CN113340783A - 一种碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种碳纤维‑玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法，具体包括以下步骤：使用显微镜测定碳玻拉挤板样品的孔隙率a；采用浸渍法测定碳玻拉挤板样品的体积V0和密度ρ0，并进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际体积V1和实际密度ρ1；将上一步处理的碳玻拉挤板样品烘干冷却，并称出质量m0；采用煅烧法测定碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量mG，并计算得出玻璃纤维的质量百分比含量FWFG；计算得到碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积百分比含量FVFG；根据复合材料混合定律，计算得到碳玻拉挤板样品中碳纤维的质量百分比含量FWFC和树脂的质量百分比含量FWFR。该测试方法安全、准确、方便，可被广泛应用。
Description
技术领域
本申请属于纺织行业纺织品成分定量分析领域，具体涉及一种碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法。
背景技术
随着复合材料行业的发展，玻璃纤维-碳纤维混杂纤维复合材料成为新兴的强韧性结构材料，目前应用在风电叶片、桥梁加固、压缩天然气瓶(航天航空)及固体火箭发动机壳体等宇航结构件，使产品实现了高模量、高韧性、低造价、低重量的优点。碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板(碳玻拉挤板)是一种由玻璃纤维、碳纤维和树脂采用拉挤工艺制作而成的三元复合材料。由于碳纤维可燃烧材料，不能采用煅烧法测试其纤维含量，所以目前一般采用烧失法与消解法(强硫酸洗)相结合的方法来测定。但这种方法需要使用强硫酸，操作步骤不安全，存在较大的危险。因此，研究一种能够安全、方便测试碳玻拉挤板中成分含量的方法是本领域技术人员亟待解决的课题。
发明内容
本申请旨在提供一种安全、准确、方便的碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法。该测试方法没有使用浓硫酸，而是结合了煅烧法、测量质量和密度的浸渍法、复合材料混合定律等多个安全的步骤；该测试方法采用孔隙率对碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板的体积和密度等参数进行修正，从而提高碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中各成分含量的准确度；同时该测试方法也没有提高工作量。
为了实现以上技术效果，本申请采用了以下技术方案：
本申请提供的一种碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法，具体包括以下步骤：
A使用显微镜测定碳玻拉挤板样品的孔隙率a；
B采用浸渍法测定碳玻拉挤板样品的体积V0和碳玻拉挤板样品的密度ρ0，然后利用孔隙率a对碳玻拉挤板样品的体积和密度进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际体积V1和碳玻拉挤板样品的实际密度ρ1；
C将经过步骤B处理的碳玻拉挤板样品烘干冷却，并称出质量m0；
D采用煅烧法测定碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量mG，并根据公式
计算得出玻璃纤维的质量百分比含量FWFG；
E计算得到碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积百分比含量FVFG；
F根据复合材料混合定律，计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的质量百分比含量FWFC和树脂的质量百分比含量FWFR。
优选地，所述步骤A的具体操作为：
A1用切割机裁取得到用于测定孔隙率的碳玻拉挤板样品；
A2用树脂包裹碳玻拉挤板样品，然后研磨纤维横截面方向，得到在显微镜下清晰可见的研磨面；
A3使用显微镜观察研磨面，记录孔隙位置的总面积和观察视野的面积；
A4由计算机软件计算出孔隙位置的总面积和观察视野的面积的百分比，即为碳玻拉挤板样品的孔隙率a。
优选地，裁取样品的尺寸为20×20mm。
优选地，裁取样品的厚度为碳玻拉挤板产品的原厚度。
其中，所述步骤A的具体操作的参考依据为GB/T3365-2008《碳纤维增强塑料孔隙含量和纤维体积百分比含量试验方法》；孔隙率a表示碳玻拉挤板样品中的孔隙体积与碳玻拉挤板样品的体积的百分比。
优选地，所述步骤B的具体操作为：
B1用切割机裁取得到待测的碳玻拉挤板样品，称量出碳玻拉挤板样品在空气中的质量m1；
B2将碳玻拉挤板样品放入浸渍液中，并称量出碳玻拉挤板样品在浸渍液中的质量m2；
B3依据阿基米德原理得出公式
计算出碳玻拉挤板样品的体积V0，其中浸渍液的密度ρ液是已知的；
B4根据公式
计算得出碳玻拉挤板样品的密度ρ0；
B5根据公式V1＝V0-aV0＝(1-a)V0对碳玻拉挤板样品的体积进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际体积V1；
B6根据公式
对碳玻拉挤板样品的密度进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际密度ρ1。
优选地，所述步骤B3的具体操作为：依据阿基米德原理的公式F浮＝V0ρ液g和公式F浮＝(m1-m2)·g，得出公式
计算出碳玻拉挤板样品的体积V0，其中，F浮为碳玻拉挤板所受的浮力，g为重力加速度，浸渍液的密度ρ液是已知的。
其中，所述步骤B的具体操作的参考依据为ISO1183-1:2019《塑料非泡沫塑料密度的测定第1部分浸渍法、比重瓶法和滴定法》；所述碳玻拉挤板样品为多个，尺寸相同并依次编号，采用浸渍法测定各个样品的体积和密度，并进行修正，即得到碳玻拉挤板样品的实际体积V1和碳玻拉挤板样品的实际密度ρ1。
优选地，所述步骤C的具体操作为：
C1将经过步骤B处理的碳玻拉挤板样品放入烘箱烘干水份，冷却后称出碳玻拉挤板样品的质量m0。
优选地，所述步骤D的具体操作为：
D1将坩埚放入烘箱烘干水份，冷却后称出坩埚的质量m3；
D2将经过步骤C处理的碳玻拉挤板样品装入烘干的坩埚中，并放入马弗炉内600℃煅烧至恒重，坩埚内为碳玻拉挤板残留物；
D3将带有碳玻拉挤板残留物的坩埚取出，干燥冷却至室温，称量坩埚和碳玻拉挤板残留物的总质量m4；
D4碳纤维和树脂都已被煅烧干净，残留物为玻璃纤维，根据公式mG＝m4-m3计算得出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量mG；
D5根据公式
计算出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量百分比含量FWFG。
其中，所述步骤D的具体操作的参考依据为ISO1172:1996《纺织玻璃纤维增强塑料，预浸料，模塑料和层压塑料纺织玻璃纤维和矿物质填料含量的测定》。
优选地，所述步骤E的具体操作为：
E1根据公式
计算得出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积VG，其中玻璃纤维密度ρG是已知的；
E2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积百分比含量FVFG。
可选地，根据公式V1＝V0-aV0＝(1-a)V0、公式mG＝m4-m3、公式
公式
可得出公式
可选地，所述步骤F的具体操作为：
F1根据复合材料混合定律，得出公式FVFG·ρG+FVFC·ρC+FVFR·ρR＝ρ1和公式FVFG+FVFC+FVFR+a＝100％，其中碳纤维的密度ρC和树脂的密度ρR是已知的，通过两个公式联立计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积百分比含量FVFC和碳玻拉挤板样品中树脂的体积百分比含量FVFR；
F2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中碳纤维的质量百分比含量FWFC，然后根据公式FWFR＝100％-FWFG-FWFC计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFR。
可选地，所述步骤F的具体操作为：
F1根据复合材料混合定律，得出公式FVFG·ρG+FVFC·ρC+FVFR·ρR＝ρ1和公式FVFG+FVFC+FVFR+a＝100％，其中碳纤维的密度ρC和树脂的密度ρR是已知的，通过两个公式联立计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积百分比含量FVFC和碳玻拉挤板样品中树脂的体积百分比含量FVFR；
F2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFR，然后根据公式FWFC＝100％-FWFG-FWFR计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFC。
可选地，所述步骤F的具体操作为：
F1根据复合材料混合定律，得出公式FVFG·ρG+FVFC·ρC+FVFR·ρR＝ρ1和公式FVFG+FVFC+FVFR+a＝100％，其中碳纤维的密度ρC和树脂的密度ρR是已知的，通过两个公式联立计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积百分比含量FVFC和碳玻拉挤板样品中树脂的体积百分比含量FVFR；
F2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中碳纤维的质量百分比含量FWFC，同时根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFR。
根据复合材料混合定律可知，复合材料的密度等于各组分体积百分与密度之积的和(即FVFG·ρG+FVFC·ρC+FVFR·ρR＝ρ1)，并且复合材料中各组份的体积百分比含量之和等于100％(即FVFG+FVFC+FVFR+a＝100％)
可选地，根据公式VC＝FVFC×V1、公式mc＝VC·ρC、公式
得出公式
其中VC为碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积。
可选地，根据公式VR＝FVFR×V1、公式mR＝VR·ρR、公式
得出公式
其中VR为碳玻拉挤板样品中树脂的体积。
优选地，所述碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法具体包括以下步骤：
A1用切割机裁取得到用于测定孔隙率的碳玻拉挤板样品；
A2用树脂包裹碳玻拉挤板样品，然后研磨纤维横截面方向，得到在显微镜下清晰可见的研磨面；
A3使用显微镜观察研磨面，记录孔隙位置的总面积和观察视野的面积；
A4由计算机软件计算出孔隙位置的总面积和观察视野的面积的百分比，即为碳玻拉挤板样品的孔隙率a；
B1切割机裁取得到待测的碳玻拉挤板样品，称量出碳玻拉挤板样品在空气中的质量m1；
B2将碳玻拉挤板样品放入浸渍液中，并称量出碳玻拉挤板样品在浸渍液中的质量m2；
B3依据阿基米德原理得出公式
计算出碳玻拉挤板样品的体积V0，其中浸渍液的密度ρ液是已知的；
B4根据公式
计算得出碳玻拉挤板样品的密度ρ0；
B5根据公式V1＝V0-aV0＝(1-a)V0对碳玻拉挤板样品的体积进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际体积V1；
B6根据公式
对碳玻拉挤板样品的密度进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际密度ρ1；
C1将经过步骤B处理的碳玻拉挤板样品放入烘箱烘干水份，冷却后称出碳玻拉挤板样品的质量m0；
D1将坩埚放入烘箱烘干水份，冷却后称出坩埚的质量m3；
D2将经过步骤C处理的碳玻拉挤板样品装入烘干的坩埚中，并放入马弗炉内600℃煅烧至恒重，坩埚内为碳玻拉挤板残留物；
D3将带有碳玻拉挤板残留物的坩埚取出，干燥冷却至室温，称量坩埚和碳玻拉挤板残留物的总质量m4；
D4碳纤维和树脂都已被煅烧干净，残留物为玻璃纤维，根据公式mG＝m4-m3计算得出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量mG；
D5根据公式
计算出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量百分比含量FWFG；
E1根据公式
计算得出玻璃纤维的体积VG，其中玻璃纤维密度ρG是已知的；
E2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积百分比含量FVFG；
F1根据复合材料混合定律，得出公式FVFG·ρG+FVFC·ρC+FVFR·ρR＝ρ1和公式FVFG+FVFC+FVFR+a＝100％，其中碳纤维的密度ρC和树脂的密度ρR是已知的，通过两个公式联立计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积百分比含量FVFC和碳玻拉挤板样品中树脂的体积百分比含量FVFR；
F2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中碳纤维的质量百分比含量FWFC，同时根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFR。
本申请提供的一种碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法，没有使用浓硫酸，而是结合了煅烧法、测量质量和密度的浸渍法、复合材料混合定律等多个步骤，提高了操作安全性。由于碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板是一种复合材料，其在在制造过程中都会产生一定的孔隙，但是复合材料混合定律是建立在材料中不存在孔隙的基础上的，因此本申请采用孔隙率对碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板的体积和密度等参数进行修正，从而提高碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中各成分含量的准确度。由于密度测量和孔隙率测定是复合材料必做的基础测试，采用本申请的测试方法并没有增加工作量。总之，本申请提供的碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法是一种安全、准确、方便的测试方法。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1
一种碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法，具体包括以下步骤：
A1用切割机裁取得到6块用于测定孔隙率的碳玻拉挤板样品，裁取样品的尺寸为20×20mm，厚度为碳玻拉挤板产品的原厚度5mm；
A2用树脂包裹碳玻拉挤板样品，然后研磨纤维横截面方向，得到在显微镜下清晰可见的研磨面；
A3使用显微镜观察研磨面，记录孔隙位置的总面积和观察视野的面积；
A4由计算机软件计算出孔隙位置的总面积和观察视野的面积的百分比，得到碳玻拉挤板样品的孔隙率a；
B1在同一碳玻拉挤板产品中，用切割机重新裁取9块尺寸为25mm×25mm×5mm的碳玻拉挤板样品，得到待测的碳玻拉挤板样品，称量出碳玻拉挤板样品在空气中的质量m1；
B2将碳玻拉挤板样品放入浸渍液中，并称量出碳玻拉挤板样品在浸渍液中的质量m2；
B3依据阿基米德原理的公式F浮＝V0ρ液g和公式F浮＝(m1-m2)·g得出公式
计算出碳玻拉挤板样品的体积V0，其中，F浮为碳玻拉挤板所受的浮力，g为重力加速度，浸渍液的密度ρ液是已知的；
B4根据公式
计算得出碳玻拉挤板样品的密度ρ0；
B5根据公式V1＝V0-aV0＝(1-a)V0对碳玻拉挤板样品的体积进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际体积V1；
B6根据公式
对碳玻拉挤板样品的密度进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际密度ρ1；
C1将经过步骤B2处理的碳玻拉挤板样品放入烘箱烘干水份，冷却后称出碳玻拉挤板样品的质量m0；
D1将坩埚放入烘箱烘干水份，冷却后称出坩埚的质量m3；
D2将经过步骤C1处理的碳玻拉挤板样品装入烘干的坩埚中，并放入马弗炉内600℃煅烧至恒重，坩埚内为碳玻拉挤板残留物；
D3将带有碳玻拉挤板残留物的坩埚取出，干燥冷却至室温，称量坩埚和碳玻拉挤板残留物的总质量m4；
D4碳纤维和树脂都已被煅烧干净，残留物为玻璃纤维，根据公式mG＝m4-m3计算得出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量mG；
D5根据公式
计算出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量百分比含量FWFG；
E1根据公式
计算得出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积VG，其中玻璃纤维密度ρG是已知的；
E2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积百分比含量FVFG；
F1根据复合材料混合定律，得出公式FVFG·ρG+FVFC·ρC+FVFR·ρR＝ρ1和公式FVFG+FVFC+FVFR+a＝100％，其中碳纤维的密度ρC和树脂的密度ρR是已知的，通过两个公式联立计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积百分比含量FVFC和碳玻拉挤板样品中树脂的体积百分比含量FVFR；
F2根据公式VC＝FVFC×V1、公式mc＝VC·ρC、公式
得出公式
计算得到碳玻拉挤板样品中碳纤维的质量百分比含量FWFC；根据公式VR＝FVFR×V1、公式mR＝VR·ρR、公式
得出公式
计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFR，其中，VC为碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积，VR为碳玻拉挤板样品中树脂的体积。
检测结果及分析
在测定碳玻拉挤板样品的孔隙率a时，裁取了6块碳玻拉挤板样品，编号分别为1、2、3、4、5、6，测定6块样品的孔隙率，并求取孔隙率平均值，即为碳玻拉挤板样品的孔隙率a，其结果如表1所示。
表1碳玻拉挤板的孔隙率
| 编号 | 碳玻拉挤板孔隙率/％ |
| 1 | 0.553 |
| 2 | 0.531 |
| 3 | 0.517 |
| 4 | 0.491 |
| 5 | 0.497 |
| 6 | 0.527 |
| 均值(a) | 0.519 |
在测定碳玻拉挤板样品的体积密度时，裁取了9块碳玻拉挤板样品，编号分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9，测定9块碳玻拉挤板样品的体积V0和密度ρ0，并分别进行修正，得到碳玻拉挤板样品的实际体积V1和实际密度ρ1；并计算9块碳玻拉挤板样品中玻璃纤维、碳纤维、树脂各自的含量(每种成分的含量均以质量百分比含量和体积百分比含量表示)。其中，碳玻拉挤板样品的密度结果如表2所示，碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量百分比含量和体积百分比含量的结果如表3所示，碳玻拉挤板样品中碳纤维和树脂各自的质量百分比含量和体积百分比含量的结果如表4所示。
表2碳玻拉挤板样品的密度
表3碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的含量
表4碳玻拉挤板样品中碳纤维和环氧树脂的含量
由表3和表4可见，通过本申请的测试方法测定的碳玻拉挤板的纤维和树脂含量结果稳定，具有可重复性。
将计算得到的碳玻拉挤板样品中的玻璃纤维质量百分比含量、碳纤维质量百分比含量和环氧树脂质量百分比含量分别取平均值(即为测试值)，与理论值对比结果如表5所示。
表5碳玻拉挤板三种成分质量百分比含量与理论值对比表
| 成分 | 理论值/％ | 测试值/％ | 相对误差 |
| 玻璃纤维 | 52 | 52.14 | 0.14 |
| 碳纤维 | 29 | 29.10 | 0.10 |
| 环氧树脂 | 19 | 18.76 | -0.24 |
由表5可见，测试值与理论值相对误差很小。这说明采用煅烧法、测量质量和密度的浸渍法、复合材料混合定律相结合，以孔隙率作修正，求得碳玻拉挤板纤维含量的方法是可行的。
综上，本申请提供的一种碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法，没有使用浓硫酸，而是结合了煅烧法、测量质量和密度的浸渍法、复合材料混合定律等多个步骤，提高了操作安全性。由于碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板是一种复合材料，其在在制造过程中都会产生一定的孔隙，但是复合材料混合定律是建立在材料中不存在孔隙的基础上的，因此本申请采用孔隙率对碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板的体积和密度等参数进行修正，从而提高碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中各成分含量的准确度。由于密度测量和孔隙率测定是复合材料必做的基础测试，采用本申请的测试方法也没有增加工作量。总之本申请提供的碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法是一种安全、准确、方便的测试方法。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种碳纤维-玻璃纤维混杂纤维拉挤板中成分含量的测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A使用显微镜测定碳玻拉挤板样品的孔隙率a；
B采用浸渍法测定碳玻拉挤板样品的体积V0和碳玻拉挤板样品的密度ρ0，然后利用孔隙率a对碳玻拉挤板样品的体积和密度进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际体积V1和碳玻拉挤板样品的实际密度ρ1；
C将经过步骤B处理的碳玻拉挤板样品烘干冷却，并称出质量m0；
D采用煅烧法测定碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量mG，并根据公式
计算得出玻璃纤维的质量百分比含量FWFG；
E计算得到碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积百分比含量FVFG；
F根据复合材料混合定律，计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的质量百分比含量FWFC和树脂的质量百分比含量FWFR。
2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤A的具体操作为：
A1用切割机裁取得到用于测定孔隙率的碳玻拉挤板样品；
A2用树脂包裹碳玻拉挤板样品，然后研磨纤维横截面方向，得到在显微镜下清晰可见的研磨面；
A3使用显微镜观察研磨面，记录孔隙位置的总面积和观察视野的面积；
A4由计算机软件计算出孔隙位置的总面积和观察视野的面积的百分比，即为碳玻拉挤板样品的孔隙率a。
3.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤B的具体操作为：
B1用切割机裁取得到待测的碳玻拉挤板样品，称量出碳玻拉挤板样品在空气中的质量m1；
B2将碳玻拉挤板样品放入浸渍液中，并称量出碳玻拉挤板样品在浸渍液中的质量m2；
B3依据阿基米德原理得出公式
计算出碳玻拉挤板样品的体积V0，其中浸渍液的密度ρ液是已知的；
B4根据公式
计算得出碳玻拉挤板样品的密度ρ0；
B5根据公式V1＝V0-aV0＝(1-a)V0对碳玻拉挤板样品的体积进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际体积V1；
B6根据公式
对碳玻拉挤板样品的密度进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际密度ρ1。
4.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤C的具体操作为：
C1将经过步骤B处理的碳玻拉挤板样品放入烘箱烘干水份，冷却后称出碳玻拉挤板样品的质量m0。
5.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤D的具体操作为：
D1将坩埚放入烘箱烘干水份，冷却后称出坩埚的质量m3；
D2将经过步骤C处理的碳玻拉挤板样品装入烘干的坩埚中，并放入马弗炉内600℃煅烧至恒重，坩埚内为碳玻拉挤板残留物；
D3将带有碳玻拉挤板残留物的坩埚取出，干燥冷却至室温，称量坩埚和碳玻拉挤板残留物的总质量m4；
D4碳纤维和树脂都已被煅烧干净，残留物为玻璃纤维，根据公式mG＝m4-m3计算得出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量mG；
D5根据公式
计算出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量百分比含量FWFG。
6.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤E的具体操作为：
E1根据公式
计算得出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积VG，其中玻璃纤维密度ρG是已知的；
E2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积百分比含量FVFG。
7.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤F的具体操作为：
F1根据复合材料混合定律，得出公式FVFG·ρG+FVFC·ρC+FVFR·ρR＝ρ1和公式FVFG+FVFC+FVFR+a＝100％，其中碳纤维的密度ρC和树脂的密度ρR是已知的，通过两个公式联立计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积百分比含量FVFC和碳玻拉挤板样品中树脂的体积百分比含量FVFR；
F2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中碳纤维的质量百分比含量FWFC，然后根据公式FWFR＝100％-FWFG-FWFC计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFR。
8.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤F的具体操作为：
F1根据复合材料混合定律，得出公式FVFG·ρG+FVFC·ρC+FVFR·ρR＝ρ1和公式FVFG+FVFC+FVFR+a＝100％，其中碳纤维的密度ρC和树脂的密度ρR是已知的，通过两个公式联立计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积百分比含量FVFC和碳玻拉挤板样品中树脂的体积百分比含量FVFR；
F2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFR，然后根据公式FWFC＝100％-FWFG-FWFR计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFC。
9.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤F的具体操作为：
F1根据复合材料混合定律，得出公式FVFG·ρG+FVFC·ρC+FVFR·ρR＝ρ1和公式FVFG+FVFC+FVFR+a＝100％，其中碳纤维的密度ρC和树脂的密度ρR是已知的，通过两个公式联立计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积百分比含量FVFC和碳玻拉挤板样品中树脂的体积百分比含量FVFR；
F2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中碳纤维的质量百分比含量FWFC，同时根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFR。
10.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A1用切割机裁取得到用于测定孔隙率的碳玻拉挤板样品；
A2用树脂包裹碳玻拉挤板样品，然后研磨纤维横截面方向，得到在显微镜下清晰可见的研磨面；
A3使用显微镜观察研磨面，记录孔隙位置的总面积和观察视野的面积；
A4由计算机软件计算出孔隙位置的总面积和观察视野的面积的百分比，即为碳玻拉挤板样品的孔隙率a；
B1用切割机裁取得到待测的碳玻拉挤板样品，称量出碳玻拉挤板样品在空气中的质量m1；
B2将碳玻拉挤板样品放入浸渍液中，并称量出碳玻拉挤板样品在浸渍液中的质量m2；
B3依据阿基米德原理得出公式
计算出碳玻拉挤板样品的体积V0，其中浸渍液的密度ρ液是已知的；
B4根据公式
计算得出碳玻拉挤板样品的密度ρ0；
B5根据公式V1＝V0-aV0＝(1-a)V0对碳玻拉挤板样品的体积进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际体积V1；
B6根据公式
对碳玻拉挤板样品的密度进行修正，计算得到碳玻拉挤板样品的实际密度ρ1；
C1将经过步骤B2处理的碳玻拉挤板样品放入烘箱烘干水份，冷却后称出碳玻拉挤板样品的质量m0；
D1将坩埚放入烘箱烘干水份，冷却后称出坩埚的质量m3；
D2将经过步骤C处理的碳玻拉挤板样品装入烘干的坩埚中，并放入马弗炉内600℃煅烧至恒重，坩埚内为碳玻拉挤板残留物；
D3将带有碳玻拉挤板残留物的坩埚取出，干燥冷却至室温，称量坩埚和碳玻拉挤板残留物的总质量m4；
D4碳纤维和树脂都已被煅烧干净，残留物为玻璃纤维，根据公式mG＝m4-m3计算得出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量mG；
D5根据公式
计算出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的质量百分比含量FWFG；
E1根据公式
计算得出碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积VG，其中玻璃纤维密度ρG是已知的；
E2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中玻璃纤维的体积百分比含量FVFG；
F1根据复合材料混合定律，得出公式FVFG·ρG+FVFC·ρC+FVFR·ρR＝ρ1和公式FVFG+FVFC+FVFR+a＝100％，其中碳纤维的密度ρC和树脂的密度ρR是已知的，通过两个公式联立计算得出碳玻拉挤板样品中碳纤维的体积百分比含量FVFC和碳玻拉挤板样品中树脂的体积百分比含量FVFR；
F2根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中碳纤维的质量百分比含量FWFC，同时根据公式
计算得到碳玻拉挤板样品中树脂的质量百分比含量FWFR。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5144245A (en) * | 1991-04-05 | 1992-09-01 | Teleco Oilfield Services Inc. | Method for evaluating a borehole formation based on a formation resistivity log generated by a wave propagation formation evaluation tool |
| CN104730211A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-06-24 | 东华大学 | 一种复合材料纤维体积含量的测试方法 |
| CN112213195A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-01-12 | 常州达姆斯检测技术有限公司 | 一种碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料疲劳性能预测方法 |
| CN112540024A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-23 | 廊坊市飞泽复合材料科技有限公司 | 一种复合材料纤维体积含量的测试方法 |
-
2021
- 2021-05-10 CN CN202110505985.3A patent/CN113340783B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5144245A (en) * | 1991-04-05 | 1992-09-01 | Teleco Oilfield Services Inc. | Method for evaluating a borehole formation based on a formation resistivity log generated by a wave propagation formation evaluation tool |
| CN104730211A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-06-24 | 东华大学 | 一种复合材料纤维体积含量的测试方法 |
| CN112213195A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-01-12 | 常州达姆斯检测技术有限公司 | 一种碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料疲劳性能预测方法 |
| CN112540024A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-23 | 廊坊市飞泽复合材料科技有限公司 | 一种复合材料纤维体积含量的测试方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 万喜伟: "碳纤维增强镍基复合材料的制备方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》, 15 February 2009 (2009-02-15), pages 33 - 34 * |
| 中国建筑材料工业协会: "GB/T 2577 一种玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法", 《中华人民共和国国家标准》, 18 May 2005 (2005-05-18), pages 1 - 4 * |
| 中国建筑材料联合会: "GB/T 3365碳纤维增强塑料孔隙含量和纤维体积含量试验方法", 《中华人民共和国国家标准》, 30 June 2008 (2008-06-30), pages 1 - 4 * |
| 陈汝训: "混杂纤维复合材料的体积含量、质量含量和孔隙率", 《固体火箭技术》, 15 April 2011 (2011-04-15), pages 239 - 240 * |
Also Published As
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