CN109682665B - 一种碳纤维复丝压缩强度制样及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料性能测试技术领域，具体涉及一种碳纤维复丝压缩强度制样及测试方法。本发明制备的碳纤维复丝棒外表平滑均匀，试样直径和树脂含量可设计，可用于多种类型碳纤维的压缩性能制样；压缩测试过程易于操作，压缩测试结果能客观评价纤维力学性能，离散值较小。本发明制样及测试方法在国产高性能碳纤维及其复合材料研制和生产中具有重要的推广应用前景。

Description

一种碳纤维复丝压缩强度制样及测试方法
技术领域
本发明属于材料性能测试技术领域，具体涉及一种碳纤维复丝压缩强度制样及测试方法。
背景技术
碳纤维复合材料因其密度低及模量强度高等优异特性在承载结构中得到广泛使用。客观准确测试碳纤维力学性能是质量评价中非常重要的内容，影响到碳纤维复合材料的设计与使用。
目前碳纤维力学性能评价以拉伸性能为主，工程应用通常采用碳纤维复丝拉伸的方法。国家标准GB/T3362-2005碳纤维复丝拉伸性能试验方法对待测碳纤维手动浸胶方法有较明确的规定和描述，即框架缠绕—手工浸胶—干燥固化—粘贴加强片，然后测试其拉伸强度和拉伸模量。而对于碳纤维的压缩性能，文献报道采用多单丝压缩测试方法，包括弹性环法、拉伸回弹法、直接测量法、弯曲梁法、单丝复合材料法等。这些方法因为制样困难或对设备精度要求高且测试值离散较大很难客观反映碳纤维压缩强度。而工程应用中一般采用碳纤维复合材料的压缩性能去间接分析，这种方式的制样周期很长，成本很高，测试结果受纤维、树脂和成型工艺等因素影响较大而较难分析，尤其不适于国产碳纤维研制阶段，因此有必要建立一种效率更高，能够直接客观反映碳纤维压缩强度的测试方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维复丝压缩强度制样及测试方法，该制样及测试方法可以快速制备得到压缩试样直径均匀，能有效解决碳纤维复丝压缩试样测试过程中失稳破坏、离散偏大等技术问题，测试结果稳定，适用于多种类型碳纤维。该复丝压缩制样及测试方法在国产碳纤维及其复合材料研制和生产中具有重要的推广应用前景。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种碳纤维复丝压缩强度测试试样，该试样包括碳纤维复丝、胶液和两片树脂加强片；
所述的胶液用于将碳纤维复丝制作成碳纤维棒；
碳纤维棒包括中间测试段和两端的夹持段；
两片树脂加强片用于对碳纤维棒的夹持段进行加强固定；使用树脂加强片进行加强固定后的夹持段分别标记为上夹持段和下夹持段。
所述的测试试样中间测试段的长度为1～3mm，碳纤维棒的直径为0.5～2mm。
所述的胶液的组成及质量含量为：
Figure BDA0001972447810000021
所述的基体树脂为邻苯二甲酸二缩水甘油酯、3,4-环氧环己烷羧酸甲酯、3,4-环氧环己基3’,4’-环氧环己基甲酸酯中的至少一种；所述的固化剂为四氢苯二甲酸酐、甲基六氢苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐中的至少一种；所述的促进剂为N,N-二甲基苄胺、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、2-乙基-4-甲基咪唑中的至少一种；所述的溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯中的至少一种。
所述的一种碳纤维复丝压缩强度测试试样，使用胶液将碳纤维复丝制作成碳纤维棒时使用的装置包括退绕辊轴、树脂胶槽、导向辊轴、空心圆柱、加热箱和牵引装置；
所述的树脂胶槽中用于盛放胶液；
所述的空心圆柱用于对浸胶后的碳纤维复丝进行塑形；
所述的导向辊轴包括五个辊轴，其中两个用于将碳纤维复丝压制到树脂胶槽中进行浸胶，另外三个用于改变浸胶后的碳纤维复丝的方向，使浸胶后的碳纤维复丝能够水平的进入到空心圆柱中；
所述的牵引装置用于对碳纤维复丝进行牵引。
所述的空心圆柱内径与碳纤维棒的直径相匹配。
使用胶液将碳纤维复丝制作成碳纤维棒的方法为：碳纤维复丝通过退绕辊轴退辊后进入到树脂胶槽中进行浸胶，浸胶结束后的碳纤维复丝通过空心圆柱的塑形后进入到加热箱中进行固化，固化完成后得到碳纤维棒。
所述的塑形后的碳纤维复丝在加热箱中进行固化的温度为固化温度为140～180℃，固化时间为1-4h。
所述的树脂加强片的原料为中低温固化树脂，优选J-22树脂、618树脂、914树脂。
所述的使用树脂加强片对碳纤维棒进行加强固定时使用的装置包括底板和盖板；
所述的底板为一平板，平板上带有若干组固化槽，每组固化槽包括两个凹槽和三个限位槽，两个凹槽和三个限位槽交替分布，即两个限位槽之间有一个凹槽，三个限位槽同轴，三个限位槽用于盛放碳纤维棒；限位槽的内径与碳纤维棒的外径相匹配；
所述的盖板为一平板，平板上带有若干组固化槽，每组固化槽包括两个凹槽和三个限位槽，两个凹槽和三个限位槽交替分布，即两个限位槽之间有一个凹槽，三个限位槽同轴，三个限位槽用于盛放碳纤维棒；限位槽的内径与碳纤维棒的外径相匹配；两个凹槽内均带有通孔，通孔用于注胶；
所述的底板上的凹槽、限位槽与盖板上的凹槽、限位槽一一对应。
所述的使用树脂加强片对碳纤维棒进行加强固定的方法，步骤为：将碳纤维棒放置到底板的限位槽内，将盖板盖到底板上，并将底板和盖板固定，然后通过盖板凹槽内的通孔进行注胶，注胶结束后抽真空，如有树脂加强片的原料溢出则进行擦拭后进行固化。
所述的一种碳纤维复丝压缩强度测试试样，固化温度为40～80℃、固化时间为1～2h。
一种碳纤维复丝压缩强度测试装置，该装置包括上固定块、下固定块、上楔形夹块和下楔形夹块；
所述的上固定块为一方形钢块，钢块带有两个通孔和楔形槽，楔形槽位于两个通孔之间；
所述的下固定块为一方形钢块，钢块带有两个导向柱和楔形槽，楔形槽位于两个导向柱之间；导向柱为一圆柱；
上楔形夹块用于对测试试样的上夹持段进行夹持固定；
下楔形夹块用于对测试试样的下夹持段进行夹持固定；
上楔形夹块与上固定块的楔形槽相匹配；
下楔形夹块与下固定块的楔形槽相匹配。
一种使用碳纤维复丝压缩强度测试装置进行碳纤维复丝压缩强度测试方法，步骤为：
(1)将待测试试样的下夹持段使用下楔形夹块进行夹持固定后一起放置到下固定块的楔形槽中；
(2)使用上楔形夹块对待测试试样的上夹持段进行夹持固定；
(3)安装上固定块，使下固定块的两个导向柱对准插入到上固定块的两个通孔中；
(4)将步骤(3)得到的安装好的测试装置置于力学测试机中进行压缩强度测试，得到碳纤维复丝的压缩破坏载荷；
(5)根据步骤(4)得到的压缩破坏载荷通过如下公式计算得到碳纤维复丝的压缩强度；
Figure BDA0001972447810000041
其中σc为压缩强度(MPa)，Pb为压缩破坏载荷(N)；ρf为碳纤维复丝的体密度(kg/m3)，t为碳纤维复丝的线密度(kg/m)。
所述的步骤(4)中，进行压缩强度测试的加载速率为0.5～3mm/min。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明实施例提供的碳纤维复丝压缩强度制样及测试方法，采用自动制样装置制备碳纤维复丝提高了制样效率，制备得到直径均匀、表面平滑的碳纤维复丝棒，树脂含量稳定，有利于降低测试结果离散值；
(2)本发明采用快速固化的胶液制备碳纤维复丝棒，该树脂体系能够与纤维充分结合，形成良好的界面性能，有利于提高碳纤维压缩强度的发挥；该树脂为中高温固化体系，与后续树脂加强片的低温固化温度形成较大的温差，保证已固化的碳纤维棒在树脂加强片固化过程中不发生蠕变，避免由于蠕变导致的纤维性能下降；
(3)本发明制备的碳纤维复丝棒外表平滑均匀，试样直径和树脂含量可设计，可用于多种类型碳纤维的压缩性能制样；压缩测试过程易于操作，压缩测试结果能客观评价纤维力学性能，离散值较小。本发明制样及测试方法在国产高性能碳纤维及其复合材料研制和生产中具有重要的推广应用前景。
附图说明
图1为本发明制备碳纤维棒的装置示意图；
图2a为本发明的底板结构示意图；
图2b为本发明的盖板结构示意图；
图3为本发明的一种碳纤维复丝压缩强度测试装置示意图；
图4为本发明碳纤维复丝压缩试样示意图。
具体实施方式
一种碳纤维复丝压缩强度测试试样，如图4所示，该试样包括碳纤维复丝、胶液和两片树脂加强片41；
所述的胶液用于将碳纤维复丝制作成碳纤维棒42；
碳纤维棒42包括中间测试段和两端的夹持段；
两片树脂加强片41用于对碳纤维棒42的夹持段进行加强固定；使用树脂加强片41进行加强固定后的夹持段分别标记为上夹持段和下夹持段。
所述的测试试样中间测试段的长度为1～3mm，碳纤维棒的直径为0.5～2mm。
所述的胶液的组成及质量含量为：
Figure BDA0001972447810000061
所述的基体树脂为邻苯二甲酸二缩水甘油酯、3,4-环氧环己烷羧酸甲酯、3,4-环氧环己基3’,4’-环氧环己基甲酸酯中的至少一种；所述的固化剂为四氢苯二甲酸酐、甲基六氢苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐中的至少一种；所述的促进剂为N,N-二甲基苄胺、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、2-乙基-4-甲基咪唑中的至少一种；所述的溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯中的至少一种。
所述的一种碳纤维复丝压缩强度测试试样，使用胶液将碳纤维复丝制作成碳纤维棒时使用的装置，如图1所示，包括退绕辊轴11、树脂胶槽13、导向辊轴14、空心圆柱15、加热箱16和牵引装置17；
所述的树脂胶槽13中用于盛放胶液；
所述的空心圆柱15用于对浸胶后的碳纤维复丝进行塑形；
所述的导向辊轴14包括五个辊轴，其中两个用于将碳纤维复丝压制到树脂胶槽13中进行浸胶，另外三个用于改变浸胶后的碳纤维复丝的方向，使浸胶后的碳纤维复丝能够水平的进入到空心圆柱15中；
所述的牵引装置17用于对碳纤维复丝进行牵引。
所述的空心圆柱15内径与碳纤维棒的直径相匹配。
使用胶液将碳纤维复丝制作成碳纤维棒的方法为：碳纤维复丝通过退绕辊轴11退辊后进入到树脂胶槽13中进行浸胶，浸胶结束后的碳纤维复丝通过空心圆柱15的塑形后进入到加热箱16中进行固化，固化完成后得到碳纤维棒。
所述的塑形后的碳纤维复丝在加热箱16中进行固化的温度为固化温度为140～180℃，固化时间为1-4h。
所述的树脂加强片的原料为中低温固化树脂，优选J-22树脂、618树脂、914树脂。
所述的使用树脂加强片对碳纤维棒进行加强固定时使用的装置包括底板和盖板，如图2a和图2b所示；
所述的底板为一平板24，平板24上带有若干组固化槽，每组固化槽包括两个凹槽22和三个限位槽21，两个凹槽22和三个限位槽21交替分布，即两个限位槽21之间有一个凹槽22，三个限位槽21同轴，三个限位槽21用于盛放碳纤维棒42；限位槽21的内径与碳纤维棒42的外径相匹配，平板24上带有螺纹孔23；
所述的盖板为一平板225，平板225上带有若干组固化槽，每组固化槽包括两个凹槽222和三个限位槽221，两个凹槽222和三个限位槽221交替分布，即两个限位槽221之间有一个凹槽222，三个限位槽221同轴，三个限位槽221用于盛放碳纤维棒42；限位槽221的内径与碳纤维棒42的外径相匹配；两个凹槽222内均带有通孔224，通孔224用于注胶；平板225上带有螺纹孔223；
所述的底板上的凹槽、限位槽与盖板上的凹槽、限位槽一一对应。
所述的使用树脂加强片对碳纤维棒进行加强固定的方法，步骤为：将碳纤维棒放置到底板的限位槽内，将盖板盖到底板上，并将底板和盖板固定，然后通过盖板凹槽内的通孔进行注胶，注胶结束后抽真空，如有树脂加强片的原料溢出则进行擦拭后进行固化。
所述的一种碳纤维复丝压缩强度测试试样，固化温度为40～80℃、固化时间为1～2h。
一种碳纤维复丝压缩强度测试装置，如图3所示，该装置包括上固定块33、下固定块35、上楔形夹块32和下楔形夹块34；
所述的上固定块33为一方形钢块，钢块带有两个通孔和楔形槽，楔形槽位于两个通孔之间；
所述的下固定块35为一方形钢块，钢块带有两个导向柱31和楔形槽，楔形槽位于两个导向柱之间；导向柱为一圆柱；
上楔形夹块32用于对测试试样的上夹持段进行夹持固定；
下楔形夹块34用于对测试试样的下夹持段进行夹持固定；
上楔形夹块32与上固定块的楔形槽相匹配；
下楔形夹块34与下固定块的楔形槽相匹配。
一种使用碳纤维复丝压缩强度测试装置进行碳纤维复丝压缩强度测试方法，步骤为：
(1)将待测试试样的下夹持段使用下楔形夹块进行夹持固定后一起放置到下固定块的楔形槽中；
(2)使用上楔形夹块对待测试试样的上夹持段进行夹持固定；
(3)安装上固定块，使下固定块的两个导向柱对准插入到上固定块的两个通孔中；
(4)将步骤(3)得到的安装好的测试装置置于力学测试机中进行压缩强度测试，得到碳纤维复丝的压缩破坏载荷；
(5)根据步骤(4)得到的压缩破坏载荷通过如下公式计算得到碳纤维复丝的压缩强度；
Figure BDA0001972447810000081
其中σc为压缩强度(MPa)，Pb为压缩破坏载荷(N)；ρf为碳纤维复丝的体密度(kg/m3)，t为碳纤维复丝的线密度(kg/m)。
所述的步骤(4)中，进行压缩强度测试的加载速率为0.5～3mm/min。
下面通过具体的实施例来说明，但本发明不局限于以下实施例。
本发明实施例中，依次控制压缩加载速率优选为0.5～3mm/min，每组测试10个，有效试样不低于为6个。
以下为本发明的几个具体实施例，各实施例中所用原料及试剂均为市售产品。碳纤维复丝压缩强度参照GB/T3856-2008的规定测试，按下列公式计算：
Figure BDA0001972447810000091
其中σc为压缩强度(MPa)；Pb为破坏载荷(N)；ρf为复丝体密度(kg/m3)；t为复丝线密度(kg/m)。
实施例1
将日本东丽T300-3K碳纤维复丝置于碳纤维复丝棒自动制样装置退绕纱架上，以一定牵引张力和速率进行浸胶、塑形、加热固化，胶液组成为100质量份邻苯二甲酸二缩水甘油酯、60质量份四氢苯二甲酸酐、1质量份N,N-二甲基苄胺和100份丙酮，固化温度为140℃，固化时间4h，冷却后裁剪得到直径为0.7mm复丝棒；将复丝棒置于压缩试样树脂加强片制样装置中，注胶、固化、脱模、修剪得到1mm测试段的碳纤维复丝压缩试样，树脂加强片为J-22树脂，固化温度为40℃，固化时间2h；将压缩试样安装在压缩测试夹具中，以3mm/min加载速率进行压缩测试至试样断裂破坏，根据压缩破坏载荷计算得到碳纤维复丝压缩强度。碳纤维复丝压缩强度见表1所示。
实施例2
将国产T300-3K碳纤维复丝置于碳纤维复丝棒自动制样装置退绕纱架上，以一定牵引张力和速率进行浸胶、塑形、加热固化，胶液组成为100质量份邻苯二甲酸二缩水甘油酯、60质量份四氢苯二甲酸酐、1质量份N,N-二甲基苄胺和100份丙酮，固化温度为140℃，固化时间4h，冷却后裁剪得到直径为0.7mm复丝棒；将复丝棒置于压缩试样树脂加强片制样装置中，注胶、固化、脱模、修剪得到1mm测试段的碳纤维复丝压缩试样，树脂加强片为J-22树脂，固化温度为40℃，固化时间2h；将压缩试样安装在压缩测试夹具中，以3mm/min加载速率进行压缩测试至试样断裂破坏，根据压缩破坏载荷计算得到碳纤维复丝压缩强度。碳纤维复丝压缩强度见表1所示。
实施例3
将日本东丽T700-12K碳纤维复丝置于碳纤维复丝棒自动制样装置退绕纱架上，以一定牵引张力和速率进行浸胶、塑形、加热固化，胶液组成为100质量份3,4-环氧环己烷羧酸甲酯、40质量份甲基六氢苯二甲酸酐、2质量份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚和80份甲苯，固化温度为160℃，固化时间2h，冷却后裁剪得到直径为1.2mm复丝棒；将复丝棒置于压缩强度制样装置中，注胶、固化、脱模、修剪得到2mm测试段的碳纤维复丝压缩试样，树脂加强片为914树脂，固化温度为50℃，固化时间2h；将压缩试样安装在压缩测试夹具中，以2mm/min加载速率进行压缩测试至试样断裂破坏，根据压缩破坏载荷计算得到碳纤维复丝压缩强度。碳纤维复丝压缩强度见表1所示。
实施例4
将国产T700-12K碳纤维复丝置于碳纤维复丝棒自动制样装置退绕纱架上，以一定牵引张力和速率进行浸胶、塑形、加热固化，胶液组成为100质量份3,4-环氧环己烷羧酸甲酯、40质量份甲基六氢苯二甲酸酐、2质量份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚和80份甲苯，固化温度为160℃，固化时间2h，冷却后裁剪得到直径为1.2mm复丝棒；将复丝棒置于压缩强度制样装置中，注胶、固化、脱模、修剪得到2mm测试段的碳纤维复丝压缩试样，树脂加强片为914树脂，固化温度为50℃，固化时间2h；将压缩试样安装在压缩测试夹具中，以2mm/min加载速率进行压缩测试至试样断裂破坏，根据压缩破坏载荷计算得到碳纤维复丝压缩强度。碳纤维复丝压缩强度见表1所示。
实施例5
将日本东丽T800-12K碳纤维复丝置于碳纤维复丝棒自动制样装置退绕纱架上，以一定牵引张力和速率进行浸胶、塑形、加热固化，胶液组成为100质量份3,4-环氧环己基3’,4’-环氧环己基甲酸酯、30质量份甲基纳迪克酸酐、3质量份2-乙基-4-甲基咪唑和60份二甲苯，固化温度为180℃，固化时间1h，冷却后裁剪成得到直径为0.9mm复丝棒；将复丝棒置于压缩强度制样装置中，注胶、固化、脱模、修剪得到1.5mm测试段的碳纤维复丝压缩试样，树脂加强片为618树脂，固化温度为80℃，固化时间1h；将压缩试样安装在压缩测试夹具中，以1mm/min加载速率进行压缩测试至试样断裂破坏，根据压缩破坏载荷计算得到碳纤维复丝压缩强度。碳纤维复丝压缩强度见表1所示。
实施例6
将国产T800-12K碳纤维复丝置于碳纤维复丝棒自动制样装置退绕纱架上，以一定牵引张力和速率进行浸胶、塑形、加热固化，胶液组成为100质量份3,4-环氧环己基3’,4’-环氧环己基甲酸酯、30质量份甲基纳迪克酸酐、3质量份2-乙基-4-甲基咪唑和60份二甲苯，固化温度为180℃，固化时间1h，冷却后裁剪成得到直径为0.9mm复丝棒；将复丝棒置于压缩强度制样装置中，注胶、固化、脱模、修剪得到1.5mm测试段的碳纤维复丝压缩试样，树脂加强片为618树脂，固化温度为80℃，固化时间1h；将压缩试样置入剪切式压缩性能夹具，以1mm/min加载速率进行压缩测试至试样断裂破坏，根据压缩破坏载荷计算得到碳纤维复丝压缩强度。碳纤维复丝压缩强度见表1所示。
实施例7
将日本东丽M40J-6K碳纤维复丝置于碳纤维复丝棒自动制样装置退绕纱架上，以一定牵引张力和速率进行浸胶、塑形、加热固化，胶液组成为100质量份3,4-环氧环己基3’,4’-环氧环己基甲酸酯、50质量份甲基六氢苯二甲酸酐、2质量份2-乙基-4-甲基咪唑和100份丙酮，固化温度为180℃，固化时间2h，冷却后裁剪得到直径为0.8mm复丝棒；将复丝棒置于压缩强度制样装置中，注胶、固化、脱模、修剪得到1.2mm测试段的碳纤维复丝压缩试样，树脂加强片为914树脂，固化温度为60℃，固化时间2h；将压缩试样安装在压缩测试夹具中，以0.5mm/min加载速率进行压缩测试至试样断裂破坏，根据压缩破坏载荷计算得到碳纤维复丝压缩强度。碳纤维复丝压缩强度见表1所示。
实施例8
将国产M40J-6K碳纤维复丝置于碳纤维复丝棒自动制样装置退绕纱架上，以一定牵引张力和速率进行浸胶、塑形、加热固化，胶液组成为100质量份3,4-环氧环己基3’,4’-环氧环己基甲酸酯、50质量份甲基六氢苯二甲酸酐、2质量份2-乙基-4-甲基咪唑和100份丙酮，固化温度为180℃，固化时间2h，冷却后裁剪得到直径为0.8mm复丝棒；将复丝棒置于压缩强度制样装置中，注胶、固化、脱模、修剪得到1.2mm测试段的碳纤维复丝压缩试样，树脂加强片为914树脂，固化温度为60℃，固化时间2h；将压缩试样安装在压缩测试夹具中，以0.5mm/min加载速率进行压缩测试至试样断裂破坏，根据压缩破坏载荷计算得到碳纤维复丝压缩强度。碳纤维复丝压缩强度见表1所示。
表1碳纤维复丝压缩强度测试值
性能 压缩强度(MPa) 有效子样(个/组) 压缩强度离散系数(％)
实施例1 2850 10 6.2
实施例2 2966 10 5.0
实施例3 2588 9 7.8
实施例4 2650 8 5.8
实施例5 3278 8 7.1
实施例6 3319 9 6.4
实施例7 2470 8 4.5
实施例8 2504 8 6.0
从实施例1～8可以看出，采用本发明制样及测试方法国内外性能相同类型和等级的碳纤维压缩强度相当，所有压缩强度测试离散值均小于8％,充分说明了本发明的效果。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种碳纤维复丝压缩强度测试试样，其特征在于：该试样包括碳纤维复丝、胶液和两片树脂加强片；
所述的胶液用于将碳纤维复丝制作成碳纤维棒；
碳纤维棒包括中间测试段和两端的夹持段；
两片树脂加强片用于对碳纤维棒的夹持段进行加强固定；使用树脂加强片进行加强固定后的夹持段分别标记为上夹持段和下夹持段；
中间测试段的长度为1～3mm，碳纤维棒的直径为0.5～2mm；
所述的胶液的组成及质量含量为：
Figure FDA0003244264520000011
所述的基体树脂为邻苯二甲酸二缩水甘油酯、3,4-环氧环己烷羧酸甲酯、3,4-环氧环己基3’,4’-环氧环己基甲酸酯中的至少一种；
所述的固化剂为四氢苯二甲酸酐、甲基六氢苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐中的至少一种；
所述的促进剂为N,N-二甲基苄胺、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、2-乙基-4-甲基咪唑中的至少一种；
所述的溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯中的至少一种；
使用胶液将碳纤维复丝制作成碳纤维棒时使用的装置包括退绕辊轴、树脂胶槽、导向辊轴、空心圆柱、加热箱和牵引装置；
所述的树脂胶槽中用于盛放胶液；
所述的空心圆柱用于对浸胶后的碳纤维复丝进行塑形；
所述的导向辊轴包括五个辊轴，其中两个用于将碳纤维复丝压制到树脂胶槽中进行浸胶，另外三个用于改变浸胶后的碳纤维复丝的方向，使浸胶后的碳纤维复丝能够水平的进入到空心圆柱中；
所述的牵引装置用于对碳纤维复丝进行牵引；
所述的空心圆柱内径与碳纤维棒的直径相匹配；
使用胶液将碳纤维复丝制作成碳纤维棒的方法为：碳纤维复丝通过退绕辊轴退辊后进入到树脂胶槽中进行浸胶，浸胶结束后的碳纤维复丝通过空心圆柱的塑形后进入到加热箱中进行固化，固化完成后得到碳纤维棒；
塑形后的碳纤维复丝在加热箱中进行固化的温度为固化温度为140～180℃，固化时间为1-4h；
对碳纤维棒进行加强固定时使用的装置包括底板和盖板；
所述的底板为一平板，平板上带有若干组固化槽，每组固化槽包括两个凹槽和三个限位槽，两个凹槽和三个限位槽交替分布，即两个限位槽之间有一个凹槽，三个限位槽同轴，三个限位槽用于盛放碳纤维棒；限位槽的内径与碳纤维棒的外径相匹配；
所述的盖板为一平板，平板上带有若干组固化槽，每组固化槽包括两个凹槽和三个限位槽，两个凹槽和三个限位槽交替分布，即两个限位槽之间有一个凹槽，三个限位槽同轴，三个限位槽用于盛放碳纤维棒；限位槽的内径与碳纤维棒的外径相匹配；两个凹槽内均带有通孔，通孔用于注胶；
所述的底板上的凹槽、限位槽与盖板上的凹槽、限位槽一一对应；
使用树脂加强片对碳纤维棒进行加强固定的方法，步骤为：将碳纤维棒放置到底板的限位槽内，将盖板盖到底板上，并将底板和盖板固定，然后通过盖板凹槽内的通孔进行注胶，注胶结束后抽真空，如有树脂加强片的原料溢出则进行擦拭后进行固化，固化温度为40～80℃、固化时间为1～2h；
树脂加强片的原料为J-22树脂、618树脂或914树脂；
使用上述试样进行碳纤维复丝压缩强度测试装置，该装置包括上固定块、下固定块、上楔形夹块和下楔形夹块；
所述的上固定块为一方形钢块，钢块带有两个通孔和楔形槽，楔形槽位于两个通孔之间；
所述的下固定块为一方形钢块，钢块带有两个导向柱和楔形槽，楔形槽位于两个导向柱之间；导向柱为一圆柱；
上楔形夹块用于对测试试样的上夹持段进行夹持固定；
下楔形夹块用于对测试试样的下夹持段进行夹持固定；
上楔形夹块与上固定块的楔形槽相匹配；
下楔形夹块与下固定块的楔形槽相匹配；
使用所述的装置进行碳纤维复丝压缩强度测试方法，步骤为：
(1)将待测试试样的下夹持段使用下楔形夹块进行夹持固定后一起放置到下固定块的楔形槽中；
(2)使用上楔形夹块对待测试试样的上夹持段进行夹持固定；
(3)安装上固定块，使下固定块的两个导向柱对准插入到上固定块的两个通孔中；
(4)将步骤(3)得到的安装好的测试装置置于力学测试机中进行压缩强度测试，得到碳纤维复丝的压缩破坏载荷，进行压缩强度测试的加载速率为0.5～3mm/min；
(5)根据步骤(4)得到的压缩破坏载荷通过如下公式计算得到碳纤维复丝的压缩强度；
Figure FDA0003244264520000031
其中σc为压缩强度(MPa)，Pb为压缩破坏载荷(N)；ρf为碳纤维复丝的体密度(kg/m3)，t为碳纤维复丝的线密度(kg/m)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110553906A (zh) * 2019-09-05 2019-12-10 北京化工大学 夹具及具有其的测试碳纤维压缩强度的装置和方法
CN110646259A (zh) * 2019-09-12 2020-01-03 航天材料及工艺研究所 一种高导热中间相沥青基碳纤维复合材料力学性能测试的制样方法
CN110553930B (zh) * 2019-09-17 2022-03-18 大连宇晨高新材料有限公司 一种改进的复合材料基/纤界面剪切性能的试验装置及其试验方法
CN113740135A (zh) * 2021-10-14 2021-12-03 荣成碳纤维科技有限公司 一种碳纤维复丝样条加强方法和装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104819877A (zh) * 2015-04-08 2015-08-05 中国建材检验认证集团股份有限公司 一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法
JP2015212663A (ja) * 2014-05-02 2015-11-26 宇部興産株式会社 円柱供試体の製造装置、製造方法及び圧縮強度測定方法
CN105806683A (zh) * 2016-03-28 2016-07-27 江苏恒神股份有限公司 碳纤维复丝拉伸性能测试用浸胶装置及方法
CN205483798U (zh) * 2016-01-18 2016-08-17 清华大学 方形薄板单向压缩夹具和方形薄板单向压缩装置
CN205691416U (zh) * 2016-06-27 2016-11-16 温州集智科技有限公司 一种具有多夹具结构的多功能电力电缆强度试验台
CN106872264A (zh) * 2017-04-11 2017-06-20 舟山市质量技术监督检测研究院 一种纤维绳拉力试验夹具
CN108372667A (zh) * 2018-03-16 2018-08-07 泰安市中研复合材料科技有限公司 一种纤维增强复合材料缠压成型工艺及装置
CN108469366A (zh) * 2018-03-13 2018-08-31 航天材料及工艺研究所 一种大丝束碳纤维复丝拉伸性能测试试样及其制样方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015212663A (ja) * 2014-05-02 2015-11-26 宇部興産株式会社 円柱供試体の製造装置、製造方法及び圧縮強度測定方法
CN104819877A (zh) * 2015-04-08 2015-08-05 中国建材检验认证集团股份有限公司 一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法
CN205483798U (zh) * 2016-01-18 2016-08-17 清华大学 方形薄板单向压缩夹具和方形薄板单向压缩装置
CN105806683A (zh) * 2016-03-28 2016-07-27 江苏恒神股份有限公司 碳纤维复丝拉伸性能测试用浸胶装置及方法
CN205691416U (zh) * 2016-06-27 2016-11-16 温州集智科技有限公司 一种具有多夹具结构的多功能电力电缆强度试验台
CN106872264A (zh) * 2017-04-11 2017-06-20 舟山市质量技术监督检测研究院 一种纤维绳拉力试验夹具
CN108469366A (zh) * 2018-03-13 2018-08-31 航天材料及工艺研究所 一种大丝束碳纤维复丝拉伸性能测试试样及其制样方法
CN108372667A (zh) * 2018-03-16 2018-08-07 泰安市中研复合材料科技有限公司 一种纤维增强复合材料缠压成型工艺及装置

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