出小束打成4只直徑約為05cm的圓形小圈，要求小圈表面 光滑沒有毛絲。對各種上膠纖維用適當(dāng)方法脫膠，一般用丙酮浸4h左右。在60烘箱中烘干 2h，然后在干燥器中冷卻05h。將干燥纖維浸沒在與纖維密度相近的混合液中，放在離心 機(jī)的試管里，以每分鐘2000轉(zhuǎn)的速度離心脫泡15min，排除纖維中的空氣。 C. 密度的測試 將離心脫泡后的纖維，迅速移入梯度管，平衡4h，用測高儀測出纖維球的高度以及與標(biāo) 準(zhǔn)球相對應(yīng)的高度。 C. 密度的計(jì)算 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)球的已知密度，用內(nèi)插法按相對高度比值求得纖維圈的密度值，計(jì)算公式如下 ： X-b dX=-(da-db)+db(C2) a-b 式中