一种碳纤维集束性测试装置及测试、评价方法制造方法及图纸

一种碳纤维集束性测试装置及测试、评价方法，装置包括测试操作平台、样品固定装置、样品展开工具；所述测试操作平台表面相互垂直的两个方向均设置刻度，所述样品固定装置的表面材料为能够根据外力的施加或撤销产生伸缩的弹性材料，该弹性材料与碳纤维之间能够产生粘附/吸附力，用于柔性固定集束性测试过程中的碳纤维样品；上述柔性固定是指外力施加或撤销时，碳纤维样品与样品固定装置的表面之间无相对运动，仅产生弹性材料的伸缩；所述样品展开工具，用于展开放置在测试操作平台上由样品固定装置柔性固定的碳纤维样品、并维持其展开状态。态。态。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维集束性测试装置及测试、评价方法


[0001]本专利技术涉及一种碳纤维集束性测试装置、测试方法、定量评价指标及展开性定性评价方法，属于碳纤维应用工艺性评价


技术介绍

[0002]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。
[0003]根据现有碳纤维预浸料制备工艺过程，碳纤维丝束需要通过大量篦子和导丝辊，而干态织物编织过程中，纤维束来回穿插、反复摩擦、弯折，势必会因摩擦产生损伤，造成断丝、毛丝、毛团、甚至断纱，影响中间体中纤维的取向性和质量的均匀性，最终影响碳纤维的性能转化率。因此，碳纤维“应用工艺性能”对碳纤维工程应用具有非常显著的影响，评价碳纤维的工艺性成为控制及改善碳纤维质量的重要研究方向之一。
[0004]当前，定量评价碳纤维工艺性的方法较少，尚未形成统一测试标准。而碳纤维工艺性往往是多个碳纤维性能指标的综合体现，其工艺性表现受到碳纤维模量、耐弯折性、耐磨性、断头率、表面上浆剂种类及含量等众多因素影响，这更加增加了碳纤维工艺性评价和研究的难度。
[0005]集束性是指纤维或纱线中单丝与单丝相互抱合，聚集成捆(束)的能力。碳纤维集束性越好，一方面可以减小与外界器物的接触面，减少摩擦损伤，另一方面可以更好保持单丝的平行度和共同承力能力，增强纤维束的耐磨性能。此外，碳纤维集束性不仅反映了纤维单丝之间的抱合聚集能力，也能侧面反映碳纤维制备过程中牵伸和上浆等工艺的稳定性和均匀性。因此碳纤维集束性的客观、有效、快速评价对指导碳纤维制备工艺改进和工程应用，具有指导意义。目前国内尚没有专门针对碳纤维“集束性”测试的相关专利和研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种碳纤维应用工艺性能测试装置，本专利技术提供的碳纤维集束性测试装置设置了操作平台、样品固定压块、样品展开针状物，可定量测试碳纤维集束性，并定性评价碳纤维展开特性。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种碳纤维集束性的测试方法——展开/回弹法，该方法可实现碳纤维集束性客观、快速、有效测试，为评价及研究碳纤维的应用工艺性提供有效的测试方法。
[0008]本专利技术的目的之三在于提供一种碳纤维集束性的定量评价指标，该指标可定量评价碳纤维集束性，为评价及研究碳纤维的应用工艺性提供量化指标。
[0009]本专利技术的目的之四在于提供一种碳纤维集束性/展开性的定性评价方法，该方法可定性评价碳纤维丝束集束/展开特性，为评价及研究碳纤维的应用工艺性提供直观可视参考。
[0010]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种碳纤维集束性测试装置，包括测试操作平台、样品固定装置、样品展开工具；所述测试操作平台表面相互垂直的两个方向均设置刻度，所述样品固定装置的表面材料为能够根据外力的施加或撤销产生伸缩的弹性材料，该弹性材料与碳纤维之间能够产生粘附/吸附力，用于柔性固定集束性测试过程中的碳纤维样品；上述柔性固定是指外力施加或撤销时，碳纤维样品与样品固定装置的表面之间无相对运动，仅产生弹性材料的伸缩；所述样品展开工具，用于展开放置在测试操作平台上由样品固定装置柔性固定的碳纤维样品、并维持其展开状态。
[0011]优选的，样品固定装置对碳纤维样品的固定方向和样品展开工具对碳纤维样品的展开方向，与上述测试操作平台相互垂直的两个方向分别垂直。
[0012]优选的，样品固定装置选用橡胶材料，通过调整自身重量及其与碳纤维样品之间的接触面积，使二者之间的压强为5.8
±
0.2KPa。
[0013]优选的，样品展开工具为便于插装在测试操作平台上的针状物，直径在0.5～1mm之间。
[0014]一种碳纤维集束性测试方法，包括：
[0015]将一组待测试碳纤维样品进行预处理，以释放样品中的内部应力，并使释放后的碳纤维样品处于平直状态；
[0016]将上述处理后的一个碳纤维样品子样放置在权利要求1所述的测试操作平台上，两端通过样品固定装置柔性固定，并通过样品展开工具展开并维持展开状态至固定的时长；
[0017]拔除样品展开工具并解除一端的柔性固定，使碳纤维样品自由回弹至预设时长，完成一次测试；
[0018]重复上述测试过程至少完成10个子样的测试，即完成该组碳纤维样品的集束性测试。
[0019]优选的，所述的预处理为截取后的碳纤维样品在自由状态下放置6h以上。
[0020]优选的，碳纤维样品两端柔性固定的标距为300
±
1mm；样品展开工具对碳纤维样品展开的最大宽度即展距为30
±
0.5mm；固定的时长为60
±
3s。
[0021]优选的，回弹预设时长为120
±
5s。
[0022]一种碳纤维集束性的定量评价方法，包括：
[0023]确定碳纤维集束性定量评价指标，即回弹率，所述回弹率为纤维束在外力作用撤除后自由回弹的比率，单位为％；
[0024]根据测试数据，计算回弹率。
[0025]优选的，回弹率＝(展距
‑
回弹距)
÷
(展距
‑
幅宽)
×
100％，取所有子样的回弹率均值作为最终的评价结果；
[0026]上述展距为样品展开工具对碳纤维样品展开的最大宽度；回弹距为自由回弹至预设时长时测量的碳纤维样品沿展开方向的最大宽度；幅宽为碳纤维样品在自由状态下最外侧两根单丝外缘之间的垂直距离。
[0027]一种碳纤维集束性的定性评价方法，通过记录和观察碳纤维样品展开状态时的展开形状及均匀性、开纤程度，定性评价碳纤维丝束展开特性。
[0028]优选的，通过观察碳纤维样品自由回弹至预设时长时的回弹程度和形状，定性描述碳纤维集束特性。
[0029]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0030]1、提供了一种可供集束性测试的装置，包括测试操作平台、样品固定装置和样品展开工具，填补了国内空白。该装置体量小，对使用面积要求较低；制作方法简单、成本低、便于操作，利于推广和应用。
[0031]2、提供了一种碳纤维集束性能的测试评价方法，填补了国内空白。该方法较大程度模拟还原了碳纤维在实际使用过程中的受力方式，能够客观反映碳纤维应用工艺性。该方法步骤少、操作方法简单，便于测试人员培养，利于推广和应用。
[0032]3、上述测试方法中的集束性指标，可量化、可重复、离散低，时间和空间稳定性都较高，测试结果客观、真实、稳定，利于多样品的性能对比分析。
[0033]4、上述测试方法中涉及的标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维集束性测试装置，其特征在于：包括测试操作平台、样品固定装置、样品展开工具；所述测试操作平台表面相互垂直的两个方向均设置刻度，所述样品固定装置的表面材料为能够根据外力的施加或撤销产生伸缩的弹性材料，该弹性材料与碳纤维之间能够产生粘附/吸附力，用于柔性固定集束性测试过程中的碳纤维样品；上述柔性固定是指外力施加或撤销时，碳纤维样品与样品固定装置的表面之间无相对运动，仅产生弹性材料的伸缩；所述样品展开工具，用于展开放置在测试操作平台上由样品固定装置柔性固定的碳纤维样品、并维持其展开状态。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：样品固定装置对碳纤维样品的固定方向和样品展开工具对碳纤维样品的展开方向，与上述测试操作平台相互垂直的两个方向分别垂直。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：样品固定装置选用橡胶材料，通过调整自身重量及其与碳纤维样品之间的接触面积，使二者之间的压强为5.8
±
0.2KPa。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：样品展开工具为便于插装在测试操作平台上的针状物，直径在0.5～1mm之间。5.一种碳纤维集束性测试方法，其特征在于包括：将一组待测试碳纤维样品进行预处理，以释放样品中的内部应力，并使释放后的碳纤维样品处于平直状态；将上述处理后的一个碳纤维样品子样放置在权利要求1所述的测试操作平台上，两端通过样品固定装置柔性固定后，通过样品展开工具展开并维持展开状态至固定的时长；拔除样品展开工具并解除一端的柔性固定，使碳纤维样品自由回弹至预设时长，完成一次测试；重复上述测试过程至少完成10个子样的测试，即完成该组碳纤维样品的集...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘月秀，冯志海，杨云华，朱世鹏，李龙，高建丽，马壮，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：