CN111678788B - 一种高强高模炭纤维长丝的力学性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强高模炭纤维长丝的力学性能测试方法，包括以下步骤：按热固性环氧树脂：三乙烯四胺：丙酮＝(8～15)：1：14的质量比配制胶液，取一束350mm长的复丝，将复丝浸入胶液中，取出后悬挂配重砝码将复丝拉直；将悬挂着复丝的隔板插入鼓风干燥箱上方，分别在60℃和120℃各保温两个小时；将AB胶均匀涂抹在两张标有中心线的加强片上，然后将固化后的炭纤维复丝固定在中心水平线上，再将加强片置于复丝上，制得待测的炭纤维复丝试样；最后在万能材料试验机上测试。本发明采用超高模量的K13D2U中间相沥青基炭纤维进行复丝试样的制备和测试，成功率高，测试结果准确，纤维损耗率低，解决了高模量炭纤维脆性高，易断的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强高模炭纤维长丝的力学性能测试方法。
背景技术
炭纤维具有优异的力学性能和导热性能，是先进复合材料最重要的增强体，已在国防军工和民用工业等众多领域得到广泛应用。随着社会的发展，我国在航空航天领域的投入越来越大，而航空航天技术的进步必然离不开新材料的研发使用，高性能的炭纤维完美满足了航空产品对航天材料力学性能及导热性能的要求，成为航天产品不可缺少的一部分。由于我国关于炭纤维的研究起步较晚，高性能炭纤维的表征测试标准范围较广，不同性能的炭纤维并不完全适用，导致测试结果差异较大，同时导致纤维损耗量大。
发明内容
本发明的目的是针对现有的高模量炭纤维的测试方法存在纤维损耗量大的缺点，提供一种操作简单，测试结果准确的高强高模炭纤维长丝的力学性能测试方法。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种高强高模炭纤维长丝的力学性能测试方法，测试方法按下述步骤进行：
(1)胶液的配制按热固性环氧树脂：三乙烯四胺：丙酮＝(8～15)：1：14(质量比)的比例配好。其中三乙烯四胺为固化剂，丙酮为溶剂，配制好的胶液中热固性环氧树脂树脂的比例占35％～50％。
(2)取一束约350mm长的复丝，用长尾夹将其两端固定，手持长尾夹将复丝浸入胶液中，浸泡1～2分钟，待复丝完全浸透后取出，抖去多余的胶液，将浸有胶液的复丝垂直悬挂在隔板上，并在复丝下端的长尾夹下方配重，悬挂一个15～25g的砝码，以将复丝拉直。
(3)将悬挂着复丝的隔板插入鼓风干燥箱上方，调节温度至60℃保温两个小时，然后再升至120℃保温两个小时。待胶液固化后取出。
(4)准备4张5*2cm并标有中心线的加强片(例如：牛皮纸，硬纸板等)，将AB胶均匀涂抹在两张5*2cm并标有中心线的加强片上，然后将固化后的炭纤维复丝固定在中心水平线上，再将未涂有AB胶的5*2cm的加强片置于复丝上，纤维两端加强片的内侧距离为15cm。待AB胶自然固化制得待测的炭纤维复丝试样。
(5)将炭纤维复丝试样竖直固定在万能材料试验机上，夹上引伸计，万能材料试验机的夹具选择0～7mm夹具，拉伸速度为10mm/min。即可测得高强高模炭纤维长丝的力学性能。
所述步骤(2)中制备复丝试样的纤维有日本三菱化学公司的K13D2U、日本东丽公司的M50J和美国BP AMOCO公司的P100。
本发明相对现有技术有如下优点：
本发明采用超高模量的K13D2U中间相沥青基炭纤维进行复丝试样的制备和测试，将复丝试样用长尾夹夹住之后进行浸胶，然后垂直悬挂于隔板上，可以将胶液进一步沥干，应保证制得的样表面光滑没有挂珠，在下方加20g砝码进行配重，可以将复丝试样尽可能拉直，又可以避免人为拉直复丝，力道太大导致断丝。加强片中均匀涂抹3mL AB胶可以使加强片平整，复丝在加强片中间，避免纤维倾斜，产生其他方向的应力，此方法简单，成功率高，测试结果接近报导值，纤维损耗率低。解决了高模量炭纤维脆性高，易断的特性，避免了标准测试方法中人为拉直复丝试样导致断丝，纤维损耗量大得缺陷。测得K13D2U、M50J和P100炭纤维复丝试样的模量分别为933、463和723GPa,与厂商报道值接近，偏差分别为0.2％、2.5％和2.1％
附图说明
图1为本发明的测试流程示意图；
图2为垂直悬挂浸胶后的纤维复丝示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。本发明的实施例数据不能当作是对发明的约束，合理的改变都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示的测试流程，首先胶液的配制按E-44环氧树脂：三乙烯四胺：丙酮＝10：1：14(质量比)的比例配好。其中三乙烯四胺为固化剂，丙酮为溶剂，配制好的胶液中树脂的比例占40％。取一束约350mm长的复丝，用长尾夹将两端固定，手持长尾夹将复丝浸入胶液中，浸泡1～2分钟，待复丝完全浸透后取出，抖去多余的胶液，将浸有胶液的复丝垂直悬挂在隔板上，并在复丝下方的长尾夹配重，悬挂一个20g的砝码以将复丝拉直，如图2所示。将悬挂着复丝的隔板插入鼓风干燥箱上方，调节温度至60℃保温两个小时，然后再升至120℃保温两个小时。待胶液固化后取出。将AB胶均匀涂抹在两张5*2cm并标有中心线的加强片上，然后将固化后的炭纤维复丝固定在中心水平线上，再将未涂有5*2cm的加强片置于复丝上，纤维两端加强片的内侧距离为15cm。待AB胶自然固化制得待测的炭纤维复丝试样，将炭纤维复丝试样竖直固定在万能材料试验机上，夹上引伸计，万能材料试验机的夹具选择0～7mm的夹具，拉伸速度为10mm/min，即可测得高强高模炭纤维长丝的力学性能。以此方案对超高模量的K13D2U中间相沥青基炭纤维进行复丝试样的制备和测试，测得6根复丝试样结果平均值如表1.1所示：
表1.1K13D2U复丝试样力学性能平均值
实施例2
首先胶液的配制按E-44环氧树脂：三乙烯四胺：丙酮＝8：1：14(质量比)的比例配好。其中三乙烯四胺为固化剂，丙酮为溶剂，配制好的胶液中树脂的比例占35％。取一束约350mm长的复丝，用长尾夹将两端固定，手持长尾夹将复丝浸入胶液中，浸泡1～2分钟，待复丝完全浸透后取出，抖去多余的胶液，将浸有胶液的复丝垂直悬挂在隔板上，并在复丝下端的长尾夹上配重(悬挂一个20g的砝码)以将复丝拉直。将悬挂着复丝的隔板插入鼓风干燥箱上方，调节温度至60℃保温两个小时，然后再升至120℃保温两个小时。待胶液固化后取出。将AB胶均匀涂抹在两张5*2cm并标有中心线的加强片上，然后将固化后的炭纤维复丝固定在中心水平线上，再将未涂有AB胶的5*2cm的加强片置于复丝上，纤维两端加强片的内侧距离为15cm。待AB胶自然固化制得待测的炭纤维复丝试样，将炭纤维复丝试样竖直固定在万能材料试验机上，夹上引伸计，万能材料试验机的夹具选择0～7mm的夹具，拉伸速度为10mm/min，即可测得高强高模炭纤维长丝的力学性能。以此方案对高模量的M50J炭纤维进行复丝试样的制备和测试，测得6根复丝试样结果平均值如表1.2所示：
表1.2M50J复丝力学性能平均值
实施例3
首先胶液的配制按E-44环氧树脂：三乙烯四胺：丙酮＝12：1：14(质量比)的比例配好。其中三乙烯四胺为固化剂，丙酮为溶剂，配制好的胶液中树脂的比例占44.4％。取一束约350mm长的复丝，用长尾夹将两端固定，手持长尾夹将复丝浸入胶液中，浸泡1～2分钟，待复丝完全浸透后取出，抖去多余的胶液，将浸有胶液的复丝垂直悬挂在隔板上，并在复丝下端的长尾夹上配重(悬挂一个20g的砝码)以将复丝拉直。将悬挂着复丝的隔板插入鼓风干燥箱上方，调节温度至60℃保温两个小时，然后再升至120℃保温两个小时。待胶液后取出。将AB胶均匀涂抹在两张5*2cm并标有中心线的加强片上，然后将固化后的炭纤维复丝固定在中心水平线上，再将未涂有AB胶的5*2cm的加强片置于复丝上，纤维两端加强片的内侧距离为15cm。待AB胶自然固化制得待测的炭纤维复丝试样，将炭纤维复丝试样竖直固定在万能材料试验机上，夹上引伸计，万能材料试验机的夹具选择0～7mm的夹具，拉伸速度为10mm/min，即可测得高强高模炭纤维长丝的力学性能。以此方案对超高模量的P100沥青基炭纤维进行复丝试样的制备和测试，测得6根复丝试样结果平均值如表1.3所示：
表1.3 P100复丝力学性能平均值
Claims (4)
1.一种高强高模炭纤维长丝的力学性能测试方法，其特征在于用于高强高模炭纤维长丝，所述高强高模炭纤维长丝的拉伸强度2.32GPa～4.02GPa，模量466GPa～933GPa，包括以下步骤：
(1)胶液的配制，按热固性环氧树脂：三乙烯四胺：丙酮=（8～15）：1：14的质量比配好，其中三乙烯四胺为固化剂，丙酮为溶剂，配制好的胶液中热固性环氧树脂的质量比占35%～50%；
(2)取一束350mm长的复丝，用长尾夹将其两端固定，手持长尾夹将复丝浸入胶液中，浸泡1～2分钟，待复丝完全浸透后取出，抖去多余的胶液，将浸有胶液的复丝垂直悬挂在隔板上，并在复丝下端的长尾夹下方配重，即悬挂一个15～25g的砝码，将复丝拉直；
(3)将悬挂着复丝的隔板插入鼓风干燥箱上方，调节温度至60 ℃保温两个小时，然后再升至120 ℃保温两个小时，待胶液固化后取出；
(4)准备4张5*2 cm并标有中心线的加强片，将AB胶均匀涂抹在两张5*2 cm并标有中心线的加强片上，然后将固化后的炭纤维复丝固定在中心水平线上，再将未涂有AB胶的5*2cm 的加强片置于复丝上，纤维两端加强片的内侧距离为15cm，待AB胶自然固化制得待测的炭纤维复丝试样；
(5) 将炭纤维复丝试样竖直固定在万能材料试验机上，夹上引伸计，万能材料试验机的夹具选择0～7mm夹具，拉伸速度为10mm/min，即可测得高强高模炭纤维长丝的力学性能。
2.根据权利要求1所述的一种高强高模炭纤维长丝的力学性能测试方法，其特征在于所述步骤(1)中的配制好的胶液中树脂所占比例为35%～45%。
3.根据权利要求1所述的一种高强高模炭纤维长丝的力学性能测试方法，其特征在于所述步骤(2)中的小砝码的质量为20g。
4.根据权利要求1所述的一种高强高模炭纤维长丝的力学性能测试方法，其特征在于所述步骤(4)的加强片为牛皮纸或硬纸板。
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