一种碳纤维多尺度增强体力学性能的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纤维力学性能的测试技术，具体涉及一种碳纤维多尺度增强体力学性 能的检测方法。
【背景技术】
[0002] 碳纤维作为一种高性能结构材料，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺 织纤维的柔软可加工性，属于新一代增强纤维。碳纤维是制备先进复合材料最重要的增强 材料，是发展国防军工重要的战略物质，随着航空航天工业的快速发展，对材料性能的要求 日益苛刻，碳纤维增强复合材料具有高强高模、耐疲劳、性能可设计、尺寸稳定性好、容易整 体成型等优点，高性能纤维增强复合材料应用日益广泛，碳纤维增强复合材料已成为结构 材料和功能材料中的佼佼者，被认为是"未来材料的梦幻材料"（洪璋传，关于我国炭纤维用 聚丙烯腈原丝质量的若干认识，合成纤维工业，2009, 32 (2) :43)。
[0003] 碳纤维多尺度增强体材料力学性能的高低直接影响其在制造中和应用过程中特 性的发挥，所以这种增强体材料力学性能测试显得尤为重要。碳纤维多尺度增强体力学性 能的检测方法，目前尚无可参考的国家标准和行业标准。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于提供一种碳纤维多尺度增强体材料力学性能的检测方法。
[0005] 本发明的技术方案是一种碳纤维多尺度增强体材料力学性能的检测方法，其特征 在于多尺度增强体纤维经过在薄片（薄纸片、塑料或柔性金属片等）制样贴片后，选择合适 的夹持长度、速度进行测试，通过计算机软件进行计算得到力学性能数据。该方法操作简 单，测试所需时间短，反馈数据及时等特点。
[0006] 本发明具体检测步骤如下：
[0007] (1)、制样
[0008] 在薄片材料上，选择间距为10-30mm，平行贴上2条胶带（胶带无特殊要求），将碳 纤维多尺度增强体材料试样拉直，两端分别固定在2条胶带上，试样间的距离为保证丝与 丝之间不互相粘连，在试样的每一端上滴上胶粘剂，使试样与薄片牢固的结合在一起，加载 前将与试样垂直方向剪断薄片，样品待测；
[0009] (2)、试样测试
[0010] 设置拉力试验机夹具的夹持长度在l〇mm- 30mm之间，将制好样品固定在夹具上， 加载前试样与加载轴线同轴，拉力试验机的速度设定在〇. 5mm/min- 3mm/min之间，启动拉 力试验机，开始进行样品测试。距离夹具在2_以内断开的其结果不计，每组测试样品有效 数据不少于20个，结果取其平均值；
[0011] (3)、结果计算
[0012] 在拉力机软件中输入多尺度增强体纤维的截面积，即可计算出碳纤维多尺度增强 体材料的拉伸强度、表观拉伸模量、断裂伸长率。
[0013] 拉伸强度：S=F/A........................... (1)
[0014] 式中：
[0015] S-多尺度纤维拉伸强度（GPa);
[0016] F-拉伸的最大载荷（N);
[0017] A-多尺度纤维的截面积（um2)，通过光学显微镜测得直径计算得到。
[0018] 表观拉伸模量、断裂伸长率按照GB/T3362-2005《碳纤维复丝拉伸性能试验方法》 中规定方法进行计算。
[0019] 拉伸弹性模量按式计算：
[0020] ML X K 10s ------------------------------ （2)
[0021] 式中：
[0022] Et-拉伸弹性模量，单位为千兆帕（GPa);
[0023] AF-由应力一应变曲线初始直线段上截取的载荷值，单位为牛（N);
[0024] A-同⑴式；
[0025] L-加强片之间的试样长度，单位为毫米（mm);
[0026] AL-加强片之间的试样长度对应于AP的变形增量，单位为毫米（mm)。
[0027] 复丝的断裂伸长率按下式计算：
[0028] ^ ? X (3)
[0029] 式中：
[0030] et-断裂伸长率，％ ;
[0031] L-同⑵式；
[0032] ALb-断裂伸长，单位为毫米（mm)。
[0033] 如上所述的薄片材料为薄纸片、柔性金属片或塑料片。
[0034] 本发明优点如下：
[0035] 本发明属于测试技术，提供了一种碳纤维多尺度增强体力学性能的检测方法该方 法适用于聚丙烯腈基碳纤维，同时还适用于沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维多尺度增强体材 料力学性能的测试。其特征在于多尺度增强体纤维经过在薄片制样贴片后，选择合适的夹 持长度、速度进行测试，通过计算机软件进行计算得到力学性能数据。该方法操作简单，测 试所需时间短，反馈数据及时等特点。
【具体实施方式】
[0036] 实施例1 :在拉力机不同夹持长度下测试碳纳米管一碳纤维多尺度增强体材料的 力学性能。
[0037] 1. 1 -种碳纳米管一碳纤维多尺度增强体的制备：采用化学气相沉积法制备多尺 度材料碳纳米管一碳纤维，以碳纤维为生长基体，低分子气态或液态烃类碳源在高温条件 下被过渡金属催化分解后在碳纤维表面生长碳纳米管的过程。本实施例中采用雾化辅助化 学气相沉积法制备碳纳米管一碳纤维多尺度增强体材料，具体方法为：将碳纤维均匀平铺 于坩锅中置于石英管的恒温区，并将两端封闭，在氮气气氛下，通过程序控温升温至一定温 度后，利用平流栗将一定浓度的催化剂滴加于石英管前端，受热后至石英管恒温区，将催化 剂二均匀的负载与纤维表面上，一定温度下持续一段时间，，当温度升至设定温度后，通入 一定体积比的乙炔/氢气/氮气在碳纤维表面生长碳纳米管制备碳纳米管一碳纤维（中国 科学院研究生院博士学位论文，安锋，CNF/碳纤维多尺度增强材料的制备及复合材料界面 性能评价，2012年，38页）。
[0038] 1. 2挑选上述制备的碳纳米管一碳纤维多尺度增强体单丝，在薄纸片选择间距为 10mm、15mm、20mm、25mm、30mm，平行贴上2条胶带，将碳纳米管一碳纤维多尺度增强体单丝 试样两端分别固定在2条胶带上，试样拉直为止，试样间的平行距离为保证丝与丝之间不 互相粘连，在试样的每一端上滴上胶粘剂，使试样与薄纸片牢固的结合在一起，加载前将与 试样垂直方向剪断薄纸片，样品待测；
[0039] 1. 3将试验机夹持长度设定为：10mm、15mm、20mm、25mm、30mm，拉力机速度设定为 0. 5mm/min的条件下进行力学性能的测试。
[0040] 1. 4若试样断裂在离夹具头2_内断裂时，其结果不计，每组样品重复测试有
[0041 ] 效试验数据为20个，结果取其平均值。
[0042] 1. 5结果计算
[0043] 在拉力机软件中输入多尺度增强体纤维的截面积，即可计算出碳纤维多尺度增强 体材料的拉伸强度、表观拉伸模量、断裂伸长率。
[0044] 拉伸强度：S=F/A........................... (1)
[0045] 式中：
[0046] S-多尺度纤维拉伸强度（GPa);
[0047] F-拉伸的最大载荷（N);
[0048]A-多尺度纤维的截面积（um2)，通过光学显微镜测得直径计算得到，测试五根碳 纳米管一碳纤维多尺度增强体单丝样品的直径，取其平均值为7um。
[0049] 表观拉伸模量、断裂伸长率按照GB/T3362-2005《碳纤维复丝拉伸性能试验方法》 中规定方法进行计算。
[0050] 拉伸弹性模量按式计算：
[0051] ?手X玉xKf"" (2)
[0052] 式中：
[0053] Et-拉伸弹性模量，单位为千兆帕（GP