[发明专利]一种碳纤维拉伸性能测试的制样方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料测试样品的制备方法领域，具体涉及一种碳纤维拉伸性能测试的制样方法。

背景技术

碳纤维是指碳纤维含量在90％以上的无机材料纤维，它具有密度小、质量轻、高比强度、高比模量、热膨胀系数小、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、耐疲劳等一系列的优异性能，因此广泛用在航空航天、体育休闲、民用等领域。

碳纤维力学性能测试的内容主要包括：拉伸强度、拉伸弹性模量、断裂伸长率、体密度、线密度等，其测试方法已经有国家标准GB/T 3362-2005碳纤维复丝拉伸性能测试方法，在该测试标准中需要对碳纤维复丝进行浸胶预处理。美国标准ASTM D 4018碳纤维长丝和石墨纤维丝束性能的标准试验方法，日本标准JIS K7073-1988等国外标准中也均采用树脂预浸胶的方法测试碳纤维复丝拉伸强度。国家标准GB/T 3362-2005对测试过程中样品尺寸、使用浸胶树脂、试样中树脂含量、固化时温度及时间均有相应的规定及描述。该标准中介绍了手工法浸胶，即剪取500mm长的复丝，用手拿住两端进入胶液中浸胶，标准中规定测试样品为10个试样，因此使用手工法浸胶操作步骤复杂，耗时较长；同时手工浸胶时难以保证丝束具有相同的张力，容易造成丝束弯曲，并最终影响测试结果准确性。

申请公布号为CN 102507283A的中国专利申请公开了一种12K复丝拉伸性能测试试样的制样与测试方法，包括：1)配胶：将质量比为100∶45∶150的TDE-85、粉末状DDM和丙酮混合均匀，得到胶液；2)浸胶：采用缠绕机浸胶，缠绕机胶槽温度为20℃～35℃，加热时间为15～30min，将配好的胶液倒入20℃～35℃胶槽内并保温10min～30min使胶液达到20℃～35℃，对碳纤维复丝浸胶，得到浸胶后的碳纤维复丝，然后取下纱框，准备固化；3)固化：将浸胶结束的碳纤维复丝在室温下放置5～25min后置于电热鼓风干燥箱中，分别在60℃、90℃和150℃时分别保温30～60min，完成了对浸胶后的碳纤维复丝的固化；4)固化结束后，将碳纤维复丝试样进行定长并装入试样袋内；5)待测试的碳纤维复丝试样用纱布和砂纸包裹进行测试。虽然该技术方案克服了手工制样不稳定的缺陷以及制样和测试周期相对较长的不足，但是其制样过程中采用缠绕机浸胶，不能控制碳纤维复丝的张力，容易使得碳纤维复丝受力不均匀，从而导致碳纤维复丝发生断裂。

发明内容

本发明提供了一种碳纤维拉伸性能测试的制样方法，能够大大降低制样时间，而且能够使得测试样品平直，保证样品均匀性，并最终保证测试结果的准确性。

一种碳纤维拉伸性能测试的制样方法，包括以下步骤：

(a)将环氧树脂、固化剂和丙酮按质量比10∶0.5～2∶10～30配成环氧树脂胶液；

(b)将待测碳纤维复丝缠绕在碳纤维拉伸性能测试的制样装置的绕丝架上，将缠绕好待测碳纤维复丝的绕丝架连同中心轴、固定杆和伸缩杆从主体支架上取下，在环氧树脂胶液浸胶0.5min～10min；

(c)浸胶完成后抖动绕丝架，然后将绕丝架连同中心轴、固定杆和伸缩杆一起放回主体支架上，再拭去多余胶液，调节伸缩杆控制浸胶后碳纤维复丝的张力，调节至碳纤维复丝平直；

(d)将碳纤维拉伸性能测试的制样装置在60℃～150℃烘干30min～120min，冷却后剪下固化的碳纤维复丝；

(e)将固化的碳纤维复丝制备试样，并于5℃～40℃下放置5h～48h得到碳纤维拉伸性能测试的测试样品。

步骤(a)中，作为优选，将环氧树脂、固化剂和丙酮按质量比10∶0.8～1.2∶15～25配成环氧树脂胶液，该质量比下配制的环氧树脂胶液具有更加优异的固化性能。

作为优选，所述的环氧树脂为E44型环氧树脂或者E51型环氧树脂，E44型环氧树脂、E51型环氧树脂均为通用牌号的环氧树脂，E44型环氧树脂和E51型环氧树脂可采用如蓝星新材料无锡树脂厂生产的产品。所述的固化剂为三乙烯四胺、二乙烯三胺等中的一种。选择上述的环氧树脂和固化剂有利于提高环氧树脂胶液的固化性能。

所述的环氧树脂胶液配制完成后需置于密封器具内保存，而环氧树脂胶液从配制完成到开始使用的间隔时间为1～72小时，并可以重复使用，其间环氧树脂胶液发生预聚合，在这个时间段内使用，能够保证环氧树脂胶液具有较好的固化性能。作为优选，所述环氧树脂胶液配制完成后密封保存5h～10h使用，能够使得环氧树脂胶液具有更优异的固化性能。

步骤(b)中，作为优选，在环氧树脂胶液浸胶0.5min～3min，使其对待测碳纤维复丝具有更好的固化效果。