CN112462039B - 一种碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法,包括:步骤1,取一束碳纤维,量取碳纤维的初始幅宽;步骤2,将所述碳纤维缠绕等距离固定的光滑圆柱,依次打不少于10个相同直径的活结圈;步骤3,将圆柱自活结圈中抽出,固定碳纤维一端,缓慢拉动碳纤维另一端使活结圈依次解开;步骤4,记录活结圈解开数量,并量取开结后的碳纤维幅宽;步骤5,计算碳纤维弯曲应用工艺性能参数,该弯曲应用工艺性能参数=开结幅宽/初始幅宽×(初始活结圈数量-活结圈解开数量+1)。本发明弯曲应用工艺性能评价方法操作简便,可定量表征碳纤维应用工艺性能,在国产高性能碳纤维工程化研制及编织加工研发方面具有较大应用价值。

Description

一种碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法
技术领域
本发明属于材料性能测试表征领域,具体涉及一种碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法。
背景技术
碳纤维因其优异的比强度、比模量、耐高温、耐腐蚀等性能而备受关注,碳纤维的应用需要与树脂、陶瓷、金属等基体,在特定的成型工艺下进行复合,制备为先进复合材料。以碳纤维为增强体的先进复合材料已经在航空航天、交通、风电、体育休闲等领域获得了广泛的应用。以碳纤维增强树脂基复合材料为例,碳纤维在应用时需先加工为中间体。根据成型工艺的需要,中间体通常分为预浸料和干态织物两大类,分别适用于热压罐成型工艺和液体成型工艺。
碳纤维生产和应用加工过程中经常受到磨损、拉伸、弯折、钩接等作用,会引起纤维单丝断裂而产生毛丝,尤其弯折作用对碳纤维起毛会产生显著影响,毛丝过多会降低最终复合材料制品的性能,进而影响碳纤维的性能转化率。而目前国内外尚缺乏针对碳纤维应用工艺性能的有效定量评价表征方法。因此,定量评价碳纤维的弯折应用工艺性能成为控制及改善碳纤维质量的重要研究方向之一。
发明内容
为了克服现有技术中的不足,本发明人进行了锐意研究,提供了一种碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法,采用打活结圈模拟碳纤维加工应用过程中的弯曲钩接过程,通过解开活结圈数量和纤维幅宽变化评价碳纤维弯曲应用工艺性能,弯曲应用工艺性能参数越大,说明碳纤维弯曲应用工艺性能越差。本发明弯曲应用工艺性能评价方法操作简便,可定量表征碳纤维应用工艺性能,在国产高性能碳纤维工程化研制及编织加工研发方面具有较大的应用价值。
本发明提供的技术方案如下:
第一方面,一种碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法,包括:
步骤1,取一束碳纤维,量取碳纤维的初始幅宽;
步骤2,将所述碳纤维缠绕等距离固定的光滑圆柱,依次打不少于10个相同直径的活结圈;
步骤3,将圆柱自活结圈中抽出,固定碳纤维的一端,缓慢拉动碳纤维的另一端使活结圈依次解开;
步骤4,记录活结圈解开数量,并量取开结后的碳纤维幅宽;
步骤5,计算碳纤维弯曲应用工艺性能参数,该弯曲应用工艺性能参数=开结幅宽/初始幅宽×(初始活结圈数量-活结圈解开数量+1)。
第二方面,第一方面所述的碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法在碳纤维研制生产和编织加工中的应用。
根据本发明提供的一种碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法,具有以下有益效果:
(1)本发明评价方法,通过采用对碳纤维进行打活结和解结,结合解结前后碳纤维幅宽集束性变化,比较全面模拟了碳纤维在真实应用过程中的弯折加工过程;
(2)本发明评价方法,采用碳纤维弯折应用工艺参数评价表征碳纤维研制生产和加工工艺性能,计算简便,实现了碳纤维弯折应用工艺性快速定量表征;
(3)本发明评价方法,采用碳纤维弯曲应用工艺性能制样装置制样过程操作简便,测试稳定性较好,可应用于国产高性能碳纤维工程化研制及高效应用。
附图说明
图1为本发明碳纤维弯折应用工艺性制样装置示意图;
图2为本发明弯曲工艺性制样装置中固定底板上等间距固定光滑圆柱时的示意图。
附图标号说明
1-圆杆;2-固定底板。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明,本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
根据本发明的第一方面,提供了一种碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法,包括:
步骤1,取一束碳纤维,量取碳纤维的初始幅宽;
步骤2,将所述碳纤维缠绕等距离固定的光滑圆柱,依次打不少于10个相同直径的活结圈,如图1所示;
步骤3,将圆柱自活结圈中抽出,固定碳纤维的一端,缓慢拉动碳纤维的另一端使活结圈依次解开;
步骤4,记录活结圈解开数量,并量取开结后的碳纤维幅宽;
步骤5,计算碳纤维弯曲应用工艺性能参数,该弯曲应用工艺性能参数=开结幅宽/初始幅宽×(初始活结圈数量-活结圈解开数量+1)。
本发明中,碳纤维开结前后幅宽变化可以用来评价其集束性能,活结圈解开后幅宽变化越小,说明纤维集束工艺性越好;而开结数量用以衡量碳纤维弯折耐磨的难易程度,活结圈解开数量越多,说明碳纤维弯折耐磨等工艺性越好。
在本发明一种优选的实施方式中,所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维,丝束规格可以为1K~24K和大于24K。
在本发明一种优选的实施方式中,步骤1中,所述碳纤维的量取长度满足打活结圈的数量要求,如100cm;初始幅宽为等距离测量5次以上的平均值。
在本发明一种优选的实施方式中,步骤2中,所述圆柱的数量不少于活结圈的数量,且各圆柱的直径相等。
对于丝束规格1K~24K的碳纤维,所述圆柱的直径为2~8mm,间距5~10cm。
对于丝束规格大于24K的碳纤维,所述圆柱的直径为10~20mm,间距10~20cm。
本发明中,圆柱直径的选择考虑到模拟不同丝束规格的碳纤维在编织应用过程中弯折范围和碳纤维本身模量对弯折性能影响。圆柱直径过小(如1K规格纤维活结圈直径小于2mm),在制作活结圈时受纤维模量刚度影响容易折断单丝,影响碳纤维弯折工艺性评价;圆柱直径过大(如1K规格纤维活结圈直径大于8mm),活结圈容易解开,难以评价不同厂家碳纤维弯折工艺性差异;间距的选择考虑到连续制备不同丝束规格的碳纤维活结圈时的操作便利性和质量一致性,避免相邻活结相互干扰。对于丝束规格1K~24K的碳纤维,圆柱间距低于5cm时,人工较难操作打活结圈,间距大于10cm时则对纤维丝束和底座工装长度要求较高;对于丝束规格大于24K的碳纤维,圆柱的间距低于10cm时人工操作打活结圈难度较大,间距大于20cm时则对纤维丝束和底座工装长度过大。
本发明中,可以采用带有光滑圆柱的弯曲工艺性制样装置实施碳纤维缠绕打活结圈操作,如图2所示,所述弯曲工艺性制样装置中固定底板2上等间距固定有不少于活结圈数量的光滑圆柱1。
在本发明一种优选的实施方式中,步骤4中,所述量取开结后的碳纤维幅宽为等距离测量5次以上的平均值,优选量取位置对应活结圈开结后所在位置。
在本发明一种优选的实施方式中,步骤5中,碳纤维弯曲应用工艺性能参数的数值保留至小数点后一位。
根据本发明的第二方面,提供了第一方面所述的碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法在碳纤维研制生产和编织加工中的应用。
实施例
实施例1
取一束1K国产T300级碳纤维量取纤维初始幅宽,将所述碳纤维缠绕弯曲工艺性装置的光滑钢柱等距离依次打10个直径2mm的活结圈,去除弯曲工艺性装置,固定纤维一端,缓慢拉动纤维另一端使活结圈依次解开;量取记录活结圈解开数量和纤维开结幅宽;计算碳纤维弯曲应用工艺性能参数。碳纤维弯曲应用工艺性能参数见表1。
实施例2
取一束3K国产T300级碳纤维量取纤维初始幅宽,将所述碳纤维缠绕弯曲工艺性装置的光滑钢柱等距离依次打10个直径5mm的活结圈,去除弯曲工艺性装置,固定纤维一端,缓慢拉动纤维另一端使活结圈依次解开;量取记录活结圈解开数量和纤维开结幅宽;计算碳纤维弯曲应用工艺性能参数。碳纤维弯曲应用工艺性能参数见表1。
实施例3
取一束6K国产T800级碳纤维量取纤维初始幅宽,将所述碳纤维缠绕弯曲工艺性装置的光滑钢柱等距离依次打10个直径5mm的活结圈,去除弯曲工艺性装置,固定纤维一端,缓慢拉动纤维另一端使活结圈依次解开;量取记录活结圈解开数量和纤维开结幅宽;计算碳纤维弯曲应用工艺性能参数。碳纤维弯曲应用工艺性能参数见表1。
实施例4
取一束12K国产T800级碳纤维量取纤维初始幅宽,将所述碳纤维缠绕弯曲工艺性装置的光滑钢柱等距离依次打10个直径5mm的活结圈,去除弯曲工艺性装置,固定纤维一端,缓慢拉动纤维另一端使活结圈依次解开;量取记录活结圈解开数量和纤维开结幅宽;计算碳纤维弯曲应用工艺性能参数。碳纤维弯曲应用工艺性能参数见表1。
实施例5
取一束24K国产T800级碳纤维量取纤维初始幅宽,将所述碳纤维缠绕弯曲工艺性装置的光滑钢柱等距离依次打10个直径8mm的活结圈,去除弯曲工艺性装置,固定纤维一端,缓慢拉动纤维另一端使活结圈依次解开;量取记录活结圈解开数量和纤维开结幅宽;计算碳纤维弯曲应用工艺性能参数。碳纤维弯曲应用工艺性能参数见表1。
对比例1
采用日本东丽T300-1K碳纤维按实施例1方法进行制样评价,碳纤维弯曲应用工艺性能参数见表1。
对比例2
采用日本东丽T300-3K碳纤维按实施例2方法进行制样评价,碳纤维弯曲应用工艺性能参数见表1。
对比例3
采用日本东丽T800-6K碳纤维按实施例3方法进行制样评价,碳纤维弯曲应用工艺性能参数见表1。
对比例4
采用日本东丽T800-12K碳纤维按实施例4方法进行制样评价,碳纤维弯曲应用工艺性能参数见表1。
对比例5
采用日本东丽T800-24K碳纤维按实施例5方法进行制样评价,碳纤维弯曲应用工艺性能参数见表1。
表1碳纤维弯折应用工艺性能参数
Figure BDA0002726833710000061
Figure BDA0002726833710000071
从实施例1~5和对比例1~5可以看出,采用本发明评价方法计算得到的碳纤维弯折应用工艺性能参数在1.0~5.0,且日本东丽碳纤维的弯折应用工艺性能参数普遍低于相同规格等级的国产碳纤维。采用本发明弯曲应用工艺性能评价方法操作简便,可定量表征碳纤维应用工艺性能,可应用于国产高性能碳纤维工程化研制及高效应用。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明,不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解,在不偏离本发明精神和范围的情况下,可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进,这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法,其特征在于,包括:
步骤1,取一束碳纤维,量取碳纤维的初始幅宽;
步骤2,将所述碳纤维缠绕等距离固定的光滑圆柱,依次打不少于10个相同直径的活结圈;
步骤3,将圆柱自活结圈中抽出,固定碳纤维的一端,缓慢拉动碳纤维的另一端使活结圈依次解开;
步骤4,记录活结圈解开数量,并量取开结后的碳纤维幅宽;
步骤5,计算碳纤维弯曲应用工艺性能参数,该弯曲应用工艺性能参数=开结幅宽/初始幅宽×(初始活结圈数量-活结圈解开数量+1)。
2.根据权利要求1所述的评价方法,其特征在于,步骤1中,所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维,丝束规格为1K~24K或大于24K。
3.根据权利要求1所述的评价方法,其特征在于,步骤1中,所述碳纤维的初始幅宽为等距离测量5次以上的平均值。
4.根据权利要求1所述的评价方法,其特征在于,步骤2中,所述圆柱的数量不少于活结圈的数量,且各圆柱的直径相等。
5.根据权利要求1所述的评价方法,其特征在于,步骤2中,对于丝束规格1K~24K的碳纤维,所述圆柱的直径为2~8mm。
6.根据权利要求1所述的评价方法,其特征在于,步骤2中,对于丝束规格大于24K的碳纤维,所述圆柱的直径为10~20 mm。
7.根据权利要求1所述的评价方法,其特征在于,步骤2中,采用带有光滑圆柱的弯曲工艺性制样装置实施碳纤维缠绕打活结圈操作,所述弯曲工艺性制样装置中固定底板上等间距固定有不少于活结圈数量的光滑圆柱。
8.根据权利要求1所述的评价方法,其特征在于,步骤4中,所述量取开结后的碳纤维幅宽为等距离测量5次以上的平均值,量取位置对应活结圈开结后所在位置。
9.根据权利要求1所述的评价方法,其特征在于,步骤5中,所述弯曲应用工艺性能参数的数值保留至小数点后一位。
10.权利要求1至9之一所述的碳纤维弯折应用工艺性能的评价方法在碳纤维研制生产和编织加工中的应用。
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