CN115266457A - 一种碳纤维预浸料含浸程度的测试方法 - Google Patents

一种碳纤维预浸料含浸程度的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维预浸料含浸程度的测试方法。所述方法再传统吸水法的基础上进行改进，将试样的上下表面和左右两侧使用透明胶带封住，有效避免表面吸水和两侧吸水带来的误差，也可避免操作时水溅在试样表面无法清理带来的误差，只需将溅在胶带上的水擦拭干净即可。本发明方法操作简单、方便快捷，误差小、数据重复性良好，能够在碳纤维预浸料的生产和使用过程实现对含浸程度的快速测试。

Description

一种碳纤维预浸料含浸程度的测试方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，涉及一种碳纤维预浸料含浸程度的测试方法。
背景技术
碳纤维预浸料作为复合材料的中间材料，在越来越多的领域得到应用，预浸料的粘性和含浸程度是评价预浸料可操作性的重要指标。特别是在预浸料分切、铺贴和固化成型过程中，预浸料的含浸程度对最终产品的质量有着直接的影响。
目前预浸料的含浸程度的测试方法包括X射线计算机断层扫描法、主动式红外热成像法和吸水法等。其中，X射线法和红外热成像法需要昂贵的设备和较为复杂的操作，而吸水法不需要昂贵的设备并且样本制备和数据分析时间非常短。
然而目前使用的吸水法测试碳纤维预浸料的含浸程度，均存在测试误差大、测试稳定性差等问题。如中国专利申请CN201610392468公开了一种预浸料树脂浸润程度测试方法，该方法利用干纤维与水接触时会发生的毛细管吸水现象，水顺着纤维束间的毛细管上升并浸润纤维直至达到饱和吸水量。被树脂浸润后的纤维间毛细管通道封闭，不能发生毛细管作用而吸水，故而可以利用吸水量的多少来判断含浸后预浸料中干纤维的含量，从而测试预浸料的含浸度。但是由于预浸料表面未作保护，实际操作过程中水汽溅到试样表面造成的误差无法消除，另外采用织物吸湿率与预浸料内部干纱的吸湿率进行对比，未考虑预浸料尺寸过大，预浸料上部分内部的干纱由于树脂的阻碍无法充分吸水，这与同样尺寸织物可以充分吸水情况不同，无法简单按照吸湿率的百分比进行计算含浸度，因此该方法误差较大。并且上述方法只适用于织物预浸料，对于单向预浸料，使用该方法会造成单向纤维散乱掉落，无法测试纤维本身的吸湿率，因此存在局限性。
发明内容
为解决目前吸水法中存在的问题，本发明提供一种具有明显区分度的碳纤维预浸料含浸程度的测试方法。该方法操作简单、误差小、数据重复性良好，能够在碳纤维预浸料的生产和使用过程中实现对含浸程度的快速测试。
本发明的技术方案如下：
一种碳纤维预浸料含浸程度的测试方法，包括以下步骤：
(1)裁取一段长为L、宽为D的碳纤维预浸料试样，并去掉其上表面保护膜；
(2)将预浸料试样上表面全部使用胶带贴覆，且胶带表面光滑无折皱；
(3)去掉预浸料试样下表面离型纸；
(4)将预浸料试样下表面全部使用胶带贴覆，且胶带表面光滑无折皱；
(5)此时预浸料试样的上下端面和左右两侧暴露在空气中，使用胶带将预浸料试样的左右两侧包裹住，仅保留试样的上下端面暴露在空气中；
(6)使用电子天平测试试样的质量m1；
(7)将试样竖立在水中，上端面或下端面插入水中的深度为1～2mm，并记录时间T≥90min。
(8)将试样取出，擦去胶带表面的水滴，并测试试样的质量m2；
(9)试样的吸水量M＝m2－m1，每批预浸料测试4～8个样品取平均值，计为该批预浸料的吸水量；
(10)含浸程度判定：根据预浸料的吸水量判定含浸程度，M值越高含浸度越低。
优选地，步骤(1)中，L＝10～20cm、宽度D＝3～5cm。试样的长度L和宽度D一经确定后就要按照统一尺寸制样，不得随意更改尺寸。预浸料宽度低于3cm，试样尺寸太小不易操作；另外，将预浸料置于水中，受预浸料内树脂的阻碍和碳纤维本身直径小的影响，水顺着纤维丝束间的毛细管上升到5cm以后无法继续上升，因此即使此部分预浸料内部存在干纱，超过5cm以上的部分也无法吸水，试样宽度大于5cm会对测试结果造成误差。因此预浸料宽度以3～5cm为佳。
步骤(2)中，采用的胶带为普通的透明胶带，该胶带能阻止预浸料与水接触。
本发明采用胶带将预浸料试样的上下表面贴覆，左右两侧包裹住，仅留上下端面可以接触到水。这样可以有效避免预浸料表面、两侧吸水带来的误差，同时也可避免操作过程中水花溅到试样表面无法清理而造成的误差。
步骤(6)中，采用的天平精度达到0.1mg。
步骤(7)中，时间T根据试样的长度和宽度来确定，以能够使试样达到吸水饱和为宜。优选为时间T≥90min。当时间T低于90min，会造成预浸料内部干纱吸水不充分，造成测试结果不准确。时间T≥90min，可确保预浸料充分吸水。
步骤(7)中，上端面或下端面插入水中的深度为1～2mm。插入深度＜1mm时吸水效果不好，无法充分吸水；而插入深度越深，预浸料浸泡入水中越多，预浸料中通过毛细管吸水越少，从而影响测试精度。因此插入水中深度为1～2mm时，既能确保预浸料充分吸水，又能保证测试精度。
步骤(10)中，含浸程度分为九个等级，根据吸水量来确定，等级判定标准如下：
Figure BDA0003767490100000031
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用吸水法，利用干纤维与水接触时会发生毛细管吸水现象，水顺着纤维丝束间的毛细管上升并浸润纤维直至达到饱和吸水量。被树脂浸润的纤维间毛细管通道关闭，不能发生毛细作用而吸水，因此可以利用吸水量的多少来判断碳纤维预浸料的含浸程度。在传统吸水法的基础上，本发明对预浸料试样的制样进行改进，将试样的上下表面和左右两侧使用透明胶带封住，可有效避免表面吸水和两侧吸水带来的误差，也可避免操作时水溅在试样表面无法清理带来的误差，将溅在胶带上的水擦拭干净即可。本发明方法操作简单、方便快捷，误差小、数据重复性良好，可在线即时检测，指导连续化生产。
附图说明
图1为本发明中预浸料含浸程度的测试试样制备的示意图；
图2为本发明中预浸料含浸程度的测试方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
一种碳纤维预浸料含浸程度的测试方法，包括如下步骤：
1、裁取一段长为12cm、宽为3cm的预浸料，并去掉其上表面保护膜；
2、将预浸料上表面全部使用透明胶带贴覆，胶带表面光滑无折皱；
3、去掉预浸料下表面离型纸；
4、将预浸料下表面全部使用透明胶带贴覆，胶带表面光滑无折皱；
5、此时试样的上下端面和左右两侧暴露在空气中，使用胶带将试样的左右两侧包裹住，仅保留试样的上下端暴露在空气中；
6、重复制样4个；
7、使用电子天平测试每个试样的质量m1；
8、将试样竖立在水中，上端面插入水中深度为1mm，并记录时间为90min；
9、将试样取出，擦去胶带表面的水滴，并测试每个试样的质量m2；
10、试样的吸水量M＝m2－m1，根据公式计算出4个试样的吸水量分别为25.9mg，24.6mg，24.9mg，25.2mg。该批次预浸料的吸水量取平均值为25.15mg。
表1为预浸料含浸程度等级判定表，根据表1的判定标准，该批预浸料的含浸程度为8级。
表1预浸料含浸程度等级判定表
Figure BDA0003767490100000041
Figure BDA0003767490100000051
实施例2
一种碳纤维预浸料含浸程度的测试方法，包括如下步骤：
1、裁取一段长为12cm、宽为3cm的预浸料，并去掉其上表面保护膜；
2、将预浸料上表面全部使用透明胶带贴覆，胶带表面光滑无折皱；
3、去掉预浸料下表面离型纸；
4、将预浸料下表面全部使用透明胶带贴覆，胶带表面光滑无折皱；
5、此时试样的上下端面和左右两侧暴露在空气中，使用胶带将试样的左右两侧包裹住，仅保留试样的上下端暴露在空气中；
6、重复制样6个；
7、使用电子天平测试每个试样的质量m1；
8、将试样竖立在水中，上端面插入水中深度为1mm，并记录时间90min；
9、将试样取出，擦去胶带表面的水滴，并测试每个试样的质量m2；
10、试样的吸水量M＝m2－m1，根据公式计算出6个试样的吸水量分别为138.4mg，136.1mg，135.4mg，145.1mg，138.6mg，141.5mg。该批次预浸料的吸水量取平均值为139.2mg。
根据表1的判定标准，该批预浸料的含浸程度为5级。
对比例1
使用对实施例2同样的碳纤维预浸料测试含浸度，包括如下过程：
1、裁取一段长为12cm、宽为8cm的预浸料，并去掉其上表面保护膜；
2、将预浸料上表面全部使用透明胶带贴覆，胶带表面光滑无折皱；
3、去掉预浸料下表面离型纸；
4、将预浸料下表面全部使用透明胶带贴覆，胶带表面光滑无折皱；
5、此时试样的上下端面和左右两侧暴露在空气中，使用胶带将试样的左右两侧包裹住，仅保留试样的上下端暴露在空气中；
6、重复制样6个；
7、使用电子天平测试每个试样的质量m1；
8、将试样竖立在水中，上端面插入水中深度为1mm，并记录时间40min；
9、将试样取出，擦去胶带表面的水滴，并测试每个试样的质量m2；
10、试样的吸水量M＝m2－m1，根据公式计算出6个试样的吸水量分别为68mg，55mg，69mg，57mg，62mg，64mg。该批次预浸料的吸水量取平均值为62.5mg。
根据表1的判定标准，该批预浸料的含浸程度为6级。
从上例可以看出，试样宽度过大，插入水中时间过短会造成预浸料无法充分吸水。同样的碳纤维预浸料采用实施例2方法，吸水量为139.2mg，本对比例方法测试吸水量仅为62.5mg。说明试样宽度、时间对测试结果影响较大，选取不合适的测试方法会造成较大的误差。

Claims (5)

1.一种碳纤维预浸料含浸程度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)裁取一段长为L、宽为D的碳纤维预浸料试样，并去掉其上表面保护膜；
(2)将预浸料试样上表面全部使用胶带贴覆，且胶带表面光滑无折皱；
(3)去掉预浸料试样下表面离型纸；
(4)将预浸料试样下表面全部使用胶带贴覆，且胶带表面光滑无折皱；
(5)此时预浸料试样的上下端面和左右两侧暴露在空气中，使用胶带将预浸料试样的左右两侧包裹住，仅保留试样的上下端面暴露在空气中；
(6)使用电子天平测试试样的质量m1；
(7)将试样竖立在水中，上端面或下端面插入水中的深度为1～2mm，并记录时间T≥90min。
(8)将试样取出，擦去胶带表面的水滴，并测试试样的质量m2；
(9)试样的吸水量M＝m2－m1，每批预浸料测试4～8个样品取平均值，计为该批预浸料的吸水量；
(10)含浸程度判定：根据预浸料的吸水量判定含浸程度，M值越高含浸度越低。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(1)中，L＝10～20cm、宽度D＝3～5cm。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(2)中，采用的胶带为透明胶带。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(6)中，采用的天平精度达到0.1mg。
5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤(10)中，含浸程度分为九个等级，根据吸水量来确定，等级判定标准如下：
Figure FDA0003767490090000011
Figure FDA0003767490090000021
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