CN111735679A - 一种用于碳纤维板拉伸强度测试的制样方法 - Google Patents

一种用于碳纤维板拉伸强度测试的制样方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于碳纤维板拉伸强度测试的制样方法，包括如下步骤：材料准备；加强片安装；清除多余胶粘剂；胶粘剂固化；支撑件裁切。本发明的制样方法可针对大厚度的碳纤维板，得到准确的拉伸性能检测数据，具有更广泛的实际应用价值。

Description

一种用于碳纤维板拉伸强度测试的制样方法
技术领域
本发明涉及复合材料力学性能检测技术领域，尤其涉及一种用于碳纤维板拉伸强度测试的制样方法。
背景技术
碳纤维板具有较高的比强度以及优良的耐腐蚀性，被广泛应用于建筑结构加固领域中。为了保证使用碳纤维板加固后的建筑物具有更高的极限载荷和剪切应力，需要检测用于结构加固的碳纤维板的力学性能。基于GB/T 3354-2014可以检测得到碳纤维板的拉伸强度，作为评判碳纤维板力学性能的重要评价参数之一。
在现有的碳纤维板的拉伸性能试验中，按照GB/T 3354-2014规定，将碳纤维板剪裁成条状试样，试样两端在胶粘剂的粘接作用下夹持加强片，以此方式增大碳纤维板与加强片之间的锚固作用，提高在拉伸试验中锚具对试样的固定作用。
现有的试样制备技术仍存在一些问题：在标准(GB/T 3354-2014)中规定碳板试样的尺寸长×宽×厚为：230～250mm×12.5mm×1mm，加强片的长度为50mm。而针对较厚的碳纤维板(2～4mm)具有更高的横截面积，在拉伸试验中，试样会承受更高的载荷。然而，由于锚固面积(12.5mm×50mm)及固化后的胶粘剂能承受的剪切力有限，难以承受试样在拉伸试验中较大的载荷，会导致加强片脱落、夹持破坏或纵向劈裂等非正常破坏形式出现，未能发挥碳纤维板的最大拉伸强度，导致无法得到准确检测数据。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种可针对大厚度的碳纤维板，得到准确的拉伸性能检测数据，具有更广泛的实际应用价值的用于碳纤维板拉伸强度测试的制样方法。
本发明提供的一种用于碳纤维板拉伸强度测试的制样方法，包括如下步骤：
材料准备，裁切长条状的碳纤维板，对所述碳纤维板的端部进行喷砂处理，喷砂后清除表面的浮砂备用，裁切若干宽度大于所述碳纤维板的加强片备用，准备若干细长状的硬质材料作为支撑件备用，所述支撑件的长度大于所述加强片的长度，按比例将胶粘剂搅拌均匀备用；
加强片安装，将所述胶粘剂均匀涂抹到所述碳纤维板的端部，在所述碳纤维板涂胶部位的两侧靠近边缘处分别放置一根所述支撑件，所述支撑件沿碳纤维板的长度方向放置并按入胶粘剂中，将所述加强片覆盖到两根支撑件上，并粘贴到所述碳纤维板端部的板面上；
清除多余胶粘剂，采用夹持工具将所述碳纤维板端部两面的加强片夹紧，一段时间后，待无多余胶粘剂从加强片与碳纤维板之间溢出，将溢出的胶粘剂清理掉；
胶粘剂固化，将清除了多余胶粘剂的所述碳纤维板放置于恒温烘箱中，保温一段时间使胶粘剂完全固化，然后将所述碳纤维板取出；
支撑件裁切，拆除夹持工具，将所述支撑件伸出加强片的部分裁切掉，制样完成。
优选的，所述支撑件为横截面为圆形的钢丝、铜丝或陶瓷丝，所述支撑件的外径为0.3-0.4mm，优选为0.35mm。
优选的，所述加强片的长度为65-75mm，优选为70mm；所述加强片的宽度为13-15mm，优选为14mm；所述加强片的厚度为1-2mm，优选为1.5mm。
优选的，所述胶粘剂固化步骤中的恒温烘箱的温度为30-40度，保温时间为24-48小时。
相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：
(1)本发明的制样方法创新地采用支撑物对碳纤维板拉伸试样的胶粘层厚度进行精确控制。可以精确控制加强片与碳纤维板之间的胶粘剂层的厚度，进而得到具有稳固的胶粘效果的拉伸试样，防止碳纤维板在高强度的拉伸试验中脱离加强片。
本发明提供了一种极其简便，效果极佳的胶粘层厚度调控方法，解决了胶粘剂层厚度难以控制的问题，得到粘接效果优异的碳纤维板拉伸试样。从而得到更准确的检测数据。
(2)本发明的制样方法在优选的胶粘层厚度上，进一步调控加强片长度，优化碳纤维板拉伸试样的制备方法，可以充分展现出所测试样的拉伸强度。
综上，本发明的制样方法在针对厚度为2-4mm的大厚度碳纤维板检测，通过精确的胶层厚度控制，及加强板长度的调整，可获得具有稳固的胶粘效果的拉伸试样，弥补了现有检测试样在大厚度碳纤维板检测的空白，具有广泛的实际应用价值。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为用于碳纤维板拉伸强度测试的制样方法的流程框图；
图2为碳纤维板试样的结构示意图；
图3为碳纤维板试样的俯视结构示意图；
图4为碳纤维板试样的端部结构示意图。
图中标号：11、碳纤维板；12、胶粘剂；13、支撑件；14、加强片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参考图1～图4，本发明的实施例提供了一种用于碳纤维板拉伸强度测试的制样方法，包括如下步骤：
S11材料准备，裁切长条状的碳纤维板11，对碳纤维板11的端部进行喷砂处理，喷砂后清除表面的浮砂备用，裁切若干宽度大于碳纤维板11的加强片14备用，准备若干细长状的硬质材料作为支撑件13备用，支撑件13的长度大于加强片14的长度，按比例将胶粘剂12搅拌均匀备用；
S12加强片14安装，将胶粘剂12均匀涂抹到碳纤维板11的端部，在碳纤维板11涂胶部位的两侧靠近边缘处分别放置一根支撑件13，支撑件13沿碳纤维板11的长度方向放置并按入胶粘剂12中，将加强片14覆盖到两根支撑件13上，并粘贴到碳纤维板11端部的板面上；
S13清除多余胶粘剂，采用夹持工具将碳纤维板11端部两面的加强片14夹紧，一段时间后，待无多余胶粘剂12从加强片14与碳纤维板11之间溢出，将溢出的胶粘剂12清理掉；
S14胶粘剂固化，将清除了多余胶粘剂12的碳纤维板11放置于恒温烘箱中，保温一段时间使胶粘剂12完全固化，然后将碳纤维板11取出；
S15试样裁切，拆除夹持工具，将支撑件13伸出加强片14的部分裁切掉，制样完成。
在本实施例中，裁切的碳纤维板试样条为单向纤维，0°方向，对其端部的板面进行喷砂处理，提高了表面粗糙度，可增强加强片14的粘接强度；加强片14采用铝质加强片，其宽度略大于碳纤维板11，确保碳纤维板11端部的板面全部与加强片14的板面有效粘贴；支撑件13采用物化性能稳定的细长材料，可起到支撑加强片13控制胶层厚度的效果；胶粘剂12采用卡夫特青红AB胶，但不仅限于此，同样可采用其他具有高强度粘接作用的胶体。
在加强片13的安装过程中，要使支撑件13的两端均伸出加强片13，方便在挤胶的过程中对支撑件13位置的控制，避免支撑件13随胶粘剂12被挤出而失效。通过选用不同外径的支撑物13，可得到不同胶层厚度的检测试样，实现了对胶层厚度的精确控制。
在碳纤维板拉伸试样的制备过程中，首先将胶粘剂12涂抹在碳纤维板11的两端经喷砂处理的部位，提高了胶粘剂12与碳纤维板11板面的粘接性能。将支撑物13放置在未固化的胶粘剂12中。加强片14粘贴到碳纤维板11端部的各个板面上，通过夹持工具夹持挤胶，10分左右，待无多余的胶粘剂12在夹持力的作用下溢出，使得胶粘层厚度与支撑件13尺寸趋于一致。最后，经固化与支撑件裁切得到最终标准的碳纤维板拉伸强度检测试样。
本发明的制样方法同样适用于如玻纤板等定向纤维增强聚合物基复合材料的拉伸强度测试中。
在一优选实施例中，支撑件13为横截面为圆形的钢丝、铜丝或陶瓷丝，支撑件13的外径为0.3-0.4mm，优选为0.35mm。
在本实施例中，支撑件13还可选用物化性质稳定的薄片形材料或其他金属丝。通过调控所使用支撑件13的尺寸，可以控制胶粘层的厚度。
见表1，根据实验数据表明，胶粘层过厚或者过薄，都会影响加强片与碳纤维板的粘接效果。具体可以解释为：过薄的胶粘层难以提供充足的粘接作用力；过厚的胶粘层在制备过程中容易存留较大的气泡，或者成分不均等现象，造成拉伸试样在高强度的拉伸测试中，胶粘层内部应力集中，导致结构破坏。
表1碳纤维板拉伸强度检测表一
Figure BDA0002617324420000061
针对大厚度(2-4mm)的碳纤维板，制作试样时，有效的胶层厚度控制在0.3-0.4mm，优选为0.35mm，碳纤维板试样的破坏形式为散丝中间段破坏，表明了检测得到的数据为碳纤维板的最大拉伸破坏强度，数据准确度高，弥补了碳纤维板在大厚度这一领域的检测手段。具有极大的推广价值。
在一优选实施例中，加强片14的长度为65-75mm，优选为70mm；加强片14的宽度为13-15mm，优选为14mm；加强片14的厚度为1-2mm，优选为1.5mm。
在本实施例中，标准试样碳纤维板11的宽度(12.5mm)是一定的，加强片14的宽度大于碳纤维板11，因此加强片14的长度决定了加强片14与碳纤维板11之间的粘接面积。
见表2，通过一系列的实验验证发现，适度增长加强片14的长度可以提高加强片14与碳纤维板11之间的锚固作用，防止拉伸试样在高载荷的拉伸试验过程中胶粘层结构崩坏。但是，过长的加强片14会造成加强片14表面受力不均匀，出现由于应力集中造成的纵向劈裂的非正常破坏，未能真正发挥碳纤维板11的最大强度。
表2碳纤维板拉伸强度检测表二
Figure BDA0002617324420000071
针对大厚度(2-4mm)的碳纤维板，制作试样时，加强片的长度选取为65-75mm，优选为70mm。
在表2中，试样组1-3的加强片长度较短，实际的粘接面积有限，造成了碳纤维板试样在拉伸测试中产生了夹持破坏(破坏类型参考GB/T 3354-2014)，从而导致了碳纤维板工作段(加强片之间的部分)无法彻底破坏，测试数据无法真实的反映出碳纤维板的实际拉伸强度。
试样组5-7的加强片的长度较长，造成了碳纤维板工作段长度较短，实际受力面积有限，造成了碳纤维板工作段产生应力集中现象，导致试样不完全破坏，同样无法测试得到真实的拉伸强度数值。
试样组4中，不同厚度的碳纤维板均表现出了中间工作段散丝状爆炸式破坏，展现出了彻底破坏形式，拉伸强度可以得到真实反馈。
综上，长度适中加强片与厚度合适的胶粘层厚度协同作用，在不影响碳纤维板工作段受力的情况下，提高了加强片与碳纤维板之间的粘接作用，提高了拉伸数据的真实性。
在一优选实施例中，胶粘剂固化步骤中的恒温烘箱的温度为30-40度，保温时间为24-48小时。胶粘剂的固化温度不宜过高，避免造成胶体结构破坏；过低则会大大延长固化时间，优选在40度恒温下，固化24小时。
在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于碳纤维板拉伸强度测试的制样方法，其特征在于，包括如下步骤：
材料准备，裁切长条状的碳纤维板，对所述碳纤维板的端部进行喷砂处理，喷砂后清除表面的浮砂备用，裁切若干宽度大于所述碳纤维板的加强片备用，准备若干细长状的硬质材料作为支撑件备用，所述支撑件的长度大于所述加强片的长度，按比例将胶粘剂搅拌均匀备用；
加强片安装，将所述胶粘剂均匀涂抹到所述碳纤维板的端部，在所述碳纤维板涂胶部位的两侧靠近边缘处分别放置一根所述支撑件，所述支撑件沿碳纤维板的长度方向放置并按入胶粘剂中，将所述加强片覆盖到两根支撑件上，并粘贴到所述碳纤维板端部的板面上；
清除多余胶粘剂，采用夹持工具将所述碳纤维板端部两面的加强片夹紧，一段时间后，待无多余胶粘剂从加强片与碳纤维板之间溢出，将溢出的胶粘剂清理掉；
胶粘剂固化，将清除了多余胶粘剂的所述碳纤维板放置于恒温烘箱中，保温一段时间使胶粘剂完全固化，然后将所述碳纤维板取出；
支撑件裁切，拆除夹持工具，将所述支撑件伸出加强片的端部部分裁切掉，制样完成。
2.根据权利要求1所述的制样方法，其特征在于，所述支撑件为横截面为圆形的钢丝、铜丝或陶瓷丝，所述支撑件的外径为0.3-0.4mm，优选为0.35mm。
3.根据权利要求2所述的制样方法，其特征在于，所述加强片的长度为65-75mm，优选为70mm；所述加强片的宽度为13-15mm，优选为14mm；所述加强片的厚度为1-2mm，优选为1.5mm。
4.根据权利要求3所述的制样方法，其特征在于，所述胶粘剂固化步骤中的恒温烘箱的温度为30-40度，保温时间为24-48小时。
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