CN111624108A - 一种碳纤维试件的制备方法及其疲劳参数的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纤维试件的制备方法，包括如下步骤：(1)标签纸的准备：准备一个矩形的纸片，纸片的中心设有一个菱形孔，并带有用于纤维对准的标记；(2)碳纤维的筛选：从由3000根纤维组成的纤维束中挑出T300碳纤维；(3)碳纤维固定：将步骤(2)中挑出的T300碳纤维一端用一滴粘胶固定在标签纸上的对齐点上，然后将T300碳纤维拉伸以与标记对齐，并且所述T300碳纤维另一端也粘在标签纸上，制成所述的碳纤维试件。将所述的碳纤维试件固定到动态力学分析仪或卧式电气伺服试验机上进行疲劳参数的测定。所述测定方法，便于人们对碳纤维材料的性能进行有效预测，同时也便于对采用碳纤维材料制作的设备使用寿命进行有效预测。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维试件的制备方法及其疲劳参数的测定方法，属于碳纤维疲劳参数测定技术领域。
背景技术
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。
然而，由于碳纤维材料固有的各向异性和细观非均质性，传统的金属材料疲劳寿命预测方法并不适用于碳纤维材料，碳纤维材料的疲劳寿命预测一直是人们关注的焦点。因此设计一种有效的碳纤维疲劳参数的测定方法具有非常重要的价值。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种碳纤维试件的制备方法及其疲劳参数的测定方法，可以有效测定碳纤维的疲劳参数，便于人们对碳纤维性能的评判。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种碳纤维试件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)标签纸的准备：准备一个矩形的纸片，纸片的中心设有一个菱形孔，并带有用于纤维对准的标记；
(2)碳纤维的筛选：从由3000根纤维组成的纤维束中挑出T300碳纤维；
(3)碳纤维固定：将步骤(2)中挑出的T300碳纤维一端用一滴粘胶固定在标签纸上的对齐点上，然后将T300碳纤维拉伸以与标记对齐，并且所述T300碳纤维另一端也粘在标签纸上，制成所述的碳纤维试件。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步的，当需要制作多根T300碳纤维组成的碳纤维试件时，步骤(3)中，第一根T300碳纤维固定后，后续再固定的T300碳纤维的一端粘在第一根T300碳纤维相同的点上，在放大倍数为500倍的电子显微镜下，将后续再固定的T300碳纤维与第一根T300碳纤维对齐，并将后续再固定的T300碳纤维的另一端粘在标签纸上，直到T300碳纤维总数达到要求。
进一步的，为了确保碳纤维试件沿长度方向的横截面一致，将脱气的环氧树脂均匀的涂在若干所述T300碳纤维上，固化后制成纤维束，将所述纤维束切成段，然后将切成段的纤维束固定在所述标签纸上。
进一步的，所述纤维束的制备方法为：在涂有脱模剂的G10板上粘贴平行放置的两个0.05mm厚的测隙规，两个测隙规之间留1.5mm的间隙，在间隙里填充若干T300碳纤维，将脱气环氧树脂均匀的涂敷在丝束上，然后将一块玻璃板放置在T300碳纤维的顶部，以确保厚度均匀，涂有脱气环氧树脂的T300碳纤维在自重施加的恒定压力下固化，制成所述的纤维束。
本发明还公开了所述碳纤维试件的疲劳参数测定方法，将所述的碳纤维试件固定到动态力学分析仪(DMA)上，将所述碳纤维试件安装的薄膜张力夹上，进行静态拉伸，测得所述的疲劳参数，在开始测试之前，在所述碳纤维试件未被拉伸时，将标签纸两端都剪开，使负荷由所述碳纤维试件支撑。
进一步的，由于受到动态力学分析仪上可用的最大力(18N)限制，涂有脱气环氧树脂的纤维束制成的碳纤维试件在卧式电气伺服试验机进行拉伸试验，测得所述的疲劳参数。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种碳纤维疲劳参数的有效测定方法，便于人们对碳纤维材料的性能进行有效预测，对碳纤维材料的使用会更有针对性，同时也便于对采用碳纤维材料制作的设备使用寿命进行有效预测，而且测定过程中，只需使用非常少量的碳纤维就可以实现。
附图说明
图1为实施例1中所述碳纤维试件的制备流程；
图2为实施例4中所述纤维束的制备流程。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
一种单丝碳纤维试件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)标签纸的准备：准备一个矩形的纸片(30mm×10mm)，纸片的中心设有一个菱形孔，并带有用于纤维对准的标记；
(2)碳纤维的筛选：从由3000根纤维组成的纤维束中挑出T300碳纤维；
(3)碳纤维固定：将步骤(2)中挑出的一根T300碳纤维一端用一滴粘胶固定在标签纸上的对齐点上，然后将T300碳纤维拉伸以与标记对齐，并且所述T300碳纤维另一端也粘在标签纸上，制成所述的单丝碳纤维试件。
将所述的单丝碳纤维试件固定到动态力学分析仪(DMA)上，将所述单丝碳纤维试件安装的薄膜张力夹上，进行静态拉伸，测得所述的疲劳参数，在开始测试之前，在所述单丝碳纤维试件未被拉伸时，将标签纸两端都剪开，使负荷由所述单丝碳纤维试件支撑。测得的平均拉伸强度和弹性模量分别为3560MPa和223GPa，CV分别为5.13％和3.90％。
实施例2
一种16根碳纤维试件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)标签纸的准备：准备矩形的纸片(80mm×40mm)，纸片的中心设有一个菱形孔，并带有用于纤维对准的标记；
(2)碳纤维的筛选：从由3000根纤维组成的纤维束中挑出T300碳纤维；
(3)碳纤维固定：将步骤(2)中挑出的一根T300碳纤维一端用一滴粘胶固定在标签纸上的对齐点上，然后将T300碳纤维拉伸以与标记对齐，并且所述T300碳纤维另一端也粘在标签纸上，第一根T300碳纤维固定后，后续再固定的T300碳纤维的一端粘在第一根T300碳纤维相同的点上，在放大倍数为500倍的电子显微镜下，将后续再固定的T300碳纤维与第一根T300碳纤维对齐，并将后续再固定的T300碳纤维的另一端粘在标签纸上，直到T300碳纤维总数达到16根，制成所述的16根碳纤维试件。
将所述的16根碳纤维试件固定到动态力学分析仪(DMA)上，将所述16根碳纤维试件安装的薄膜张力夹上，进行静态拉伸，测得所述的疲劳参数，在开始测试之前，在所述16根碳纤维试件未被拉伸时，将标签纸两端都剪开，使负荷由所述16根碳纤维试件支撑。使用16根碳纤维试件测得的平均拉伸强度和弹性模量分别为3170MPa和232GPa，CV分别为1.64％和1.99％。
实施例3
一种32根碳纤维试件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)标签纸的准备：准备矩形的纸片(80mm×40mm)，纸片的中心设有一个菱形孔，并带有用于纤维对准的标记；
(2)碳纤维的筛选：从由3000根纤维组成的纤维束中挑出T300碳纤维；
(3)碳纤维固定：将步骤(2)中挑出的一根T300碳纤维一端用一滴粘胶固定在标签纸上的对齐点上，然后将T300碳纤维拉伸以与标记对齐，并且所述T300碳纤维另一端也粘在标签纸上，第一根T300碳纤维固定后，后续再固定的T300碳纤维的一端粘在第一根T300碳纤维相同的点上，在放大倍数为500倍的电子显微镜下，将后续再固定的T300碳纤维与第一根T300碳纤维对齐，并将后续再固定的T300碳纤维的另一端粘在标签纸上，直到T300碳纤维总数达到32根，制成所述的32根碳纤维试件。
将所述的16根碳纤维试件固定到动态力学分析仪(DMA)上，将所述32根碳纤维试件安装的薄膜张力夹上，进行静态拉伸，测得所述的疲劳参数，在开始测试之前，在所述32根碳纤维试件未被拉伸时，将标签纸两端都剪开，使负荷由所述32根碳纤维试件支撑。使用32根碳纤维试件测得的平均拉伸强度和弹性模量分别为3140MPa和229GPa，CV分别为0.29％和1.31％。
实施例4
一种纤维束制成的碳纤维试件的制备方法，包括如下步骤：
(1)标签纸的准备：准备矩形的纸片(80mm×40mm)，纸片的中心设有一个菱形孔，并带有用于纤维对准的标记；
(2)纤维束的制备：在涂有Airtech国际公司脱模剂Release
Safelease 20L的G10板上粘贴平行放置的两个0.05mm厚的测隙规，两个测隙规之间留1.5mm的间隙，在间隙里填充3000根T300碳纤维，将脱气环氧树脂均匀的涂敷在丝束上，然后将一块玻璃板放置在T300碳纤维的顶部，以确保厚度均匀，涂有脱气环氧树脂的T300碳纤维在自重施加的恒定压力下固化，制成所述的纤维束，将所述纤维束切成段备用；
(3)碳纤维固定：将步骤(2)中纤维束一端用一滴粘胶固定在标签纸上的对齐点上，然后将纤维束拉伸以与标记对齐，并且所述纤维束另一端也粘在标签纸上；
将涂有脱气环氧树脂的纤维束制成的碳纤维试件在卧式电气伺服试验机进行拉伸试验，测得平均拉伸强度和弹性模量分别为3050MPa和224GPa，CV分别为1.08％和1.50％。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种碳纤维试件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)标签纸的准备：准备一个矩形的纸片，纸片的中心设有一个菱形孔，并带有用于纤维对准的标记；
(2)碳纤维的筛选：从由3000根纤维组成的纤维束中挑出T300碳纤维；
(3)碳纤维固定：将步骤(2)中挑出的T300碳纤维一端用一滴粘胶固定在标签纸上的对齐点上，然后将T300碳纤维拉伸以与标记对齐，并且所述T300碳纤维另一端也粘在标签纸上，制成所述的碳纤维试件。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维试件的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，第一根T300碳纤维固定后，后续再固定的T300碳纤维的一端粘在第一根T300碳纤维相同的点上，在放大倍数为500倍的电子显微镜下，将后续再固定的T300碳纤维与第一根T300碳纤维对齐，并将后续再固定的T300碳纤维的另一端粘在标签纸上。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维试件的制备方法，其特征在于，将脱气的环氧树脂均匀的涂在若干所述T300碳纤维上，固化后制成纤维束，将所述纤维束切成段，然后将切成段的纤维束固定在所述标签纸上。
4.根据权利要求3所述的一种碳纤维试件的制备方法，其特征在于，所述纤维束的制备方法为：在涂有脱模剂的G10板上粘贴平行放置的两个0.05mm厚的测隙规，两个测隙规之间留1.5mm的间隙，在间隙里填充若干T300碳纤维，将脱气环氧树脂均匀的涂敷在丝束上，然后将一块玻璃板放置在T300碳纤维的顶部，涂有脱气环氧树脂的T300碳纤维在自重施加的恒定压力下固化，制成所述的纤维束。
5.一种根据权利要求1或2所述的一种碳纤维试件的制备方法制得的碳纤维试件疲劳参数的测定方法，其特征在于，将所述的碳纤维试件固定到动态力学分析仪上，将所述碳纤维试件安装的薄膜张力夹上，进行静态拉伸，测得所述的疲劳参数，在开始测试之前，在所述碳纤维试件未被拉伸时，将标签纸两端都剪开，使负荷由所述碳纤维试件支撑。
6.一种根据权利要求3或4所述的一种碳纤维试件的制备方法制得的碳纤维试件疲劳参数的测定方法，其特征在于，将纤维束制成的碳纤维试件在卧式电气伺服试验机进行拉伸试验，测得所述的疲劳参数。
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200904 |
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