CN104562697A

CN104562697A - 一种用于碳纤维束丝力学性能测试制样的胶液配方

Info

Publication number: CN104562697A
Application number: CN201310501551.1A
Authority: CN
Inventors: 宋铮; 王永梅; 韩风; 顾丹凤
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Petrochemical Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Petrochemical Co Ltd
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明属于碳纤维测试技术领域，具体为一种用于碳纤维束丝力学性能测试制样的胶液配方。配方中，各组分及含量按重量份数计为：环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮30～60份；最优选E51环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮49～30份或者E44环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮40～60份。本发明的胶液配方中，固化剂毒性低、丙酮用量少，制成的碳纤维棒具有柔韧性，可用于准确测试碳纤维束丝的力学性能值。

Description

一种用于碳纤维束丝力学性能测试制样的胶液配方

技术领域

本发明属于碳纤维测试技术领域，具体涉及一种用于碳纤维束丝力学性能测试制样的胶液配方。

背景技术

碳纤维是21世纪最具诱惑力的新型材料之一，现在市场上的碳纤维复丝根数有1K到24K不等，它具有质轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电、导热和远红外辐射等诸多优异性能。现已广泛应用于航天航空、纺织机械、石油化工、医药机械、建筑行业、文体用品、汽车、电信、电加热等高新技术领域。

1999年国际标准化组织（ISO）通过了碳纤维树脂浸渍纱线抗拉性能的测定束丝标准。当前，我国已有GB/T3362—2005碳纤维束丝拉伸性能的测试方法标准，即用固化剂（三乙烯四胺）复合固化环氧树脂和碳纤维束丝，制成碳纤维束丝和树脂复合的碳纤维棒，将碳纤维棒用作测试试样，反映碳纤维束丝的拉伸性能值。碳纤维棒的复合效果，直接影响碳纤维束丝拉伸性能的测试结果准确性。

目前国家推荐标准提供的环氧树脂（E44和E51）的固化剂只有三乙烯四胺，而且没有推荐合理的丙酮溶剂用量，现市场上普遍采用E51环氧树脂:三乙烯四胺:丙酮为10:1:（25～30）(质量比)的制样配方，用此配方制得的碳纤维复合棒，具有以下不足：

1、没有韧性，容易受外力影响而损伤碳纤维，从而影响碳纤维棒的拉伸性能测试正确性。没有韧性的原因是由于固化后树脂的断裂伸长率为0.1%～2.3%；

2、三乙烯四胺是一种低毒类的化学试剂，安全基本信息中显示：与皮肤接触是有害的，皮肤接触可能引起过敏；对水生生物有害，可能在水生环境中造成长期不利影响；蒸汽或雾对鼻、喉和呼吸道有刺激作用；吸入高浓度的三乙烯四胺可引起头痛、恶心、呕吐和昏迷；极高浓度的三乙烯四胺或长时间吸入可引起丧失意识，甚至死亡；其蒸汽、液体或雾对眼有强烈腐蚀作用，重者可致失明等特点；

3、这胶液配方中用到的丙酮计量大，而丙酮也具有对人体健康具有危害的特性，且其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸等危险性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种毒性低、丙酮用量少的用于碳纤维束丝力学性能测试的胶液配方。用本发明提供的胶液配方浸渍不同K数的碳纤维束丝可制成具有柔韧性的碳棒，进而准确测试出碳纤维束丝本身具有的拉伸性能的物理值。

本发明中提供的一种用于碳纤维束丝力学性能测试制样的胶液配方，各组分及含量按重量份数计为：环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮30～60份。

优选的胶液配方中，各组分及含量按重量份数计为：环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮30～60份；或者E51环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮30～49份。

应用上述配方测试制样时，浸渍温度为30～35℃。

本发明中提供的用于碳纤维束丝力学性能测试制样的胶液配方用如下方法制备：在碳纤维束丝浸渍前，用天平按次序称三种物料，根据浸渍碳纤维束丝量，先确定E44或E51环氧树脂的称量，称量精度掌握在0.1g，然后以E44或E51环氧树脂的量为基准，按本发明比例，依次称取TYPO-B固化剂和丙酮，再充分搅拌均匀。若用量多，则需要多次称量，防止因浸渍液的存放引起丙酮量的挥发，而降低碳纤维束丝与环氧树脂的固化复合效果。

本发明中引入了一种毒性低于三乙烯四胺的新型TYPO-B固化剂（菲尔新加坡公司生产），其为一种改性的胺类固化剂，将其用于配方，毒性较小，安全性较高，TYPO-B固化剂的安全基本信息上显示，对眼睛有一定伤害，建议现场有良好的通风。

与GB/T3362—2005的碳纤维拉伸性能测试方法中提供的制样方法中用到的丙酮量相比，本发明配方中丙酮量减少了近4倍，一方面明显降低了丙酮试剂量的使用，另一方面降低了对操作者的危害性。

总之，本发明的胶液配方进行碳纤维束丝拉伸性能测试制样，其降低了碳纤维束丝制棒的用料毒性，降低了丙酮试剂的使用量，增加了测试工作的安全性，增加了碳纤维束丝制样的可靠性，增加了碳纤维复合棒的韧性，保证了碳纤维束丝制样的有效性，使碳纤维束丝的力学性能测试结果有保障，更适合于批量生产的测试工作所需。

具体实施方式

本发明实施例中的用于碳纤维束丝力学性能测试制样的胶液配方用如下方法制备。

用天平按次序称三种物料，根据浸渍碳纤维束丝量，先确定E44或E51环氧树脂的称量，称量精度掌握在0.1g，然后以E44或E51环氧树脂的量为基准，按本发明比例，依次称取TYPO-B固化剂和丙酮，再充分搅拌均匀，得到配方。

本发明中碳纤维束丝的力学性能测试方法如下：

将搅拌好的胶液倒入浸渍槽内进行碳纤维束丝的浸渍；用固定的支架绕起浸渍后的碳纤维束丝，进行固化；将固化好的碳纤维复合棒，两端经点胶加固后，进行碳纤维束丝的力学性能的测试。

本发明中的胶液配方，制得的碳棒经过一段时间的存放，依旧可以保持其树脂与碳纤维复合的牢度和碳纤维束丝力学性能的稳定性

实施例中，主要原料来源如下。

E51和E44环氧树脂均购自无锡蓝星石化厂；

T700-12000-50SC东丽碳纤维束丝购自上海泰尼高工程材料科技有限公司；

SCF35-12k碳纤维束丝，自有，上海石化生产；

A35-6000碳纤维束丝购自上海泰尼高工程材料科技有限公司；

TYPO-B固化剂由菲尔新加坡公司生产。

实施例1

30～35℃温度下，对T700-12000-50SC东丽碳纤维束丝进行碳纤维束丝的力学性能测试,采用的胶液配方为：以重量份数计，E51环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮30～49份。测试结果如下：

断裂强度，4924MPa；模量值，230GPa；断裂伸长率，2.12%。

其测试结果和东丽公司提供的T700-12K-50SC的产品性能指标值相比，偏差较小，准确度高。T700-12K-50SC的性能指标值如表1所示。

表1 T700-12000-50SC东丽碳纤维束丝的性能指标值

实施例2

30～35℃温度下，对T700-12000-50SC东丽碳纤维束丝进行碳纤维束丝的力学性能测试,采用的胶液配方为：以重量份数计，E44环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮40～60份。测试结果如下：

断裂强度，4945MPa；模量值，231GPa；断裂伸长率，2.14%。

上述测试结果和东丽公司提供的T700-12000-50SC的产品性能指标值（表1）接近，准确度高。。

实施例3

30～35℃温度下，对SCF35-12k碳纤维束丝进行碳纤维束丝的力学性能测试,采用的胶液配方为：以重量份数计，E51环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮30～49份。测试结果为：

断裂强度，3761MPa；模量值，241GPa；断裂伸长率，1.6%。

同样方法下，利用国家推荐标准配方(E51)对SCF35-12k碳纤维束丝进行力学性能测试的结果为断裂强度，3758MPa；模量值，240GPa；断裂伸长率，1.6%。

经过数据比对，结果表明，采用本发明中提供的胶液配方结果准确度高。

实施例4

30～35℃温度下，对SCF35-12k碳纤维束丝进行碳纤维束丝的力学性能测试,采用的胶液配方为：以重量份数计，E44环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮40～60份。测试结果为：

断裂强度，3756MPa；模量值，241GPa；断裂伸长率，1.6%。

同样方法下，利用国家推荐标准配方(E44)对SCF35-12k碳纤维束丝进行力学性能测试的结果为断裂强度，3747MPa；模量值，240GPa；断裂伸长率，1.6%。

实施例5

30～35℃温度下，对A35-6000碳纤维束丝进行碳纤维束丝的力学性能测试,采用的胶液配方为：以重量份数计，E51环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮30～49份。测试结果为：

断裂强度，3552MPa；模量值，231GPa；断裂伸长率，1.5%。

同样方法下，利用国家推荐标准配方(E51)对A35-6000碳纤维束丝进行力学性能测试的结果为断裂强度，3544MPa；模量值，235GPa；断裂伸长率，1.5%。

实施例6

30～35℃温度下，对A35-6000碳纤维束丝进行碳纤维束丝的力学性能测试,采用的胶液配方为：以重量份数计，E44环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮40～60份。测试结果为：

断裂强度，3561MPa；模量值，236GPa；断裂伸长率，1.5%。

同样方法下，利用国家推荐标准配方(E44)对A35-6000碳纤维束丝进行力学性能测试的结果为断裂强度，3534MPa；模量值，235GPa；断裂伸长率，1.5%。

实施例7

30～35℃温度下，调配好配方胶液后，直接固化胶液，胶液配方为：以重量份数计，E51环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮30～49份。或以重量份数计，E44环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮40～60份。

测试结果为：拉伸强度，62.2MPa；拉伸模量，2882MPa；断裂伸长率，9.63%。

国标上提供的E51固化后的树脂的断裂伸长率为2.1%。

国标上提供的E44固化后的树脂的断裂伸长率为2.3%。

经过数据比对，结果表明，采用本发明中提供的固化剂，改善了固化后树脂的韧性。

Claims

1.根据权利要求1所述的胶液配方，其特征在于：各组分及含量按重量份数计为：环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮30～60份。

2.根据权利要求1所述的胶液配方，其特征在于：各组分及含量按重量份数计为：E51环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮30～49份。

3.根据权利要求1所述的胶液配方，其特征在于：各组分及含量按重量份数计为：E44环氧树脂100份，TYPO-B固化剂35份，丙酮40～60份。

4.根据权利要求1所述的胶液配方，其特征在于：应用该配方测试制样时，浸渍温度为30～35℃。