一种测定碳纤维体积电阻率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于碳纤维体积电阻率的测量方法，属于分析测试的技术领域。
【背景技术】
[0002] 碳纤维具有高比强度、高比模量、耐热、耐腐蚀、导电等一系列优良性能，是一种具 有高力学性能的增强材料，在20世纪90年代中期W前，航天、航空工业与体育休闲领域一直 是高性能碳纤维的主要市场。在高速工业化的背景下，碳纤维开始深入应用到工业领域的 核屯、，替代金属和混凝上材料等来满足环保、安全、节能等要求。例如在上木工程和建筑领 域，碳纤维在抗震修补和增强措施中使用。在高速公路建设中，采用碳纤维增强材料给高速 公路"强筋健体"。深海勘探、风力发电、机器部件、医疗器械、家用电器及半导体相关设备等 都需要用碳纤维复合材料来增加强度、防静电、电磁波。碳纤维复合材料在汽车领域用做车 身W及刹车片、传动轴和燃料箱材料及环保汽车用的压缩天然气气瓶等，使汽车的安全性 实现飞跃。碳纤维产品价格昂贵，一旦材料失效，会造成重大经济损失，因此碳纤维产品结 构与性能的准确检测，对于碳纤维产品的质量管理和安全应用都非常重要。体积电阻率是 碳纤维一项重要性能指标，提高碳纤维体积电阻率的测量准确度，对碳纤维的安全使用具 有重要的意义。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于碳纤维体积电阻率的测 量方法，使用交流阻抗技术，W碳纤维单丝为测试样品，消除了束丝样品测试时毛丝、断丝 等导致的测试误差。该方法具有可操作性强，测试精度高等优点。
[0004] 本发明采用如下技术方案，一种用于碳纤维体积电阻率的测量方法，包括如下步 骤： (1) 样品制备:将碳纤维单丝用导电胶固定在样品架上，所述样品架由绝缘板和电极组 成，绝缘板中间开一小孔，单丝两端用导电胶固定，然后干燥、固化； (2) 测定碳纤维单丝的直径D; (3) 使用交流阻抗仪在0. lHz-100 K化频率范围内、2-lOmV交流扰动电压下测定，得到 样品的电阻R; (4) 通过如下公式计算出纤维的体积电阻率式中L为碳纤维单丝的有效 冷k、 长度，D为碳纤维单丝的直径。
[0005] 在本发明的一个优选的实施方式中，绝缘板中间小孔的孔径2.5mm-5mm，绝缘板是 纸板或塑料板，厚度0.1-lmm;电极使用铜锥，厚度0.1-0.05mm;碳纤维单丝的有效长度控制 在2〇-30mm,导电胶的体积电阻率小于1*10-4Ω · cm。
[0006] 在本发明的一个优选的实施方式中，碳纤维单丝的直径D采用光学显微镜测定，碳 纤维单丝的有效长度采用精度0.5mm的尺子测量。
[0007] 本发明使用的专用样品架是针对碳纤维单丝比较脆、容易断裂的特点设计的，现 有碳纤维单丝测试的样品框架通常如图1所示，单丝样品完全悬空放在框架上，操作过程中 纤维容易断裂，本发明中将样品架中间的开孔减少到孔径2.5mm-5mm，减少了在后续操作过 程中纤维断裂的可能性，又不影响光学显微镜对纤维直径的测试。本发明的样品架的铜锥 电极与绝缘板之间采用胶粘剂固定。
[000引制备样品时，固定单丝纤维的导电胶的电阻率小于1*10-4Ω . cm,避免导电胶本身 电阻过大导致测试误差。纤维样品的有效长度L采用精度0.5mm的尺子测量。纤维样品的有 效长度控制在20-30mm，运样的范围利于操作，有效长度是指样品框架上导电胶之间的纤维 长度(如图3所示）。使用交流阻抗仪测量电阻时，交流扰动电压信号选定在2-lOmv,频率范 围0.1 Hz-100 KHz,在此频率范围内采集数据比较稳定，可W采集20-30个数据点，在 Nyquist图中取其低频区虚部阻抗近似为零的数据点的平均值作为样品的电阻R，通过公式 计算出样品电阻率P。
[0009] 与现有技术相比，本发明提出的W碳纤维单丝为测试样品、采用交流阻抗技术测 试碳纤维电阻的方法，消除了束丝样品中断丝、毛丝带来的测试误差，专用样品架的使用减 少了纤维单丝在操作过程中的断裂可能性，同时交流阻抗仪也具有更高的测试精度。
【附图说明】
[0010] 图1现有碳纤维单丝样品架； 图2本发明的样品架； 图3本发明的固定有单丝样品的样品。
【具体实施方式】
[0011] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，对本 发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，而不构 成对本发明的限制。
[001^ 实施例1 选用Ξ种典型的碳纤维为例，样品编号为〔。1八。2八。3，将各样品按图3所示固定在绝 缘框架上，绝缘框架为厚度0.5mm纸板。每个样品取15根单丝制成测试样本，样本有效长度 20mm。先用上海光学仪器六厂的XSP-BM19A型Ξ目生物光学显微镜及SG-1X3.0版图像分析 软件测试每一根单丝的直径，然后采用美国普林斯顿应用研究所生产的263A型恒电位仪和 5230锁相放大器进行交流阻抗测试。交流扰动电压为5mV，频率范围0.1化-100 Hz,采集30 个数据点。测试得到的各样品电阻率P平均值见表1。
[OOU] 对比例1 选用同实施例1相同的Ξ种典型碳纤维〔。1八。2八。3，^束丝为测试样本，测试仪器及 测试条件同实施例1，结果见表1。
[0014]表1各碳纤维样品力学性能和电阻率测试结果
对比例2 选用同实施例1相同的碳纤维CF3，W单丝为测试样本，采用图1所示现有碳纤维单丝样 品架制备15根测试样本，样本有效长度20mm，测试仪器及测试条件同实施例1，测试结束后 统计操作过程中纤维断裂的样本数目，列于表2,实施例1中CF3的统计结果也列于表2。
[0015] 表2使用不同样品架时碳纤维断裂数目统计
从表1结果可W看到，束丝电阻率比单丝电阻率偏高，运是由于束丝中有一些断裂的毛 丝影响了测试结果。从表2的统计结果可W看出，本发明的样品架显著减少了测试过程样本 纤维的断裂率。
[0016] W上【具体实施方式】描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该 了解，本发明的保护范围不受上述实施例的限制，任何不经过创造性劳动想到的变化或者 替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该W权利要求书所 限定的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种用于碳纤维体积电阻率的测量方法，其特征在于，使用交流阻抗技术，以碳纤维 单丝为测试样品。2. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 样品制备:将碳纤维单丝用导电胶固定在样品架上，所述样品架由绝缘板和电极组 成，绝缘板中间开一小孔，单丝两端用导电胶固定，然后干燥、固化； (2) 测定碳纤维单丝的直径D; (3) 使用交流阻抗仪在O.lHz-lOO KHz频率范围内、2-10mV交流扰动电压下测定，得到 样品的电阻R; (4) 通过如下公式计算出纤维的体积电阻率P:p:=fp，式中L为碳纤维单丝的有效长 度，D为碳纤维单丝的直径。3. 根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，绝缘板中间小孔的孔径2.，绝 缘板是纸板或塑料板，厚度0.1-lmm;电极使用铜箱，厚度0.1-0.05mm;碳纤维单丝的有效长 度控制在20-30mm,导电胶的体积电阻率小于1*10- 4Ω · cm。4. 根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，碳纤维单丝的直径D采用光学显微镜 测定，碳纤维单丝的有效长度采用精度〇. 5mm的尺子测量。
【专利摘要】本发明涉及一种用于碳纤维体积电阻率的测量方法，使用交流阻抗技术，以碳纤维单丝为测试样品，消除了束丝样品测试时毛丝、断丝等导致的测试误差。该方法具有可操作性强，测试精度高等优点。
【IPC分类】G01R27/02
【公开号】CN105629068
【申请号】CN201510966599
【发明人】田艳红, 张学军, 杨延风, 张为芹
【申请人】北京化工大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月22日