CN112525762A - 一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，通过获取若干等长的碳纤维复合芯样品，对每个碳纤维复合芯样品依次进行表面处理、干燥处理、吸湿处理、老化处理、二次干燥处理、二次吸湿处理，并称取各个阶段每个碳纤维复合芯样品的重量，依据吸湿质量分数计算公式获得每个碳纤维复合芯样品的质量分数，再进一步获得该型碳纤维复合芯样品的吸湿率，依据吸湿率可有效检验碳纤维复合芯的耐水解性能；本发明利用碳纤维复合芯水煮后的吸湿性能，对水解反应造成的碳纤维复合芯劣化性能进行表征，从而了解碳纤维复合芯的耐水解性能优劣；本发明所述方法简洁、易操作，可应用于产品设计、生产品控、抽样试验等多种场合。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料性能试验技术领域，更具体地，涉及一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法。
背景技术
碳纤维复合芯是由碳纤维与树脂基材料复合在一起的圆形棒材，由于具有重量轻、强度高、耐腐蚀性能好等优点，已用于架空线路导线线芯、桥梁用缆索等。在在实际运行过程中，碳纤维复合芯长期暴露在大气环境中，承受着各种气候条件及较强的机械负荷的考验，作为一种树脂基纤维增强复合材料，树脂与碳纤维之间的界面性能对碳纤维复合芯的长期性能有重要影响。目前针对碳纤维复合芯的检验方法，一般按《架空导线用纤维增强树脂基复合材料芯棒》(GB/T 29324)进行，主要包括外观、直径偏差及f值、抗拉强度、线膨胀系数、密度、卷绕、扭转、径向耐压性能、玻璃化转变温度、高温抗拉、弹性模量、耐荧光紫外老化、盐雾试验等，但对碳纤维复合芯的耐水解性能等微观性能尚无对应检验方法，难以全面评估碳纤维复合芯性能。
目前水煮试验作为一种有效的性能试验方法已广泛应用于输电线路复合绝缘子芯棒的性能试验，绝缘子芯棒是一种良好的电气绝缘体，通过采用水煮后加电压，检测泄漏电流的方式反映芯体耐水解性能，但碳纤维复合芯是一种介于导体和绝缘体之间的材料，对其施加电压，将产生较大的电流，因水煮导致的材料水解效应，进而使得测量的泄漏电流变化量相对于碳纤维复合芯本身的电导电流小得多，难以通过加压测量泄漏电流的方法对水解情况进行表征，从而无法套用复合绝缘子芯体的试验方法。另一方面，采用水浸泡或吸湿试验广泛应用于各种材料，但未经预处理的试样只能反映当前的吸湿性能，无法反映材料的耐水解性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，针对现行试验方法中存在的不足，利用碳纤维复合芯水煮后的吸湿性能，对水解反应造成的碳纤维复合芯劣化性能进行表征，从而了解碳纤维复合芯的耐水解性能优劣。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤S1：从生产线随机获取碳纤维复合芯，经切割获取若干等长的碳纤维复合芯样品，并对碳纤维复合芯样品进行表面处理；
步骤S2：对每个碳纤维复合芯样品进行干燥处理后冷却至室温，再称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m1；
步骤S3：将每个碳纤维复合芯样品置于恒温恒湿箱中进行吸湿处理后，称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m2；
步骤S4：对每个碳纤维复合芯样品采用恒温水浴的方式进行湿热老化试验；
步骤S5：湿热老化结束，将每个碳纤维复合芯样品取出擦干，并再次进行干燥处理后冷却至室温，再称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m3；
步骤S6：将每个碳纤维复合芯样品置于恒温恒湿箱中再次进行吸湿处理后，称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m4；
步骤S7：通过下式计算每个碳纤维复合芯样品的吸湿质量分数：
其中，c为每个碳纤维复合芯样品的吸湿质量分数，按％计；
步骤S8：计算所有碳纤维复合芯样品的吸湿质量分数的算术平均数，作为该型碳纤维复合芯的吸湿率，依据吸湿率进行耐水解性能分析；
优选的，步骤S1中，所述表面处理包括，对每个碳纤维复合芯样品的切割面采用180目细纱布进行打磨，再用丙酮及无水乙醇先后进行擦拭。
优选的，步骤S2和S5中，所述干燥处理包括，将每个碳纤维复合芯样品置于鼓风干燥箱中，在80℃下干燥48h，然后置于干燥器中冷却至室温。
优选的，步骤S3和步骤S6中，所述吸湿处理的试验温度设置为30℃，相对湿度95％，吸湿时间100±0.5h。
优选的，采用精度为0.1mg的电子天平称取每个碳纤维复合芯样品的重量。
优选的，步骤S4中，采用含0.1％质量分数NaCl的去离子水溶液对每个碳纤维复合芯试样进行湿热老化试验，老化温度为100℃，老化时间为100h。
优选的，步骤S4中，对老化过程中的水蒸汽进行冷凝回收。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
本发明提供一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，通过获取若干等长的碳纤维复合芯样品，对每个碳纤维复合芯样品依次进行表面处理、干燥处理、吸湿处理、老化处理、二次干燥处理、二次吸湿处理，并称取各个阶段每个碳纤维复合芯样品的重量，依据吸湿质量分数计算公式获得每个碳纤维复合芯样品的质量分数，再进一步获得该型碳纤维复合芯样品的吸湿率，依据吸湿率可有效检验碳纤维复合芯的耐水解性能；通过所述方法，可对碳纤维复合芯的微观性能耐水解性进行检验，弥补了碳纤维复合芯对耐水解性能等微观性能尚无对应检验方法的空白，所述方法与碳纤维复合芯现有的高温抗拉、弹性模量、耐荧光紫外老化、盐雾试验等检验方法相结合，便于全面地评估碳纤维复合芯性能；所述方法简洁、易操作，可应用于产品设计、生产品控、抽样试验等多种场合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法流程图；
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明:
参见图1，本发明提供一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，所述方法具体包括以下步骤：
步骤S1：从生产线随机获取碳纤维复合芯，经切割获取若干等长的碳纤维复合芯样品，并对碳纤维复合芯样品进行表面处理；
步骤S2：对每个碳纤维复合芯样品进行干燥处理后冷却至室温，再称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m1；
步骤S3：将每个碳纤维复合芯样品置于恒温恒湿箱中进行吸湿处理后，称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m2；
步骤S4：对每个碳纤维复合芯样品采用恒温水浴的方式进行湿热老化试验；
步骤S5：湿热老化结束，将每个碳纤维复合芯样品取出擦干，并再次进行干燥处理后冷却至室温，再称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m3；
步骤S6：将每个碳纤维复合芯样品置于恒温恒湿箱中再次进行吸湿处理后，称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m4；
步骤S7：通过下式计算每个碳纤维复合芯样品的吸湿质量分数：
其中，c为每个碳纤维复合芯样品的吸湿质量分数，按％计；
步骤S8：计算所有碳纤维复合芯样品的吸湿质量分数的算术平均数，作为该型碳纤维复合芯的吸湿率，依据吸湿率进行耐水解性能分析；
在本实施例中，对从生产线随机取得的碳纤维复合芯，沿芯体轴向垂直90°方向切割获取3个碳纤维复合芯样品，每个碳纤维复合芯样品长度30mm±1mm。对每个碳纤维复合芯样品依次进行表面处理、干燥处理、吸湿处理、老化处理、二次干燥处理、二次吸湿处理，并称取各个阶段每个碳纤维复合芯样品的重量，依据吸湿质量分数计算公式获得每个碳纤维复合芯样品的质量分数，再进一步通过计算每个碳纤维复合芯样品的质量分数的算术平均数获得该型碳纤维复合芯样品的吸湿率，依据吸湿率可有效检验碳纤维复合芯的耐水解性能；
需要说明的是，吸湿质量分数计算公式中，被减数为碳纤维复合芯样品湿热老化试验后的吸湿质量分数，减数为碳纤维复合芯样品湿热老化试验前的吸湿质量分数，两者相减，即为湿热老化试验对碳纤维复合芯样品吸湿性的影响值，可用于表征碳纤维复合芯样品水解反应的剧烈程度；
进一步的，依据吸湿率检验碳纤维复合芯的耐水解性能的方法为：最后的吸湿率越大，表征碳纤维复合芯水解反应的剧烈程度越强，进而表明碳纤维复合芯的耐水解性能越差；反之，最后的吸湿率越小，表征碳纤维复合芯水解反应的剧烈程度越弱，进而表明碳纤维复合芯的耐水解性能越好；
具体的，步骤S1中，所述表面处理包括，对每个碳纤维复合芯样品的切割面采用180目细纱布进行打磨，再用丙酮及无水乙醇先后进行擦拭。确保碳纤维复合芯样品表面光滑干净，无碎屑，且碳纤维复合芯样品两端面相互平行。
具体的，步骤S2和S5中，所述干燥处理包括，将每个碳纤维复合芯样品置于鼓风干燥箱中，在80℃下干燥48h，然后置于干燥器中冷却至室温。通过对碳纤维复合芯样品进行干燥，脱去碳纤维复合芯样品中的水分，降低碳纤维复合芯样品的含水量，以使碳纤维复合芯样品在吸湿前的状态相一致，便于进行下一步的吸湿处理。
具体的，步骤S3和步骤S6中，所述吸湿处理的试验温度设置为30℃，相对湿度95％，吸湿时间100±0.5h。通过前后两次的吸湿处理，同时获取相应阶段的碳纤维复合芯样品吸湿前后的重量变化，从而了解湿热老化试验对碳纤维复合芯样品吸湿性的影响，便于后期进一步对碳纤维复合芯样品的耐水解性能进行分析。
具体的，采用精度为0.1mg的电子天平称取每个碳纤维复合芯样品的重量。使用高精度的电子天平，可提高对碳纤维复合芯样品的称量精度，减小称量误差，从而减小最后吸湿率的计算误差，进而增强对碳纤维复合芯进行耐水解性能分析的结果准确性。
具体的，步骤S4中，采用含0.1％质量分数NaCl的去离子水溶液对每个碳纤维复合芯试样进行湿热老化试验，老化温度为100℃，老化时间为100h。利用沸水对碳纤维复合芯样品进行湿热老化，模拟实际运行中的高温高湿环境，促使碳纤维复合芯样品发生水解反应。
具体的，步骤S4中，对老化过程中的水蒸汽进行冷凝回收。保证老化过程中恒温水浴容器里水量不变，避免因水量的差异变化对对碳纤维复合芯样品的老化过程产生影响，从而影响最终试验结果的准确性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
步骤S1：从生产线随机获取碳纤维复合芯，经切割获取若干等长的碳纤维复合芯样品，并对碳纤维复合芯样品进行表面处理；
步骤S2：对每个碳纤维复合芯样品进行干燥处理后冷却至室温，再称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m1；
步骤S3：将每个碳纤维复合芯样品置于恒温恒湿箱中进行吸湿处理后，称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m2；
步骤S4：对每个碳纤维复合芯样品采用恒温水浴的方式进行湿热老化试验；
步骤S5：湿热老化结束，将每个碳纤维复合芯样品取出擦干，并再次进行干燥处理后冷却至室温，再称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m3；
步骤S6：将每个碳纤维复合芯样品置于恒温恒湿箱中再次进行吸湿处理后，称取每个碳纤维复合芯样品的重量，记为m4；
步骤S7：通过下式计算每个碳纤维复合芯样品的吸湿质量分数：
其中，c为每个碳纤维复合芯样品的吸湿质量分数，按％计；
步骤S8：计算所有碳纤维复合芯样品的吸湿质量分数的算术平均数，作为该型碳纤维复合芯的吸湿率，依据吸湿率进行耐水解性能分析；
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，其特征在于，步骤S1中，所述表面处理包括，对每个碳纤维复合芯样品的切割面采用180目细纱布进行打磨，再用丙酮及无水乙醇先后进行擦拭。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，其特征在于，步骤S2和S5中，所述干燥处理包括，将每个碳纤维复合芯样品置于鼓风干燥箱中，在80℃下干燥48h，然后置于干燥器中冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，其特征在于，步骤S3和步骤S6中，所述吸湿处理的试验温度设置为30℃，相对湿度95％，吸湿时间100±0.5h。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，其特征在于，采用精度为0.1mg的电子天平称取每个碳纤维复合芯样品的重量。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，其特征在于，步骤S4中，采用含0.1％质量分数NaCl的去离子水溶液对每个碳纤维复合芯试样进行湿热老化试验，老化温度为100℃，老化时间为100h。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯耐水解性能试验方法，其特征在于，步骤S4中，对老化过程中的水蒸汽进行冷凝回收。
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