碳纖維柔韌性的測試裝置和測試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種碳纖維柔韌性的測試裝置和測試方法，該種碳纖維柔韌性的測試裝置，包括全封閉的試驗箱，所述試驗箱設有用于校正待測碳纖維扭曲的砝碼，在所述試驗箱的內部左側設有試驗平臺，所述試驗箱的內部右側配有用于上下調節(jié)高度的標尺，所述標尺設有刻度尺；使用該種碳纖維柔韌性的測試裝置對待測碳纖維進行多次測量后，測量的平均值為該錠碳纖維柔韌性的測試數據。該種碳纖維柔韌性的測試裝置和測試方法，能夠避免因不同測試人員目測或手感造成的誤差，為碳纖維柔韌性的評價提供一個有效的測試方法。該種碳纖維柔韌性的測試裝置和測試方法，能夠定量測試碳纖維的柔韌性，為碳纖維的工藝適用性評價提供了確切的參考數據。
【專利說明】碳纖維柔韌性的測試裝置和測試方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維柔韌性的測試裝置和測試方法。
【背景技術】
[0002]碳纖維作為先進復合材料的重要組成部分，具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、低密度、導電效率高等突出的優(yōu)異性能。因此，自上世紀六七十年代誕生以來，碳纖維增強樹脂基復合材料就迅速在航空航天，大功率風力發(fā)電機械，建筑工業(yè)，汽車工業(yè)，體育用品，導體材料，海洋耐腐蝕材料等領域得到了廣泛的應用并呈現出逐年遞漲的趨勢，并且隨著碳纖維生產工藝的不斷優(yōu)化以及生產成本的不斷降低，越來越多的碳纖維復合材料將走進普通民眾的家庭，市場應用前景廣闊。
[0003]在一般市售的碳纖維產品中，碳纖維的模量一般都在220GPa以上,也就意味著碳纖維是一種脆性材料。這勢必會給后續(xù)的深加工帶來諸多不良的影響，如分散、開叉、毛絲、毛團、斷絲等。所以，在碳纖維表面涂覆一層作為保護層的上漿劑就顯得尤為必要，上漿劑可以大大降低碳纖維深加工過程中的各種不利影響，一款優(yōu)良的上漿劑有助于改善碳纖維的集束性、開纖擴幅性、柔韌性(硬挺度)等，同時可以大大降低深加工過程中的毛絲、毛團、斷絲等，從而保證碳纖維性能的充分發(fā)揮，最終提高復合材料的整體性能。
[0004]對碳纖維工藝性能的評價一直以來都是一個不小的難題，諸如集束性、開纖擴幅性、表面毛絲量、柔韌性(硬挺度)以及上漿劑含量等，現在比較普遍的做法是由經驗相對豐富的技術工人根據外觀和手感做出定性的評價結論。事實上，這樣的評價結論往往帶有一定的主觀意識，得不到大多數人的認可。為此，有的碳纖維研究和生產單位提出了一些碳纖維工藝性能評價、測試方法，如中國專利CN 102304843 A公開了一種碳纖維絲束起毛量測試裝置和測試方法，可以定量檢測并準確測定碳纖維絲束的起毛量，從而提高碳纖維制件的質量穩(wěn)定性。另一篇中國專利CN 102735571 A公開了一種測定碳纖維上漿劑含量的方法，可以快速測定碳纖維表面上漿劑含量。但實踐證明，僅評價碳纖維絲束的起毛量和上漿劑含量是不夠的，碳纖維的柔韌性(硬挺度)也是碳纖維性能否充分發(fā)揮的一個至關重要的影響因素，如果碳纖維太軟，可能會出現集束性差、毛絲量多，反之，則開纖擴幅性差、深加工困難、與基體樹脂的浸潤性差。
[0005]上述問題是在碳纖維工藝性能的評價過程中應當予以考慮并解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種碳纖維柔韌性的測試裝置和測試方法解決現有技術中存在碳纖維工藝性能的評價結論往往帶有一定的主觀意識，得不到大多數人的認可，以及由于碳纖維的柔韌性也是碳纖維性能否充分發(fā)揮的一個至關重要的影響因素，僅評價碳纖維絲束的起毛量和上漿劑含量是不能得出較準確結論的問題。
[0007]本發(fā)明的技術解決方案是:
一種碳纖維柔韌性的測試裝置，包括全封閉的試驗箱，所述試驗箱設有推拉門，所述試驗箱的側壁采用無色透明塑料板，所述試驗箱的底面設有承重鋼板，在試驗箱的頂部設有承重120g以上的彈簧夾一，所述試驗箱設有用于校正待測碳纖維扭曲的砝碼，所述砝碼設有彈簧夾二，在所述試驗箱的內部左側設有試驗平臺，所述試驗平臺設有用于固定待測碳纖維的固定膠帶，所述試驗箱的內部右側配有用于上下調節(jié)高度的標尺，所述標尺設有刻度尺，所述標尺的高度由無極變速的電動機調節(jié)，所述標尺的最高點與平臺的最高面平齊，所述試驗箱的底部設有水平調節(jié)旋鈕，所述試驗箱的左側外部設有用于調節(jié)電動機轉速的變速旋鈕。
[0008]優(yōu)選地，所述試驗箱的長X寬X高分別為800mmX400mmX600mm。
[0009]優(yōu)選地，所述試驗箱的側壁采用透明的聚乙烯或聚丙烯制成。
[0010]優(yōu)選地，所述砝碼與彈簧夾二的總質量為100±0.5g。
[0011]優(yōu)選地,所述試驗平臺的長X寬X高分別為300mmX IOOmmX300mm,所述試驗平臺的材質為304型不銹鋼，所述試驗平臺頂部要求拋光120目。
[0012]優(yōu)選地，所述標尺的長X寬X高分別為300mmX20mmX 10mm,所述標尺的材質為304型不銹鋼，所述標尺的頂部要求拋光120目。
[0013]優(yōu)選地，所述刻度尺的測試量程以試驗平臺的右側邊緣為O刻度，所述刻度尺的測試量程為300mm，所述刻度尺的測試精確度為1mm。
[0014]一種碳纖維柔韌性的測試裝置的測試方法，包括以下步驟:
A、調節(jié)試驗箱內溫度為25°C±3°C、相對濕度為50%±5%，并使用水平儀調節(jié)試驗箱水平，打開試驗箱的推拉門后，在上述環(huán)境中靜置I小時以上；
B、選取定長應不低于10米的待測碳纖維，從中抽出一段待測碳纖維束絲，每隔2?5米剪取400mm長度的待測碳纖維，共取三段待測碳纖維；
C、關閉試驗箱的推拉門，使用電動機將標尺向上移動到與試驗平臺平齊，并使用水平儀調節(jié)平齊；
D、將步驟B中剪切所得的一段待測碳纖維的上端用彈簧夾一固定，待測碳纖維的下端掛砝碼后，關閉推拉門，靜置30分鐘，以校正碳纖維的扭曲；
E、打開試驗箱的推拉門，取下待測碳纖維下端的砝碼，將校正后的待測碳纖維置于試驗平臺和標尺上，并使待測碳纖維在標尺上伸出試驗平臺為250mm± 1mm，使用固定膠帶將待測碳纖維固定在試驗平臺上，關閉試驗箱的推拉門；
F、使用變速旋鈕調節(jié)標尺以移動速度為50?100mm/S向下移動，下降高度不低于250mm即可，靜置180s ；
G、使用變速旋鈕調節(jié)標尺向上移動，標尺的移動速度由50?100mm/s調節(jié)至I?5mm/s，標尺的上升高度以標尺至碳纖維下端為宜，并在刻度尺上讀取長度數值；
H、將步驟B中剪切所得的其余兩段碳纖維依次按照步驟C-G的步驟測試柔韌性，將三次測試結果取平均值，所得平均值為該錠碳纖維柔韌性的測試數據。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種碳纖維柔韌性的測試裝置和測試方法，能夠避免因不同測試人員目測或手感造成的誤差，為碳纖維柔韌性的評價提供一個有效的測試方法。在碳纖維工藝性能的評價中，碳纖維的柔韌性也是碳纖維性能否充分發(fā)揮的一個至關重要的影響因素，僅評價碳纖維絲束的起毛量和上漿劑含量是不能得出較準確結論。該種碳纖維柔韌性的測試裝置和測試方法，能夠定量測試碳纖維的柔韌性，為碳纖維的工藝適用性評價提供了確切的參考數據，從而解決了現有的碳纖維工藝性能的評價中僅評價碳纖維絲束的起毛量和上漿劑含量是不能得出較準確結論的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例中使用砝碼校正待測碳纖維扭曲時的結構示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例移動標尺檢測待測碳纖維柔韌性時的結構示意圖；
其中:1-試驗箱，2-水平調節(jié)旋鈕,3-推拉門,4-彈簧夾一，5_$去碼,6-試驗平臺，7-標尺，8-刻度尺，9-變速旋鈕，10-固定膠帶，11-待測碳纖維。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0018]如圖1和圖2所示，本實施例提供一種碳纖維柔韌性的測試裝置，包括全封閉的試驗箱1，所述試驗箱I設有推拉門3，所述試驗箱I的側壁采用無色透明塑料板，所述試驗箱I的底面設有承重鋼板，在試驗箱I的頂部設有承重120g以上的彈簧夾一 4，所述試驗箱I設有用于校正待測碳纖維11扭曲的砝碼5，所述砝碼5設有彈簧夾二，在所述試驗箱I的內部左側設有試驗平臺6，所述試驗平臺6設有用于固定待測碳纖維11的固定膠帶10，所述試驗箱I的內部右側配有用于上下調節(jié)高度的標尺7，所述標尺7設有刻度尺8，所述標尺7的高度由無極變速的電動機調節(jié)，所述標尺7的最高點與平臺的最高面平齊，所述試驗箱I的底部設有水平調節(jié)旋鈕2，所述試驗箱I的左側外部設有用于調節(jié)電動機轉速的變速旋鈕9。
[0019]所述試驗箱I的長X寬X高分別為800mmX400mmX600mm。所述試驗箱I的側壁采用透明的聚乙烯或聚丙烯制成。所述砝碼5與彈簧夾二的總質量為100±0.5g。所述試驗平臺6的長X寬X高分別為300mmX IOOmmX300mm,所述試驗平臺6的材質為304型不銹鋼，所述試驗平臺6頂部要求拋光120目。所述標尺7的長X寬X高分別為300mmX20mmX10mm，所述標尺7的材質為304型不銹鋼，所述標尺7的頂部要求拋光120目。所述刻度尺8的測試量程以試驗平臺6的右側邊緣為O刻度，所述刻度尺8的測試量程為300mm，所述刻度尺8的測試精確度為1mm。
[0020]一種碳纖維柔韌性的測試裝置的測試方法，包括以下步驟:
A、調節(jié)試驗箱I內溫度為25°C±3°C、相對濕度為50%±5%，并使用水平儀調節(jié)試驗箱I水平，打開試驗箱I的推拉門3后，在上述環(huán)境中靜置I小時以上；
B、選取定長應不低于10米的待測碳纖維11，從中抽出一段待測碳纖維11束絲，每隔2?5米剪取400mm長度的待測碳纖維11，共取三段待測碳纖維11 ；
C、關閉試驗箱I的推拉門3，使用電動機將標尺7向上移動到與試驗平臺6平齊，并使用水平儀調節(jié)平齊；
D、將步驟B中剪切所得的一段待測碳纖維11的上端用彈簧夾一4固定，如圖1所示，待測碳纖維11的下端掛砝碼5后，關閉推拉門3，靜置30分鐘，以校正碳纖維的扭曲；
E、打開試驗箱I的推拉門3，取下待測碳纖維11下端的砝碼5，將校正后的待測碳纖維11置于試驗平臺6和標尺7上，并使待測碳纖維11在標尺7上伸出試驗平臺6為250mm± Imm,使用固定膠帶10將待測碳纖維11固定在試驗平臺6上,關閉試驗箱I的推拉門3 ；
F、如圖2所示，使用變速旋鈕9調節(jié)標尺7以移動速度為50~100mm/s向下移動，下降高度不低于250mm即可,靜置180s ；
G、使用變速旋鈕9調節(jié)標尺7向上移動，標尺7的移動速度由50~100mm/s調節(jié)至I~5mm/s，標尺7的上升高度以標尺7至碳纖維下端為宜，并在刻度尺8上讀取長度數值；
H、將步驟B中剪切所得的其余兩段碳纖維依次按照步驟C-G的步驟測試柔韌性，將三次測試結果取平均值，所得平均值為該錠碳纖維柔韌性的測試數據。
[0021]實施例1
一種碳纖維柔韌性的測試裝置的測試方法，包括以下步驟:
A、調節(jié)試驗箱I內溫度為25°C±3°C、相對濕度為50%±5%，并使用水平儀調節(jié)試驗箱I水平，打開試驗箱I的推拉門3后，在上述環(huán)境中靜置I小時以上；
B、選取定長應不低于5000米的HF20-3K-D1碳纖維為待測碳纖維11，從中抽出一段待測碳纖維11束絲，每隔2~5米剪取400mm長度的待測碳纖維11，共取三段待測碳纖維11 ；
C、關閉試驗箱I的推拉門3，使用電動機將標尺7向上移動到與試驗平臺6平齊，并使用水平儀調節(jié)平齊；
D、將步驟B中剪切所得的一段待測碳纖維11的上端用彈簧夾一4固定，如圖1所示，待測碳纖維11的下端掛砝碼5后，關閉推拉門3，靜置30分鐘，以校正碳纖維的扭曲；
E、打開試驗箱I的推拉門3，取下待測碳纖維11下端的砝碼5，將校正后的待測碳纖維11置于試驗平臺6和標尺7上·，并使待測碳纖維11在標尺7上伸出試驗平臺6為250mm± Imm,使用固定膠帶10將待測碳纖維11固定在試驗平臺6上,關閉試驗箱I的推拉門3 ；
F、如圖2所示，使用變速旋鈕9調節(jié)標尺7以移動速度為50mm/s向下移動，下降高度250mm，靜置 180s ；
G、使用變速旋鈕9調節(jié)標尺7向上移動，標尺7的移動速度由50mm/s調節(jié)至I~5mm/s，標尺7的上升高度以標尺7至碳纖維下端為宜，并在刻度尺8上讀取長度數值63.4mm ；
H、將步驟B中剪切所得的其余兩段碳纖維依次按照步驟C-G的步驟測試柔韌性，其中第二次測試結果為65.2mm，第三次測試結果為64.4mm，取平均值測得該錠碳纖維的柔韌性(硬挺度)為64.3_。
[0022]實施例2
一種碳纖維柔韌性的測試裝置的測試方法，包括以下步驟:
A、調節(jié)試驗箱I內溫度為25°C±3°C、相對濕度為50%±5%，并使用水平儀調節(jié)試驗箱I水平，打開試驗箱I的推拉門3后，在上述環(huán)境中靜置I小時以上；
B、選取定長應不低于5000米的HF30-12K-A2碳纖維為待測碳纖維11，從中抽出一段待測碳纖維11束絲，每隔2~5米剪取400mm長度的待測碳纖維11，共取三段待測碳纖維11 ;
C、關閉試驗箱I的推拉門3，使用電動機將標尺7向上移動到與試驗平臺6平齊，并使用水平儀調節(jié)平齊；
D、將步驟B中剪切所得的一段待測碳纖維11的上端用彈簧夾一4固定，如圖1所示，待測碳纖維11的下端掛砝碼5后，關閉推拉門3，靜置30分鐘，以校正碳纖維的扭曲；E、打開試驗箱I的推拉門3，取下待測碳纖維11下端的砝碼5，將校正后的待測碳纖維11置于試驗平臺6和標尺7上，并使待測碳纖維11在標尺7上伸出試驗平臺6為250mm± Imm,使用固定膠帶10將待測碳纖維11固定在試驗平臺6上,關閉試驗箱I的推拉門3 ；
F、如圖2所示，使用變速旋鈕9調節(jié)標尺7以移動速度為50mm/s向下移動，下降高度250mm，靜置 180s ；
G、使用變速旋鈕9調節(jié)標尺7向上移動，標尺7的移動速度由50mm/s調節(jié)至I~5mm/s，標尺7的上升高度以標尺7至碳纖維下端為宜，并在刻度尺8上讀取長度數值
53.7mm ；
H、將步驟B中剪切所得的其余兩段碳纖維依次按照步驟C-G的步驟測試柔韌性，其中第二次測試結果為56.4mm，第三次測試結果為52.0mm，取平均值得該錠碳纖維的柔韌性為54.0mm0
[0023] 實施例3
一種碳纖維柔韌性的測試裝置的測試方法，包括以下步驟:
A、調節(jié)試驗箱I內溫度為25°C±3°C、相對濕度為50%±5%，并使用水平儀調節(jié)試驗箱I水平，打開試驗箱I的推拉門3后，在上述環(huán)境中靜置I小時以上；
B、選取定長應不低于5000米的HF40-6K-E2碳纖維為待測碳纖維11，從中抽出一段待測碳纖維11束絲，每隔2~5米剪取400mm長度的待測碳纖維11，共取三段待測碳纖維11 ；
C、關閉試驗箱I的推拉門3，使用電動機將標尺7向上移動到與試驗平臺6平齊，并使用水平儀調節(jié)平齊；` D、將步驟B中剪切所得的一段待測碳纖維11的上端用彈簧夾一4固定，如圖1所示，待測碳纖維11的下端掛砝碼5后，關閉推拉門3，靜置30分鐘，以校正碳纖維的扭曲；
E、打開試驗箱I的推拉門3，取下待測碳纖維11下端的砝碼5，將校正后的待測碳纖維11置于試驗平臺6和標尺7上，并使待測碳纖維11在標尺7上伸出試驗平臺6為250mm± Imm,使用固定膠帶10將待測碳纖維11固定在試驗平臺6上,關閉試驗箱I的推拉門3 ；
F、如圖2所示，使用變速旋鈕9調節(jié)標尺7以移動速度為50mm/s向下移動，下降高度250mm，靜置 180s ；
G、使用變速旋鈕9調節(jié)標尺7向上移動，標尺7的移動速度由50mm/s調節(jié)至I~5mm/s，標尺7的上升高度以標尺7至碳纖維下端為宜，并在刻度尺8上讀取長度數值
59.9mm ；
H、將步驟B中剪切所得的其余兩段碳纖維依次按照步驟C-G的步驟測試柔韌性，其中第二次測試結果為57.2mm，第三次測試結果為58.5mm，取平均值得該錠碳纖維的柔韌性(硬挺度)為58.5_。
【權利要求】
1.一種碳纖維柔韌性的測試裝置，其特征在于:包括全封閉的試驗箱(1)，所述試驗箱(I)設有推拉門(3)，所述試驗箱(1)的側壁采用無色透明塑料板，所述試驗箱(1)的底面設有承重鋼板，在試驗箱(1)的頂部設有承重120g以上的彈簧夾一(4)，所述試驗箱(1)設有用于校正待測碳纖維(11)扭曲的砝碼(5 )，所述砝碼(5 )設有彈簧夾二，在所述試驗箱(1)的內部左側設有試驗平臺(6)，所述試驗平臺(6)設有用于固定待測碳纖維(11)的固定膠帶(10)，所述試驗箱(1)的內部右側配有用于上下調節(jié)高度的標尺(7)，所述標尺(7)設有刻度尺(8)，所述標尺(7)的高度由無極變速的電動機調節(jié)，所述標尺(7)的最高點與平臺的最高面平齊，所述試驗箱(1)的底部設有水平調節(jié)旋鈕(2)，所述試驗箱(1)的左側外部設有用于調節(jié)電動機轉速的變速旋鈕(9 )。
2.如權利要求1所述的碳纖維柔韌性的測試裝置，其特征在于:所述試驗箱(1)的長X寬X高分別為80CtamX 40CtamX 600臟。
3.如權利要求1所述的碳纖維柔韌性的測試裝置，其特征在于:所述試驗箱(1)的側壁采用透明的聚乙烯或聚丙烯制成。
4.如權利要求1所述的碳纖維柔韌性的測試裝置，其特征在于:所述砝碼(5)與彈簧夾二的總質量為100±0.5g。
5.如權利要求1-4任一項所述的碳纖維柔韌性的測試裝置，其特征在于:所述試驗平臺(6)的長X寬X高分別為300mmX IOOmmX 300mm,所述試驗平臺(6)的材質為304型不銹鋼，所述試驗平臺(6)頂部要求拋光120目。
6.如權利要求1-4任一項所述的碳纖維柔韌性的測試裝置，其特征在于:所述標尺(7)的長X寬X高分別為300mmX20mmX10mm，所述標尺(7)的材質為304型不銹鋼，所述標尺(7)的頂部要求拋光120目。
7.如權利要求1-4任一項所述的碳纖維柔韌性的測試裝置，其特征在于:所述刻度尺`(8)的測試量程以試驗平臺(6)的右側邊緣為O刻度，所述刻度尺(8)的測試量程為300mm，所述刻度尺(8)的測試精確度為1mm。
8.—種如權利要求1-7任一項所述的碳纖維柔韌性的測試裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟: A、調節(jié)試驗箱(1)內溫度為25V±3°C、相對濕度為50%±5%，并使用水平儀調節(jié)試驗箱(1)水平，打開試驗箱(1)的推拉門(3)后，在上述環(huán)境中靜置I小時以上； B、選取定長應不低于10米的待測碳纖維(11)，從中抽出一段待測碳纖維(11)束絲，每隔2~5米剪取400mm長度的待測碳纖維(11 )，共取三段待測碳纖維(11); C、關閉試驗箱(1)的推拉門(3)，使用電動機將標尺(7)向上移動到與試驗平臺(6)平齊，并使用水平儀調節(jié)平齊； D、將步驟B中剪切所得的一段待測碳纖維(11)的上端用彈簧夾一(4)固定，待測碳纖維(11)的下端掛砝碼(5 )后，關閉推拉門(3 )，靜置30分鐘，以校正碳纖維的扭曲； E、打開試驗箱(1)的推拉門(3)，取下待測碳纖維(11)下端的砝碼(5)，將校正后的待測碳纖維(11)置于試驗平臺(6)和標尺(7)上，并使待測碳纖維(11)在標尺(7)上伸出試驗平臺(6)為250mm±lmm,使用固定膠帶(10)將待測碳纖維(11)固定在試驗平臺(6)上，關閉試驗箱(1)的推拉門(3)； F、使用變速旋鈕(9)調節(jié)標尺(7)以移動速度為50~100mm/S向下移動，下降高度不低于250mm即可,靜置180s ； G、使用變速旋鈕(9)調節(jié)標尺(7)向上移動，標尺(7)的移動速度由50~100mm/s調節(jié)至I~5mm/s，標尺(7)的上升高度以標尺(7)至碳纖維下端為宜，并在刻度尺(8)上讀取長度數值； H、將步驟B中剪切所得的其余兩段碳纖維依次按照步驟C-G的步驟測試柔韌性，將三次測試結果取平均值，所得平均值為該錠碳纖維柔韌性的測試數據。
【文檔編號】G01N3/02GK103592187SQ201310494749
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權日:2013年10月21日
【發(fā)明者】杭傳偉, 李國明, 李春輝 申請人:江蘇恒神纖維材料有限公司