CN113176128A - 一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法，属于材料测试样品制备方法技术领域。其通过在碳纤维片材成型过程中在碳纤维布两端预先铺设适宜宽度的同一类型的碳纤维布条，得到碳纤维片材的同时形成一次性固化成型的碳纤维布‑树脂基加强片，替代了传统制样方法中待碳纤维片材裁剪成待测尺寸的试件后外粘贴传统加强片或后固化成型树脂型加强片的方法，避免了加强片预处理不当、粘接工艺控制不合理和选择的树脂胶粘剂不恰当等因素引入的测试误差，提高了测试结果的准确性和可靠性。同时在树脂胶粘剂初凝阶段对碳纤维片材进行裁剪，操作更加简便，且可避免固化充分的片材硬度过高时裁剪易引起的尺寸偏差、豁口和试样被灼烧等不利因素。
Description
技术领域
本发明涉及一种制样方法，尤其涉及一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法，属于材料测试样品制备方法技术领域。
背景技术
碳纤维材料具有高抗拉强度、高弹性模量、耐腐蚀性能优异，以及密度低等优点，其与配套树脂胶粘剂复合而成的碳纤维增强树脂基复合材料运用在加固工程中具有施工方便、质量可控、同时不增加结构自重的特点，被广泛应用于水利、桥梁、工业与民用建筑领域等建筑物的补强加固中。而单向碳纤维布的力学性能是影响该复合材料使用效果的关键因素。其中，单向碳纤维布的拉伸性能是其力学性能中尤为重要的一项。
目前，单向碳纤维布拉伸性能的测试方法依据国家标准GB/T 3354-2014《定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法》进行。然而，该标准中并未明确此类样品成型试件的制样方法。现有的关于单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法包括岳清瑞、曹劲松等在《碳纤维布标准检测方法中试件尺寸影响的试验研究》一文中提及的方法，和刘占清、鲍亚楠等在CN104819877A“一种碳纤维布拉伸性能测试的制样方法”专利中公开发明的方法。
但现有的制样方法均存在以下技术难点：
1、均采用从已经硬化的单向碳纤维测片材中裁剪得到测试用的成型样条。当树脂胶粘剂充分浸润单向碳纤维布并硬化形成复合片材后，片材的硬度高、刚性大使得裁剪难度增加，通常需要专用切割工具，裁剪时易出现豁口、或由于切割工具与片材剧烈摩擦出现过热被灼烧现象，增加了试件的不合格率，影响了测试结果的准确性和可靠性；同时专用切割工具裁剪片材对操作人员有一定的技术要求，费时费工，且增加了测试成本；此外，在裁剪过程中会出现粉尘和有害气体污染，不利于长期从事该工作人员的身体健康，且不符合环保理念。
2、均在拉伸用试件成型后制备加强片。粘贴传统的铝片或者纤维增强树脂片时，需要对加强片进行预处理，预处理的效果和粘贴时的粘接工艺将直接影响测试结果，降低了检测结果数据的准确性和可靠性。而一次性固化成型树脂加强片的方式需要使用配套的加强片成型模具，并待树脂加强片固化完全后进行脱模，增加了测试成本和检测周期；此外，该方法中加强片的加强效果受树脂胶粘剂的性能影响，韧性不足的树脂加强片易在测试过程中被夹具夹裂，失去加强效果。
发明内容
为了克服现有技术的上述问题，本发明提出了一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法，用于解决拉伸性能测试样条的准确度和可靠性问题。
为了解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法，包括如下步骤：
(1)从待测碳纤维布上分别裁剪边长为300mm*300mm的碳纤维布1张和边长为300mm*60mm的碳纤维布8条；
(2)选取单向碳纤维布试样固化所需用量的环氧树脂胶粘剂，然后在玻璃平板上放置一张PET聚酯薄膜，将树脂胶粘剂均匀涂覆在PET聚酯薄膜上；
(3)随后取边长为300mm*60mm的碳纤维布条4条，用浸渍胶充分浸润，并分别在上述PET聚酯薄膜的两端各平铺2条被环氧树脂胶粘剂浸润后的碳纤维布条；
(4)将待测的边长为300mm*300mm的碳纤维布平铺在上述PET聚酯薄膜上，并在碳纤维布的两端再次各平铺2条被环氧树脂胶粘剂浸润后的碳纤维布条；
(5)将剩余的环氧树脂胶粘剂均匀涂覆在上述碳纤维布上，刮平环氧树脂胶粘剂，最后再盖上一层PET聚酯薄膜；
(6)采用金属圆棒顺着纤维丝束的方向从中间向两端进行单向碾压，使得碳纤维布被环氧树脂胶粘剂充分浸润，同时挤出多余的环氧树脂胶粘剂，保证胶液的均匀性，并挤走PET聚酯薄膜中存在的气泡；
(7)将上述步骤(6)所得试样进行预固化，固化温度为20～35℃，初步固化时间为3～6h；
(8)检查步骤(7)中的试样固化状态，当试样处于初凝且可裁剪的状态时，将试样顺着纤维丝束的方向进行裁样，得到碳纤维布拉伸性能测试用样条，继续固化，固化温度为20～35℃，固化时间为6～8天。
进一步地，所述步骤(3)中平铺在PET聚脂薄膜一端的2条碳纤维布条应重叠在一起。
进一步地，所述步骤(4)中再次平铺在两端的碳纤维布条应重叠在一起，并与在其下方的所述步骤(3)平铺的碳纤维布条保持在同一个水平位置。
进一步地，所述步骤(6)中使用金属圆棒进行单向碾压时，施加在碳纤维布上的作用力不应使单束纤维丝被剥离开。
进一步地，所述步骤(7)中的固化温度为23℃，初步固化时间为4h。
进一步地，所述步骤(8)中，继续固化的固化温度为23℃，初步固化时间为7天。
进一步地，还包括配胶、去除PET聚酯薄膜和清洗试验工具的步骤。
进一步地，清洗试验工具的步骤设置在所述步骤(1)之前，具体为：使用无水乙醇或丙酮将试验用工具清理干净，并晾干；同时裁剪2张边长为400mm*400mm的PET聚酯薄膜。
进一步地，配胶的步骤设置在所述步骤(1)和步骤(2)之间，具体为：按照产品说明的要求称取适量单向碳纤维布试样固化所需的环氧树脂胶粘剂，并混合均匀。
进一步地，去除PET聚酯薄膜的步骤设置在所述步骤(8)之后，具体为：固化充分后，手动撕取覆盖在碳纤维布拉伸性能测试用样条上的PET聚酯薄膜，得到可上机测试的完整样条。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、在制备成型单向碳纤维片材的过程中，预先在碳纤维布两端铺设碳纤维布条，并用配套树脂胶粘剂完全浸渍，得到碳纤维布-树脂复合加强片，去掉了后期在单向碳纤维布样条两端粘贴传统的加强片或者浇注树脂型加强片的过程，缩短了测试周期，显著降低了测试成本，同时避免了后期由于制作加强片的过程中加强片预处理不当、粘接工艺控制不合理、树脂胶粘剂选择不恰当等而引起的测试结果偏差，提高了拉伸性能测试样条的准确度和可靠性；
2、碳纤维布拉伸测试用样条的裁剪控制在树脂胶粘剂初凝阶段，此时碳纤维布片材具有一定的形状保持能力，同时树脂胶粘剂又未完全固化，硬度较低，容易控制裁剪方向，可直接采用壁纸刀顺着纤维丝束的方向进行裁剪。省去了已有方法中需要的裁剪工具，裁剪过程对人员的技术要求简单，显著降低成本。同时，片材的硬度较低，可避免裁剪时不利切口的引入和试样灼烧现象，降低了样条提前被破坏的概率，试样的合格率更高，保证了测试结果的可靠性。此外，由于树脂胶粘剂尚未硬化完全，裁剪过程不会出现粉尘和有害气体污染，方法更加环保。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
本发明实施例的一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法，包括如下步骤：
(1)使用无水乙醇或丙酮将试验用工具清理干净，并晾干。同时裁剪2张边长为400mm*400mm的PET聚酯薄膜；
(2)从待测碳纤维布上分别裁剪边长为300mm*300mm的碳纤维布1张和边长为300mm*60mm的碳纤维布8条；
(3)配胶：按照产品说明的要求称取适量单向碳纤维布试样固化所需的环氧树脂胶粘剂，并混合均匀；
(4)在玻璃平板(或其他光滑的水平面)上放置上述已裁剪好的PET聚酯薄膜一张，并取1/3重量的配制好的树脂胶粘剂均匀涂覆在PET聚酯薄膜上；
(5)再取1/3重量的混合后的树脂胶粘剂将边长为300mm*60mm的碳纤维布条8条充分浸润，并取4条两两重叠后平铺在已涂覆有树脂胶粘剂的PET聚酯薄膜的两端；
(4)将待测的边长为300mm*300mm的碳纤维布平铺在两端覆盖有窄碳纤维布条的PET聚酯薄膜上，并采用相同的方法再次在碳纤维布的两端各平铺2条被环氧树脂胶粘剂浸润后的碳纤维布条，并使其与覆盖在底面的碳纤维布条保持在同一水平位置；
(5)将剩余1/3重量的环氧树脂胶粘剂均匀涂覆在平铺的被测碳纤维布上，刮平环氧树脂胶粘剂，最后再盖上剩余一张PET聚酯薄膜；
(6)采用金属圆棒顺着纤维丝束的方向从中间向两端进行单向碾压，使得碳纤维布被环氧树脂胶粘剂充分浸润，同时挤出多余的环氧树脂胶粘剂，保证胶液的均匀性，并挤走PET聚酯薄膜中存在的气泡；使用金属圆棒进行单向碾压时，施加在碳纤维布上的作用力不应使单束纤维丝被剥离开。
(7)将上述步骤(6)所得试样进行预固化，固化温度为23℃，初步固化时间为4h；
(8)检查步骤(7)中的试样固化状态，当试样处于初凝且可裁剪的状态时，将试样顺着纤维丝束的方向进行裁样，得到碳纤维布拉伸性能测试用样条，继续固化，固化温度为23℃，固化时间为7天。
(9)固化充分后，手动撕取覆盖在碳纤维布拉伸性能测试用样条上的PET聚酯薄膜，得到可上机测试的完整样条。
上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。
Claims (10)
1.一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)从待测碳纤维布上分别裁剪边长为300mm*300mm的碳纤维布1张和边长为300mm*60mm的碳纤维布8条；
(2)选取单向碳纤维布试样固化所需用量的环氧树脂胶粘剂，然后在玻璃平板上放置一张PET聚酯薄膜，将树脂胶粘剂均匀涂覆在PET聚酯薄膜上；
(3)随后取边长为300mm*60mm的碳纤维布条4条，用浸渍胶充分浸润，并分别在上述PET聚酯薄膜的两端各平铺2条被环氧树脂胶粘剂浸润后的碳纤维布条；
(4)将待测的边长为300mm*300mm的碳纤维布平铺在上述PET聚酯薄膜上，并在碳纤维布的两端再次各平铺2条被环氧树脂胶粘剂浸润后的碳纤维布条；
(5)将剩余的环氧树脂胶粘剂均匀涂覆在上述碳纤维布上，刮平环氧树脂胶粘剂，最后再盖上一层PET聚酯薄膜；
(6)采用金属圆棒顺着纤维丝束的方向从中间向两端进行单向碾压，使得碳纤维布被环氧树脂胶粘剂充分浸润，同时挤出多余的环氧树脂胶粘剂，保证胶液的均匀性，并挤走PET聚酯薄膜中存在的气泡；
(7)将上述步骤(6)所得试样进行预固化，固化温度为20～35℃，初步固化时间为3～6h；
(8)检查步骤(7)中的试样固化状态，当试样处于初凝且可裁剪的状态时，将试样顺着纤维丝束的方向进行裁样，得到碳纤维布拉伸性能测试用样条，继续固化，固化温度为20～35℃，固化时间为6～8天。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中平铺在PET聚脂薄膜一端的2条碳纤维布条应重叠在一起。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中再次平铺在两端的碳纤维布条应重叠在一起，并与在其下方的所述步骤(3)平铺的碳纤维布条保持在同一个水平位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(6)中使用金属圆棒进行单向碾压时，施加在碳纤维布上的作用力不应使单束纤维丝被剥离开。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(7)中的固化温度为23℃，初步固化时间为4h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(8)中，继续固化的固化温度为23℃，初步固化时间为7天。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括配胶、去除PET聚酯薄膜和清洗试验工具的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：清洗试验工具的步骤设置在所述步骤(1)之前，具体为：使用无水乙醇或丙酮将试验用工具清理干净，并晾干；同时裁剪2张边长为400mm*400mm的PET聚酯薄膜。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：配胶的步骤设置在所述步骤(1)和步骤(2)之间，具体为：按照产品说明的要求称取适量单向碳纤维布试样固化所需的环氧树脂胶粘剂，并混合均匀。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：去除PET聚酯薄膜的步骤设置在所述步骤(8)之后，具体为：固化充分后，手动撕取覆盖在碳纤维布拉伸性能测试用样条上的PET聚酯薄膜，得到可上机测试的完整样条。
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| CN114323870B (zh) * | 2022-01-06 | 2023-12-22 | 中国建筑科学研究院有限公司 | 一种高粘度胶粘剂胶体性能试样的制备方法 |
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