CN109632897A - 一种导电纤维丝束的损伤检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导电纤维丝束的损伤检测方法，包括如下步骤：测量预设长度的基准导电纤维丝束的电阻值作为基准阻值；基准导电纤维丝束是指未损伤的导电纤维丝束；测量预设长度的待检测导电纤维丝束的阻值作为待测阻值；基准导电纤维丝束与待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度均相同；计算待测阻值相对于基准阻值的变化率，根据变化率确定待检测导电纤维丝束的损伤程度。通过计算待测阻值相对于基准阻值的变化率，能够确定待检测导电纤维丝束的损伤程度，使用户能够根据基于电阻变化率表征的待检测导电纤维丝束的损伤程度阻止损伤程度较高的导电纤维丝束进入后续生产流程，防止后续流程制备的复合材料出现损伤率较高，无法使用的问题。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其涉及到一种导电纤维丝束的损伤检测方法。
背景技术
导电纤维主要指在聚合物中混入导电介质所纺制成的化学纤维或金属纤维、碳纤维等，将导电纤维丝束制备成预制体后，与树脂基复合得到的复合材料具有良好的加工性能和力学表征，特别是碳纤维树脂基复合材料，具有比强度高、可设计性强、抗疲劳性好、电磁性能优、耐腐蚀性好等优点，在航空航天、建筑工业、文化体育等领域均有广泛的应用。
由于用以制备预制体的导电纤维束本身存在损伤，或者部分导电纤维束会在预制体成型过程中，与成型设备进行接触摩擦后起毛断裂等原因，使基于导电纤维束制备的复合材料存在损伤，强度减弱。为了防止损伤率超出安全阈值的复合材料进入生产制造过程中，使基于复合材料生产制造的产品出现质量问题，造成安全事故，一般会预先对复合材料的损伤程度进行检测和评价，并淘汰损伤率超出安全阈值的复合材料。现有技术中，一般通过获取复合材料的电阻变化反映复合材料的损伤率。
但是，由于复合材料的损伤很可能主要是由其中的部分导电纤维丝束损伤造成的，因此，若在复合材料制备完成后才对复合材料进行损伤检测和评价，则在淘汰的损伤率超出安全阈值的复合材料中，大部分未损伤导电纤维束也会被淘汰，浪费了生产资源，提高了生产成本。因此，需要提供一种对导电纤维丝束的损伤进行检测的方法，防止有损伤或者损伤程度较高的导电纤维丝束进入后续生产流程，造成制备的复合材料的损伤率较高，无法使用的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种对导电纤维丝束的损伤进行检测的方法，防止有损伤或者损伤程度较高的导电纤维丝束进入后续生产流程，造成制备的复合材料的损伤率较高，无法使用的问题。
为此，本发明提供了一种导电纤维丝束的损伤检测方法，包括如下步骤：测量预设长度的基准导电纤维丝束的电阻值作为基准阻值；基准导电纤维丝束是指未损伤的导电纤维丝束；测量预设长度的待检测导电纤维丝束的阻值作为待测阻值；基准导电纤维丝束与待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度均相同；计算待测阻值相对于基准阻值的变化率，根据变化率确定待检测导电纤维丝束的损伤程度。
可选地，测量预设长度的基准导电纤维丝束的电阻值作为基准阻值，包括如下步骤：将基准导电纤维丝束夹持于电桥夹具上，电桥夹具两端的电压夹头之间的距离等于预设长度；将电阻测量仪与电桥夹具相连接，测量基准导电纤维丝束的电阻值。
可选地，使用涂敷有绝缘层的铜芯导线将电阻测量仪与电桥夹具相连接。
可选地，对预设长度的基准导电纤维丝束进行多次电阻测量得到多个电阻值，并计算电阻值的平均值作为基准阻值。
可选地，对预设长度的待检测导电纤维丝束进行多次电阻测量得到多个电阻值，并计算电阻值的平均值作为待测阻值。
可选地，导电纤维丝束为化学纤维丝束、金属纤维丝束或者碳纤维丝束中的一种。
可选地，预设长度为500mm-2000mm。
可选地，预设长度为1000mm。
可选地，根据变化率确定待检测导电纤维丝束的损伤程度，包括：将变化率作为待检测导电纤维丝束的损伤率。
可选地，当基准导电纤维丝束和待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度相同，基准导电纤维丝束和待检测导电纤维丝束的截面积不同时，待测阻值相对于基准阻值的变化率的计算公式为：
其中，是指截面积为S1的待检测导电纤维丝束的待测阻值，是指截面积为S2的基准导电纤维丝束的基准阻值，TexS1是指截面积为S1的基准导电纤维丝束的线密度，TexS2是指截面积为S2的基准导电纤维丝束的线密度。
本发明实施例提供的技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的导电纤维丝束的损伤检测方法，包括如下步骤：测量预设长度的基准导电纤维丝束的电阻值作为基准阻值；基准导电纤维丝束是指未损伤的导电纤维丝束；测量预设长度的待检测导电纤维丝束的阻值作为待测阻值；基准导电纤维丝束与待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度均相同；计算待测阻值相对于基准阻值的变化率，根据变化率确定待检测导电纤维丝束的损伤程度。由于导电纤维丝束具有当受到损伤时电阻增大，并且损伤程度越大，电阻增加量越大的特性，因此，通过测量未损伤的基准导电纤维丝束的电阻值作为基准阻值，再测量得到与基准导电纤维丝束长度、单丝的电阻率和体积密度均相同的待检测导电纤维丝束的电阻值作为待测阻值，并计算待测阻值相对于基准阻值的变化率，能够确定待检测导电纤维丝束的损伤程度，使用户能够获取基于电阻变化率表征的待检测导电纤维丝束的损伤程度信息，并根据该信息阻止有损伤或者损伤程度较高的导电纤维丝束进入后续生产流程，从而，能够降低使用该导电纤维丝束制备的复合材料的损伤率，提高成品率。
此外，由于用以制备导电纤维丝束的单根导电纤维原丝一般为无损伤原丝，导电纤维丝束的损伤大多为丝束生产制备的过程中造成的，而在生产设备正常、操作符合规范的情况下，不应当出现导电纤维丝束大规模、高程度损伤的问题，因此，基于待测阻值相对于基准阻值的变化率表征的待检测导电纤维的损伤程度，还能够使用户及时发现大规模、高程度损伤问题，从而及时发现导电纤维丝束的生产设备异常或者设备操作不符合规范的问题，防止持续生产大规模、高程度损伤的导电纤维丝束。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1提供的一种导电纤维丝束的损伤检测方法的方法流程图；
图2为实施例1中的电桥夹具的结构示意图；
附图标记说明：
1-第一夹头；2-第二夹头；3-第三夹头；4-第四夹头；5-底座。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
本实施例提供了一种导电纤维丝束的损伤检测方法，如图1所示。需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。该流程包括如下步骤：
步骤S100，测量预设长度的基准导电纤维丝束的电阻值作为基准阻值。在本实施例中，基准导电纤维丝束是指未损伤的导电纤维丝束，具体地，导电纤维丝束可以为化学纤维丝束、金属纤维丝束或者碳纤维丝束等。
在具体实施例中，为了提高测量精度，防止由于预设长度的基准导电纤维丝束的电阻值过小导致测量误差较大，基准导电纤维丝束的预设长度根据单位长度的基准导电纤维丝束的电阻进行确定，当单位长度的基准导电纤维丝束的电阻较小时，增大预设长度，当单位长度的基准导电纤维丝束的电阻较大时，则可以适当减小预设长度，当然，用户也可以根据用以测量基准导电纤维丝束的测量仪器的测量范围等参数，或者根据实际应用场景的需要进行调整。具体地，以导电纤维丝束为碳纤维丝束为例，预设长度设置为1000mm，在其他可选的实施方式中，也可以根据待测导电纤维丝束的长度以及材料，将预设长度设置为500-2000mm中的所需的长度，如选择500mm、800mm、1200mm、1500mm、2000mm等。
在具体实施例中，步骤S100包括如下步骤：
步骤S110，将基准导电纤维丝束夹持于电桥夹具上，电桥夹具两端的电压夹头之间的距离等于预设长度。
在本实施例中，如图2所示，电桥夹具为四接头电桥夹具，电桥夹具的第一夹头1和第四夹头4为电流夹头，第二夹头2和第三夹头3为电压夹头，因此，首先需要调整电桥夹具的第二夹头2和第三夹头3，使两者之间的距离等于预设长度，此外，为了防止基准导电纤维丝束被夹持在电桥夹具上后，两端垂落接触电桥夹具的底座2或者工作台，导致电阻测量结果出现误差，将基准导电纤维丝束的长度裁剪为仅略长于两电流夹头之间的距离。
步骤S120，将电阻测量仪与电桥夹具相连接，测量基准导电纤维丝束的电阻值。在本实施例中，电阻测量仪和电桥夹具之间的连接导线优选为涂敷有绝缘层的铜芯导线，并且连接导线在不妨碍测试的前提下最短。在本实施例中，电阻测量仪的测量量程优选为能够测量基准导电纤维丝束的电阻值的最小量程。
在本实施例中，为了提高测量得到的基准阻值的准确性，对上述选定的预设长度的基准导电纤维丝束进行多次电阻测量得到多个电阻值，还可以选择多个位置的预设长度的基准导电纤维丝束进行测量，以确保得到阻值的准确性，并计算该电阻值的平均值作为基准阻值。优选地，对基准导电纤维丝束进行至少三次电阻测量。
步骤S200，测量预设长度的待检测导电纤维丝束的阻值作为待测阻值。在本实施例中，基准导电纤维丝束与待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度均相同。由于只有待检测导电纤维丝束的电阻相对于与其对应的(单丝的电阻率、体积密度相同，并且丝束的截面积也相同的)未损伤导电纤维丝束的电阻的变化率，才能表征待检测导电纤维丝束的损伤程度，但是，当测量得到基准电阻的基准导电纤维丝束与待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度相同，丝束的截面积不同时，可以先通过基础公式计算得到待检测导电纤维丝束对应的未损伤导电纤维丝束的电阻，再计算得到待检测导电纤维丝束的电阻相对于与其对应的未损伤导电纤维丝束的电阻的变化率，因此，需要选择与待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度均相同的基准导电纤维丝束，这样才能保证测量的准确性。
在具体实施例中，步骤S200具体执行步骤与步骤S100相同，即包括如下步骤：
步骤S210，将待检测导电纤维丝束夹持于电桥夹具上，电桥夹具两端的电压夹头之间的距离等于预设长度。
步骤S220，将电阻测量仪与电桥夹具相连接，测量基准导电纤维丝束的电阻值。在本实施例中，电阻测量仪的测量量程优选为能够测量待检测导电纤维丝束的电阻值的最小量程。
在本实施例中，为了提高测量得到的待测阻值的准确性，同样对待导电纤维丝束进行多次电阻测量得到多个电阻值，并计算该电阻值的平均值作为待测阻值。优选地，对基准导电纤维丝束进行至少三次电阻测量。
步骤S300，计算待测阻值相对于基准阻值的变化率，根据变化率确定待检测导电纤维丝束的损伤程度。在本实施例中，待测阻值相对于基准阻值的变化率越大，待检测导电纤维丝束的损伤程度越大，在具体实施例中，可以直接将待测阻值相对于基准阻值的变化率作为待检测导电纤维丝束的损伤率，当然，也可以将变化率与一预设比例系数的乘积作为待检测导电纤维丝束的损伤率，该预设比例系数可以根据实际应用场景的情况进行具体设置，在此不做任何限制。
在本实施例中，当不仅基准导电纤维丝束和待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度相同，而且，基准导电纤维丝束和待检测导电纤维丝束的截面积也相同时，通过公式(1)计算待测阻值相对于基准阻值的变化率：
其中，R准是指基准阻值，R测是指待测阻值。
当基准导电纤维丝束和待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度相同，基准导电纤维丝束和待检测导电纤维丝束的截面积不同时，通过下述公式(2)计算待测阻值相对于基准阻值的变化率：
其中，是指截面积为S1的待检测导电纤维丝束的待测阻值，是指截面积为S2的基准导电纤维丝束的基准阻值，TexS1是指截面积为S1的基准导电纤维丝束的线密度，TexS2是指截面积为S2的基准导电纤维丝束的线密度。公式(2)为基于公式(1)推导得到，具体的推导过程为：
首先，列举基础公式如下：
V＝S×L (23)，
其中，Tex是指导电纤维丝束的线密度，G是指导电纤维丝束的重量，L是指导电纤维的长度，ρ1是指导电纤维丝束的体积密度，V是指导电纤维丝束的体积，S是指导电纤维丝束的截面积，R是指导电纤维丝束的电阻，ρ2是指导电纤维丝束的电阻率。
由公式(21)和公式(22)可得：
由公式(23)和公式(25)可得：
由公式(24)和公式(26)可得：
由于待检测导电纤维丝束与基准导电纤维丝束的长度均为预设长度(即L相同)，并且基于待检测导电纤维丝束与基准导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度相同，可以认为由单丝组成的待检测导电纤维丝束与基准导电纤维丝束的电阻率相同(即ρ2相同)，体积密度相同(即ρ1相同)，因此，可以得到：
其中，是指截面积为S1的基准导电纤维丝束的阻值。
因此，基于公式(1)和公式(28)，可以得到公式(2)。
此外，当截面积为S1的待检测导电纤维丝束和截面积为S2的基准导电纤维丝束中单丝的截面积也相同时，根据公式(26)可以得到：
其中，k1是指截面积为S1的导电纤维丝束中的单丝数目，k2是指截面积为S2的导电纤维丝束中的单丝数目，S是指单丝的截面积。
因此，当截面积为S1的待检测导电纤维丝束和截面积为S2的基准导电纤维丝束中单丝的截面积也相同时，还可以使用公式(2)的变形公式进行待测阻值相对于基准阻值的变化率的计算。
由于导电纤维丝束具有当受到损伤时电阻增大，并且损伤程度越大，电阻增加量越大的特性，因此，本实施例提供的导电纤维丝束的损伤检测方法，通过测量未损伤的基准导电纤维丝束的电阻值作为基准阻值，再测量得到与基准导电纤维丝束长度、单丝的电阻率和体积密度均相同的待检测导电纤维丝束的电阻值作为待测阻值，并计算待测阻值相对于基准阻值的变化率，能够确定待检测导电纤维丝束的损伤程度，使用户能够获取基于电阻变化率表征的待检测导电纤维丝束的损伤程度信息，并根据该信息阻止有损伤或者损伤程度较高的导电纤维丝束进入后续生产流程，从而，能够降低使用该导电纤维丝束制备的复合材料的损伤率，提高成品率。
此外，由于用以制备导电纤维丝束的单根导电纤维原丝一般为无损伤原丝，导电纤维丝束的损伤大多为丝束生产制备的过程中造成的，而在生产设备正常、操作符合规范的情况下，不应当出现导电纤维丝束大规模、高程度损伤的问题，因此，基于待测阻值相对于基准阻值的变化率表征的待检测导电纤维的损伤程度，还能够使用户及时发现大规模、高程度损伤问题，从而及时发现导电纤维丝束的生产设备异常或者设备操作不符合规范的问题，防止持续生产大规模、高程度损伤的导电纤维丝束。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种导电纤维丝束的损伤检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
测量预设长度的基准导电纤维丝束的电阻值作为基准阻值；所述基准导电纤维丝束是指未损伤的导电纤维丝束；
测量所述预设长度的待检测导电纤维丝束的阻值作为待测阻值；所述基准导电纤维丝束与所述待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度均相同；
计算所述待测阻值相对于所述基准阻值的变化率，根据所述变化率确定所述待检测导电纤维丝束的损伤程度。
2.根据权利要求1所述的导电纤维丝束的损伤检测方法，其特征在于，测量预设长度的基准导电纤维丝束的电阻值作为基准阻值，包括如下步骤：
将所述基准导电纤维丝束夹持于电桥夹具上，所述电桥夹具两端的电压夹头之间的距离等于所述预设长度；
将电阻测量仪与所述电桥夹具相连接，测量所述基准导电纤维丝束的电阻值。
3.根据权利要求2所述的导电纤维丝束的损伤检测方法，其特征在于，使用涂敷有绝缘层的铜芯导线将所述电阻测量仪与所述电桥夹具相连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的导电纤维丝束的损伤检测方法，其特征在于，对所述预设长度的基准导电纤维丝束进行多次电阻测量得到多个电阻值，并计算所述电阻值的平均值作为所述基准阻值。
5.根据权利要求1-3任一项所述的导电纤维丝束的损伤检测方法，其特征在于，对所述预设长度的待检测导电纤维丝束进行多次电阻测量得到多个电阻值，并计算所述电阻值的平均值作为所述待测阻值。
6.根据权利要求1-5任一项所述的导电纤维丝束的损伤检测方法，其特征在于，所述导电纤维丝束为化学纤维丝束、金属纤维丝束或者碳纤维丝束中的一种。
7.根据权利要求6所述的导电纤维丝束的损伤检测方法，其特征在于，所述预设长度为500mm-2000mm。
8.根据权利要求6所述的导电纤维丝束的损伤检测方法，其特征在于，所述预设长度为1000mm。
9.根据权利要求1所述的导电纤维丝束的损伤检测方法，其特征在于，所述根据所述变化率确定所述待检测导电纤维丝束的损伤程度，包括：
将所述变化率作为所述待检测导电纤维丝束的损伤率。
10.根据权利要求1所述的导电纤维丝束的损伤检测方法，其特征在于，当所述基准导电纤维丝束和所述待检测导电纤维丝束中单丝的电阻率和体积密度相同，所述基准导电纤维丝束和所述待检测导电纤维丝束的截面积不同时，所述待测阻值相对于所述基准阻值的变化率的计算公式为：
其中，是指截面积为S1的待检测导电纤维丝束的待测阻值，是指截面积为S2的基准导电纤维丝束的基准阻值，TexS1是指截面积为S1的基准导电纤维丝束的线密度，TexS2是指截面积为S2的基准导电纤维丝束的线密度。
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