CN103592187A - 碳纤维柔韧性的测试装置和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碳纤维柔韧性的测试装置和测试方法，该种碳纤维柔韧性的测试装置，包括全封闭的试验箱，所述试验箱设有用于校正待测碳纤维扭曲的砝码，在所述试验箱的内部左侧设有试验平台，所述试验箱的内部右侧配有用于上下调节高度的标尺，所述标尺设有刻度尺；使用该种碳纤维柔韧性的测试装置对待测碳纤维进行多次测量后，测量的平均值为该锭碳纤维柔韧性的测试数据。该种碳纤维柔韧性的测试装置和测试方法，能够避免因不同测试人员目测或手感造成的误差，为碳纤维柔韧性的评价提供一个有效的测试方法。该种碳纤维柔韧性的测试装置和测试方法，能够定量测试碳纤维的柔韧性，为碳纤维的工艺适用性评价提供了确切的参考数据。

Description

碳纤维柔韧性的测试装置和测试方法

技术领域

   本发明涉及一种碳纤维柔韧性的测试装置和测试方法。

背景技术

    碳纤维作为先进复合材料的重要组成部分，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、低密度、导电效率高等突出的优异性能。因此，自上世纪六七十年代诞生以来，碳纤维增强树脂基复合材料就迅速在航空航天，大功率风力发电机械，建筑工业，汽车工业，体育用品，导体材料，海洋耐腐蚀材料等领域得到了广泛的应用并呈现出逐年递涨的趋势，并且随着碳纤维生产工艺的不断优化以及生产成本的不断降低，越来越多的碳纤维复合材料将走进普通民众的家庭，市场应用前景广阔。

    在一般市售的碳纤维产品中，碳纤维的模量一般都在220GPa以上，也就意味着碳纤维是一种脆性材料。这势必会给后续的深加工带来诸多不良的影响，如分散、开叉、毛丝、毛团、断丝等。所以，在碳纤维表面涂覆一层作为保护层的上浆剂就显得尤为必要，上浆剂可以大大降低碳纤维深加工过程中的各种不利影响，一款优良的上浆剂有助于改善碳纤维的集束性、开纤扩幅性、柔韧性（硬挺度）等，同时可以大大降低深加工过程中的毛丝、毛团、断丝等，从而保证碳纤维性能的充分发挥，最终提高复合材料的整体性能。

    对碳纤维工艺性能的评价一直以来都是一个不小的难题，诸如集束性、开纤扩幅性、表面毛丝量、柔韧性（硬挺度）以及上浆剂含量等，现在比较普遍的做法是由经验相对丰富的技术工人根据外观和手感做出定性的评价结论。事实上，这样的评价结论往往带有一定的主观意识，得不到大多数人的认可。为此，有的碳纤维研究和生产单位提出了一些碳纤维工艺性能评价、测试方法，如中国专利CN 102304843 A公开了一种碳纤维丝束起毛量测试装置和测试方法，可以定量检测并准确测定碳纤维丝束的起毛量，从而提高碳纤维制件的质量稳定性。另一篇中国专利CN 102735571 A公开了一种测定碳纤维上浆剂含量的方法，可以快速测定碳纤维表面上浆剂含量。但实践证明，仅评价碳纤维丝束的起毛量和上浆剂含量是不够的，碳纤维的柔韧性（硬挺度）也是碳纤维性能否充分发挥的一个至关重要的影响因素，如果碳纤维太软，可能会出现集束性差、毛丝量多，反之，则开纤扩幅性差、深加工困难、与基体树脂的浸润性差。

    上述问题是在碳纤维工艺性能的评价过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维柔韧性的测试装置和测试方法解决现有技术中存在碳纤维工艺性能的评价结论往往带有一定的主观意识，得不到大多数人的认可，以及由于碳纤维的柔韧性也是碳纤维性能否充分发挥的一个至关重要的影响因素，仅评价碳纤维丝束的起毛量和上浆剂含量是不能得出较准确结论的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种碳纤维柔韧性的测试装置，包括全封闭的试验箱，所述试验箱设有推拉门，所述试验箱的侧壁采用无色透明塑料板，所述试验箱的底面设有承重钢板，在试验箱的顶部设有承重120g以上的弹簧夹一，所述试验箱设有用于校正待测碳纤维扭曲的砝码，所述砝码设有弹簧夹二，在所述试验箱的内部左侧设有试验平台，所述试验平台设有用于固定待测碳纤维的固定胶带，所述试验箱的内部右侧配有用于上下调节高度的标尺，所述标尺设有刻度尺，所述标尺的高度由无极变速的电动机调节，所述标尺的最高点与平台的最高面平齐，所述试验箱的底部设有水平调节旋钮，所述试验箱的左侧外部设有用于调节电动机转速的变速旋钮。

优选地，所述试验箱的长×宽×高分别为800mm×400mm×600mm。

优选地，所述试验箱的侧壁采用透明的聚乙烯或聚丙烯制成。

优选地，所述砝码与弹簧夹二的总质量为100±0.5g。

优选地，所述试验平台的长×宽×高分别为300mm×100mm×300mm，所述试验平台的材质为304型不锈钢，所述试验平台顶部要求抛光120目。

优选地，所述标尺的长×宽×高分别为300mm×20mm×10mm，所述标尺的材质为304型不锈钢，所述标尺的顶部要求抛光120目。

优选地，所述刻度尺的测试量程以试验平台的右侧边缘为0刻度，所述刻度尺的测试量程为300mm，所述刻度尺的测试精确度为1mm。

一种碳纤维柔韧性的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

A、调节试验箱内温度为25℃±3℃、相对湿度为50%±5%，并使用水平仪调节试验箱水平，打开试验箱的推拉门后，在上述环境中静置1小时以上；

B、选取定长应不低于10米的待测碳纤维，从中抽出一段待测碳纤维束丝，每隔2～5米剪取400mm长度的待测碳纤维，共取三段待测碳纤维；

C、关闭试验箱的推拉门，使用电动机将标尺向上移动到与试验平台平齐，并使用水平仪调节平齐；

D、将步骤B中剪切所得的一段待测碳纤维的上端用弹簧夹一固定，待测碳纤维的下端挂砝码后，关闭推拉门，静置30分钟，以校正碳纤维的扭曲；

E、 打开试验箱的推拉门，取下待测碳纤维下端的砝码，将校正后的待测碳纤维置于试验平台和标尺上，并使待测碳纤维在标尺上伸出试验平台为250mm±1mm，使用固定胶带将待测碳纤维固定在试验平台上，关闭试验箱的推拉门；

F、 使用变速旋钮调节标尺以移动速度为50～100mm/s向下移动，下降高度不低于250mm即可，静置180s；

G、使用变速旋钮调节标尺向上移动，标尺的移动速度由50～100mm/s调节至1～5mm/s，标尺的上升高度以标尺至碳纤维下端为宜，并在刻度尺上读取长度数值；

H、将步骤B中剪切所得的其余两段碳纤维依次按照步骤C-G的步骤测试柔韧性，将三次测试结果取平均值，所得平均值为该锭碳纤维柔韧性的测试数据。

本发明的有益效果是：本发明一种碳纤维柔韧性的测试装置和测试方法，能够避免因不同测试人员目测或手感造成的误差，为碳纤维柔韧性的评价提供一个有效的测试方法。在碳纤维工艺性能的评价中，碳纤维的柔韧性也是碳纤维性能否充分发挥的一个至关重要的影响因素，仅评价碳纤维丝束的起毛量和上浆剂含量是不能得出较准确结论。该种碳纤维柔韧性的测试装置和测试方法，能够定量测试碳纤维的柔韧性，为碳纤维的工艺适用性评价提供了确切的参考数据，从而解决了现有的碳纤维工艺性能的评价中仅评价碳纤维丝束的起毛量和上浆剂含量是不能得出较准确结论的问题。

附图说明

    图1是本发明实施例中使用砝码校正待测碳纤维扭曲时的结构示意图；

    图2是本发明实施例移动标尺检测待测碳纤维柔韧性时的结构示意图；

其中：1-试验箱，2-水平调节旋钮，3-推拉门，4-弹簧夹一，5-砝码，6-试验平台，7-标尺，8-刻度尺，9-变速旋钮，10-固定胶带，11-待测碳纤维。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

如图1和图2所示，本实施例提供一种碳纤维柔韧性的测试装置，包括全封闭的试验箱1，所述试验箱1设有推拉门3，所述试验箱1的侧壁采用无色透明塑料板，所述试验箱1的底面设有承重钢板，在试验箱1的顶部设有承重120g以上的弹簧夹一4，所述试验箱1设有用于校正待测碳纤维11扭曲的砝码5，所述砝码5设有弹簧夹二，在所述试验箱1的内部左侧设有试验平台6，所述试验平台6设有用于固定待测碳纤维11的固定胶带10，所述试验箱1的内部右侧配有用于上下调节高度的标尺7，所述标尺7设有刻度尺8，所述标尺7的高度由无极变速的电动机调节，所述标尺7的最高点与平台的最高面平齐，所述试验箱1的底部设有水平调节旋钮2，所述试验箱1的左侧外部设有用于调节电动机转速的变速旋钮9。

所述试验箱1的长×宽×高分别为800mm×400mm×600mm。所述试验箱1的侧壁采用透明的聚乙烯或聚丙烯制成。所述砝码5与弹簧夹二的总质量为100±0.5g。所述试验平台6的长×宽×高分别为300mm×100mm×300mm，所述试验平台6的材质为304型不锈钢，所述试验平台6顶部要求抛光120目。所述标尺7的长×宽×高分别为300mm×20mm×10mm，所述标尺7的材质为304型不锈钢，所述标尺7的顶部要求抛光120目。所述刻度尺8的测试量程以试验平台6的右侧边缘为0刻度，所述刻度尺8的测试量程为300mm，所述刻度尺8的测试精确度为1mm。

一种碳纤维柔韧性的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

A、调节试验箱1内温度为25℃±3℃、相对湿度为50%±5%，并使用水平仪调节试验箱1水平，打开试验箱1的推拉门3后，在上述环境中静置1小时以上；

B、选取定长应不低于10米的待测碳纤维11，从中抽出一段待测碳纤维11束丝，每隔2～5米剪取400mm长度的待测碳纤维11，共取三段待测碳纤维11；

C、关闭试验箱1的推拉门3，使用电动机将标尺7向上移动到与试验平台6平齐，并使用水平仪调节平齐；

D、将步骤B中剪切所得的一段待测碳纤维11的上端用弹簧夹一4固定，如图1所示，待测碳纤维11的下端挂砝码5后，关闭推拉门3，静置30分钟，以校正碳纤维的扭曲；

E、 打开试验箱1的推拉门3，取下待测碳纤维11下端的砝码5，将校正后的待测碳纤维11置于试验平台6和标尺7上，并使待测碳纤维11在标尺7上伸出试验平台6为250mm±1mm，使用固定胶带10将待测碳纤维11固定在试验平台6上，关闭试验箱1的推拉门3；

F、 如图2所示，使用变速旋钮9调节标尺7以移动速度为50～100mm/s向下移动，下降高度不低于250mm即可，静置180s；

G、使用变速旋钮9调节标尺7向上移动，标尺7的移动速度由50～100mm/s调节至1～5mm/s，标尺7的上升高度以标尺7至碳纤维下端为宜，并在刻度尺8上读取长度数值；

H、将步骤B中剪切所得的其余两段碳纤维依次按照步骤C-G的步骤测试柔韧性，将三次测试结果取平均值，所得平均值为该锭碳纤维柔韧性的测试数据。

 

实施例1

一种碳纤维柔韧性的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

A、调节试验箱1内温度为25℃±3℃、相对湿度为50%±5%，并使用水平仪调节试验箱1水平，打开试验箱1的推拉门3后，在上述环境中静置1小时以上；

B、选取定长应不低于5000米的HF20-3K-D1碳纤维为待测碳纤维11，从中抽出一段待测碳纤维11束丝，每隔2～5米剪取400mm长度的待测碳纤维11，共取三段待测碳纤维11；

C、关闭试验箱1的推拉门3，使用电动机将标尺7向上移动到与试验平台6平齐，并使用水平仪调节平齐；

D、将步骤B中剪切所得的一段待测碳纤维11的上端用弹簧夹一4固定，如图1所示，待测碳纤维11的下端挂砝码5后，关闭推拉门3，静置30分钟，以校正碳纤维的扭曲；

E、 打开试验箱1的推拉门3，取下待测碳纤维11下端的砝码5，将校正后的待测碳纤维11置于试验平台6和标尺7上，并使待测碳纤维11在标尺7上伸出试验平台6为250mm±1mm，使用固定胶带10将待测碳纤维11固定在试验平台6上，关闭试验箱1的推拉门3；

F、 如图2所示，使用变速旋钮9调节标尺7以移动速度为50mm/s向下移动，下降高度250mm，静置180s；

G、使用变速旋钮9调节标尺7向上移动，标尺7的移动速度由50mm/s调节至1～5mm/s，标尺7的上升高度以标尺7至碳纤维下端为宜，并在刻度尺8上读取长度数值63.4mm；

H、将步骤B中剪切所得的其余两段碳纤维依次按照步骤C-G的步骤测试柔韧性，其中第二次测试结果为65.2mm，第三次测试结果为64.4mm，取平均值测得该锭碳纤维的柔韧性（硬挺度）为64.3mm。

 

实施例2

一种碳纤维柔韧性的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

A、调节试验箱1内温度为25℃±3℃、相对湿度为50%±5%，并使用水平仪调节试验箱1水平，打开试验箱1的推拉门3后，在上述环境中静置1小时以上；

B、选取定长应不低于5000米的HF30-12K-A2碳纤维为待测碳纤维11，从中抽出一段待测碳纤维11束丝，每隔2～5米剪取400mm长度的待测碳纤维11，共取三段待测碳纤维11；

C、关闭试验箱1的推拉门3，使用电动机将标尺7向上移动到与试验平台6平齐，并使用水平仪调节平齐；

D、将步骤B中剪切所得的一段待测碳纤维11的上端用弹簧夹一4固定，如图1所示，待测碳纤维11的下端挂砝码5后，关闭推拉门3，静置30分钟，以校正碳纤维的扭曲；

E、 打开试验箱1的推拉门3，取下待测碳纤维11下端的砝码5，将校正后的待测碳纤维11置于试验平台6和标尺7上，并使待测碳纤维11在标尺7上伸出试验平台6为250mm±1mm，使用固定胶带10将待测碳纤维11固定在试验平台6上，关闭试验箱1的推拉门3；

F、 如图2所示，使用变速旋钮9调节标尺7以移动速度为50mm/s向下移动，下降高度250mm，静置180s；

G、使用变速旋钮9调节标尺7向上移动，标尺7的移动速度由50mm/s调节至1～5mm/s，标尺7的上升高度以标尺7至碳纤维下端为宜，并在刻度尺8上读取长度数值

53.7mm；

    H、将步骤B中剪切所得的其余两段碳纤维依次按照步骤C-G的步骤测试柔韧性，其中第二次测试结果为56.4mm，第三次测试结果为52.0mm，取平均值得该锭碳纤维的柔韧性为54.0mm。

 

实施例3

一种碳纤维柔韧性的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

A、调节试验箱1内温度为25℃±3℃、相对湿度为50%±5%，并使用水平仪调节试验箱1水平，打开试验箱1的推拉门3后，在上述环境中静置1小时以上；

B、选取定长应不低于5000米的HF40-6K-E2碳纤维为待测碳纤维11，从中抽出一段待测碳纤维11束丝，每隔2～5米剪取400mm长度的待测碳纤维11，共取三段待测碳纤维11；

C、关闭试验箱1的推拉门3，使用电动机将标尺7向上移动到与试验平台6平齐，并使用水平仪调节平齐；

D、将步骤B中剪切所得的一段待测碳纤维11的上端用弹簧夹一4固定，如图1所示，待测碳纤维11的下端挂砝码5后，关闭推拉门3，静置30分钟，以校正碳纤维的扭曲；

E、 打开试验箱1的推拉门3，取下待测碳纤维11下端的砝码5，将校正后的待测碳纤维11置于试验平台6和标尺7上，并使待测碳纤维11在标尺7上伸出试验平台6为250mm±1mm，使用固定胶带10将待测碳纤维11固定在试验平台6上，关闭试验箱1的推拉门3；

F、 如图2所示，使用变速旋钮9调节标尺7以移动速度为50mm/s向下移动，下降高度250mm，静置180s；

G、使用变速旋钮9调节标尺7向上移动，标尺7的移动速度由50mm/s调节至1～5mm/s，标尺7的上升高度以标尺7至碳纤维下端为宜，并在刻度尺8上读取长度数值

59.9mm；

    H、将步骤B中剪切所得的其余两段碳纤维依次按照步骤C-G的步骤测试柔韧性，其中第二次测试结果为57.2mm，第三次测试结果为58.5mm，取平均值得该锭碳纤维的柔韧性（硬挺度）为58.5mm。

Claims (8)

1.一种碳纤维柔韧性的测试装置，其特征在于：包括全封闭的试验箱（1），所述试验箱（1）设有推拉门（3），所述试验箱（1）的侧壁采用无色透明塑料板，所述试验箱（1）的底面设有承重钢板，在试验箱（1）的顶部设有承重120g以上的弹簧夹一（4），所述试验箱（1）设有用于校正待测碳纤维（11）扭曲的砝码（5），所述砝码（5）设有弹簧夹二，在所述试验箱（1）的内部左侧设有试验平台（6），所述试验平台（6）设有用于固定待测碳纤维（11）的固定胶带（10），所述试验箱（1）的内部右侧配有用于上下调节高度的标尺（7），所述标尺（7）设有刻度尺（8），所述标尺（7）的高度由无极变速的电动机调节，所述标尺（7）的最高点与平台的最高面平齐，所述试验箱（1）的底部设有水平调节旋钮（2），所述试验箱（1）的左侧外部设有用于调节电动机转速的变速旋钮（9）。

2.如权利要求1所述的碳纤维柔韧性的测试装置，其特征在于：所述试验箱（1）的长×宽×高分别为800mm×400mm×600mm。

3.如权利要求1所述的碳纤维柔韧性的测试装置，其特征在于：所述试验箱（1）的侧壁采用透明的聚乙烯或聚丙烯制成。

4.如权利要求1所述的碳纤维柔韧性的测试装置，其特征在于：所述砝码（5）与弹簧夹二的总质量为100±0.5g。

5.如权利要求1-4任一项所述的碳纤维柔韧性的测试装置，其特征在于：所述试验平台（6）的长×宽×高分别为300mm×100mm×300mm，所述试验平台（6）的材质为304型不锈钢，所述试验平台（6）顶部要求抛光120目。

6.如权利要求1-4任一项所述的碳纤维柔韧性的测试装置，其特征在于：所述标尺（7）的长×宽×高分别为300mm×20mm×10mm，所述标尺（7）的材质为304型不锈钢，所述标尺（7）的顶部要求抛光120目。

7.如权利要求1-4任一项所述的碳纤维柔韧性的测试装置，其特征在于：所述刻度尺（8）的测试量程以试验平台（6）的右侧边缘为0刻度，所述刻度尺（8）的测试量程为300mm，所述刻度尺（8）的测试精确度为1mm。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的碳纤维柔韧性的测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、调节试验箱（1）内温度为25℃±3℃、相对湿度为50%±5%，并使用水平仪调节试验箱（1）水平，打开试验箱（1）的推拉门（3）后，在上述环境中静置1小时以上；

B、选取定长应不低于10米的待测碳纤维（11），从中抽出一段待测碳纤维（11）束丝，每隔2～5米剪取400mm长度的待测碳纤维（11），共取三段待测碳纤维（11）；

C、关闭试验箱（1）的推拉门（3），使用电动机将标尺（7）向上移动到与试验平台（6）平齐，并使用水平仪调节平齐；

D、将步骤B中剪切所得的一段待测碳纤维（11）的上端用弹簧夹一（4）固定，待测碳纤维（11）的下端挂砝码（5）后，关闭推拉门（3），静置30分钟，以校正碳纤维的扭曲；

E、 打开试验箱（1）的推拉门（3），取下待测碳纤维（11）下端的砝码（5），将校正后的待测碳纤维（11）置于试验平台（6）和标尺（7）上，并使待测碳纤维（11）在标尺（7）上伸出试验平台（6）为250mm±1mm，使用固定胶带（10）将待测碳纤维（11）固定在试验平台（6）上，关闭试验箱（1）的推拉门（3）；

F、 使用变速旋钮（9）调节标尺（7）以移动速度为50～100mm/s向下移动，下降高度不低于250mm即可，静置180s；

G、使用变速旋钮（9）调节标尺（7）向上移动，标尺（7）的移动速度由50～100mm/s调节至1～5mm/s，标尺（7）的上升高度以标尺（7）至碳纤维下端为宜，并在刻度尺（8）上读取长度数值；

H、将步骤B中剪切所得的其余两段碳纤维依次按照步骤C-G的步骤测试柔韧性，将三次测试结果取平均值，所得平均值为该锭碳纤维柔韧性的测试数据。

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