《大絲束碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗(yàn)方法》

ICS17.100

CCSC282

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CIXXX-2024

大絲束碳纖維復(fù)絲拉伸性能

試驗(yàn)方法

TestmethodsfortensilepropertiesofLarge-towcarbonfiber

2024-X-XX發(fā)布2024-X-XX實(shí)施

中國國際科技促進(jìn)會(huì)發(fā)布

大絲束碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗(yàn)方法

1范圍

本文件規(guī)定了大絲束碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗(yàn)方法的儀器和設(shè)備、試樣、試驗(yàn)條件、試

驗(yàn)步驟、試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算和試驗(yàn)報(bào)告。

本文件適用于小于60k的大絲束碳纖維復(fù)絲浸膠固化后拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量、斷裂

伸長率的測(cè)定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件。不注日期的引用文件，其最新版本(包括

所有的修改單)適用于本文件。

GB/T1446纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則

GB/T30019碳纖維密度的測(cè)定

GB/T18374增強(qiáng)材料術(shù)語及定義

GB/T40724-2021碳纖維及其復(fù)合材料術(shù)語

GB/T3362碳纖維復(fù)絲線密度測(cè)定方法

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1復(fù)絲multifilament

兩根及以上的單絲并合在一起的絲束。

[來源：GB/T40724-2021碳纖維及其復(fù)合材料術(shù)語]

3.2大絲束largetow；heavytow

絲束大于24000(24K)根的絲束。

[來源：GB/T40724-2021碳纖維及其復(fù)合材料術(shù)語]

4原理

碳纖維復(fù)絲通過浸漬樹脂并固化后獲得試樣，試樣用合適的試驗(yàn)機(jī)以恒定的速度加載拉

伸直至試樣破壞。拉伸強(qiáng)度由破壞載荷除以碳纖維復(fù)絲的截面積得到，拉伸彈性模量是通過

在定義的兩點(diǎn)的應(yīng)力的變化值除以應(yīng)變的變化值得到。碳纖維復(fù)絲的截面積用線密度除以密

度得到。

3

5設(shè)備和試劑

5.1樹脂

樹脂應(yīng)與碳纖維的表面或表面上漿劑具有良好的相容性，樹脂的粘度應(yīng)能夠保證碳纖維

復(fù)絲充分且均勻浸潤，固化后樹脂的斷裂伸長率應(yīng)大于碳纖維的斷裂伸長率。

5.2浸膠裝置

只要能夠得到均勻、平滑的試樣，可以采用手工浸膠或機(jī)器浸膠的任意方式。通常浸膠

裝置包括能夠調(diào)整絲束張力的紗筒固定裝置、浸膠槽、浸膠絲束卷繞框架以及能夠去除絲束

上多余樹脂的紙片、氈或織物、輥輪等。

5.3拉伸試驗(yàn)機(jī)

5.3.1試驗(yàn)機(jī)：應(yīng)符合GB/T1446的規(guī)定，并能自動(dòng)記錄載荷-位移曲線，選擇試驗(yàn)機(jī)時(shí)，

要保證試樣的最大斷裂負(fù)荷在試驗(yàn)機(jī)合適的載荷范圍內(nèi)。

5.3.2引伸計(jì):引伸計(jì)的重量不影響測(cè)量精度，其測(cè)量精度應(yīng)符合GB/T1446的規(guī)定。引伸

計(jì)的標(biāo)距至少為50mm，最好為100mm，測(cè)量的誤差小于1%，可采用手持式引伸計(jì)、全自動(dòng)

引伸計(jì)以及光學(xué)或激光引伸計(jì)等。

5.3.3夾具:夾具應(yīng)適合于夾持帶加強(qiáng)片的試樣，不會(huì)對(duì)試樣造成損傷，也可采用氣動(dòng)

夾具。與試驗(yàn)機(jī)相連時(shí)，應(yīng)確保試樣受拉時(shí)對(duì)中。

5.4烘箱:溫度滿足試樣固化要求，控溫精度不低于士3℃。

6試樣

6.1試樣數(shù)量、形狀及尺寸

6.1.1毎組試驗(yàn)準(zhǔn)備10個(gè)試樣。每組測(cè)試有效試樣應(yīng)不少于6個(gè)。

6.1.2試樣形狀及尺寸見圖1。

1---碳纖維復(fù)絲；

2---加強(qiáng)片。

單位為毫米

圖1試樣的形狀及尺寸示意圖

6.2試樣制備

6.2.1試樣由碳纖維復(fù)絲浸漬環(huán)氧樹脂膠液制成，樹脂膠液的配方參見附錄A。

6.2.2碳纖維復(fù)絲可用手工法或機(jī)器法浸膠，手工法浸膠和機(jī)器浸膠方法參見附錄A。

4

6.2.3浸膠后的碳纖維復(fù)絲的固化必須保證處于拉直繃緊的狀態(tài)下進(jìn)行。

6.2.4碳纖維復(fù)絲浸膠固化后，按試樣尺寸裁剪。試樣應(yīng)浸膠均勻、光滑、平直、無缺陷。

復(fù)絲浸膠制成的試樣，樹脂含量應(yīng)控制在35%?50%的范圍內(nèi)。

6.2.5用紙片或紙板作為加強(qiáng)片粘結(jié)在試樣兩端。大絲束復(fù)絲試驗(yàn)選用0.3mm?1.0mm厚

的紙片或紙板?？捎檬覝毓袒沫h(huán)氧類膠粘劑粘貼加強(qiáng)片，固化過程施加壓力3kPa～10kPa。

7試驗(yàn)條件

7.1試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)符合GB/T1446中的規(guī)定。

7.2加載速率在1mm/min～20mm/min。仲裁試驗(yàn)加載速率為10mm/min。

8試驗(yàn)步驟

8.1按6.2.4的規(guī)定檢查試樣外觀。

8.2設(shè)置試驗(yàn)機(jī)測(cè)量模式、參數(shù)，可在1mm/min～20mm/min范圍內(nèi)選擇試驗(yàn)機(jī)加載速率、

設(shè)置數(shù)據(jù)采集和記錄模式、參數(shù)。檢查并調(diào)整設(shè)備，確保系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。

8.3裝夾試樣，仔細(xì)校對(duì)試樣位置，使得試樣在加載塊中央，并使試樣與上下夾頭的加載

軸線重合。試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)對(duì)夾具定期進(jìn)行檢查，并進(jìn)行清理，確保夾面清潔平整。

8.4對(duì)試樣施加初始載荷(約為破壞載荷的1%)，檢查并調(diào)整試樣。

8.5測(cè)試?yán)鞆椥阅Ａ繒r(shí)，在試樣上裝載引伸計(jì)，接觸式卡口不應(yīng)對(duì)試樣造成損傷。

8.6啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，當(dāng)試樣應(yīng)變達(dá)到表1應(yīng)變?nèi)≈捣秶舷迺r(shí)，卸載引伸計(jì)，

卸載時(shí)不應(yīng)對(duì)試樣造成損傷，測(cè)試試樣直至破壞。記錄破壞載荷(或最大載荷），以及試樣

的破壞形式。若試樣破壞出現(xiàn)以下情況應(yīng)判定無效：

a)試樣部分?jǐn)嗔眩?/p>

b)試樣在加強(qiáng)片處拔出；

c）試樣破壞在夾具內(nèi)或試樣斷裂處離夾緊處的距離小于10mm。

8.7同批有效試樣不足6個(gè)時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。

表1彈性模量測(cè)試時(shí)應(yīng)變?nèi)≈捣秶?/p>

復(fù)絲斷裂伸長率（ε）典型值應(yīng)變?nèi)≈捣秶é?～ε2）

ε≥1.2%0.1%～0.6%

0.6%≤ε＜1.2%0.1%～0.3%

0.3%≤ε＜0.6%0.05%～0.15%

9試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算

9.1拉伸強(qiáng)度

拉伸強(qiáng)度按式(1>計(jì)算：

P.....................(1)

t

At

式中：

t——拉伸強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa)；

5

P——破壞載荷，單位為牛頓(N)；

2

At——碳纖維復(fù)絲截面積，單位為平方毫米(mm)，按式(2)計(jì)算：

t......................(2)

At

t

式中：

t——復(fù)絲的線密度，按附錄B測(cè)定，單位為克每米(g/m)；

——復(fù)絲的密度，按GB/T30019測(cè)定，單位為克每立方厘米(g/cm3)。

t

9.2拉伸彈性模量

拉伸彈性模量按式(3)計(jì)算：

213......................(3)

Et10

21

式中：

Et——拉伸彈性模量，單位為吉帕(GPa)

1——彈性模量測(cè)量時(shí)應(yīng)變?nèi)≈捣秶膽?yīng)變下限，％，取值見表1；

2——彈性模量測(cè)量時(shí)應(yīng)變?nèi)≈捣秶膽?yīng)變上限，％，取值見表1；

1——應(yīng)力-應(yīng)變曲線上對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，單位為兆帕(MPa)，按式(4)計(jì)算：

2——應(yīng)力-應(yīng)變曲線上對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，單位為兆帕(MPa)，按式(5)計(jì)算：

p1......................(4)

1

At

式中：

P1——應(yīng)力—應(yīng)變曲線上1對(duì)應(yīng)的載荷，單位為牛頓（N）；

2

At——碳纖維復(fù)絲截面積，單位為平方毫米，（mm）。

p2......................(5)

2

At

P2——應(yīng)力—應(yīng)變曲線上2對(duì)應(yīng)的載荷，單位為牛頓（N）；

2

At——碳纖維復(fù)絲截面積，單位為平方毫米，（mm）。

9.3斷裂伸長率

斷裂伸長率由拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量計(jì)算得到，按式(6)計(jì)算：

t0.1

tE

t......................(6)

式中：

t——斷裂伸長率，%；

t——應(yīng)力-應(yīng)變曲線上t對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

E

t——拉伸彈性模量，單位為吉帕（GPa）。

9.4算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和離散系數(shù)

6

按GB/T1446的規(guī)定計(jì)算算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和離散系數(shù)。

10試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)至少包括以下內(nèi)容：

a)本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)；

b)纖維的生產(chǎn)廠家、類型和牌號(hào)；

c)試驗(yàn)環(huán)境條件；

d)加載速率；

e)試驗(yàn)結(jié)果，包括拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量、斷裂伸長率以及線密度、密度等；

f)試驗(yàn)人員、試驗(yàn)日期及其他需要說明的情況。

7

附錄A

資料性附錄

碳纖維復(fù)絲浸漬用樹脂膠液配制及浸膠方法

A.1環(huán)境

樹脂膠液配制和手工浸膠制樣應(yīng)在GB/T1446中的規(guī)定的環(huán)境下進(jìn)行。

A.2樹脂膠液選擇原則

樹脂應(yīng)與碳纖維表面或其表面上漿劑相容性良好，固化后樹脂的斷裂伸長率應(yīng)大于碳

纖維的斷裂伸長率。通常使用環(huán)氧樹脂體系，推薦的六種樹脂膠液及其配制和固化工藝見

A.3。

A.3樹脂膠液的配制及固化工藝

A.3.1F-48酚醛環(huán)氧樹脂每10g加三氟化硼-單乙胺固化劑0.3g，以丙酮作溶劑，配制

得到均勻的碳纖維浸漬膠液。膠液的固化條件為(170士5)℃，不少于30min。固化后樹脂

的斷裂伸長率為2.2%(典型值）。

A.3.2E-44環(huán)氧樹脂每10g加三乙烯四胺固化劑1g，以丙酮作溶劑，配制得到均勻的碳

纖維浸漬膠液。膠液的固化條件為(120±5)℃，不少于60min。固化后樹脂的斷裂伸長率

為2.3%(典型值）。

A.3.3E-51環(huán)氧樹脂每10g加三乙烯四胺固化劑1g，以丙酮作溶劑，配制得到均勻的碳

纖維浸漬膠液。膠液的固化條件為(120士5)℃，不少于60min。固化后樹脂的斷裂伸長率

為2.1%(典型值）。

A.3.4E-44(或E-51)環(huán)氧樹脂每10g加醚胺類固化劑3g，以丙酮作溶劑，配制得到均勻

的碳纖維浸漬膠液。膠液的固化條件為室溫固化不少于24h。固化后樹脂的斷裂伸長率為

2.6%(典型值）。

A.3.5ERL4221樹脂每10g加0.30g三氟化硼-單乙胺固化劑，以丙酮或乙醇為溶劑，配制

得到均勻的碳纖維浸漬膠液。膠液的固化條件為(130士5)℃，不少于30min。固化后樹脂

的斷裂伸長率為2.6%(典型值）。

A.3.64，5-環(huán)氧環(huán)乙烷-1，2-二甲酸二縮水甘油酯環(huán)氧樹脂每10g加對(duì)，對(duì)-二氨基二苯

甲烷固化劑4g，以丙酮作溶劑，配制得到均勻的碳纖維浸漬膠液。膠液的固化條件為(120

士5)℃，不少于120min。固化后樹脂的斷裂伸長率為2.4%(典型值）。

A.3.7加強(qiáng)片用樹脂均可采用上述A.3.1、A.3.2、A.3.3、A.3.4、A.3.5、A.3.6樹脂配方

體系，但不需要添加溶劑。

A.4碳纖維復(fù)絲手工浸膠

A.4.1先浸膠后繞絲：剪取一定長度的經(jīng)狀態(tài)調(diào)節(jié)的碳纖維復(fù)絲，延順直方向放入環(huán)氧樹脂

膠液中浸泡2～4min。浸過膠的復(fù)絲，除去多余的膠液，固定在掛絲架上，使復(fù)絲在張力（2～

5）N下保持拉直繃緊在框架上，框架的示意圖見圖2a。

8

先繞絲后浸膠：將待測(cè)的碳纖維絲束經(jīng)狀態(tài)調(diào)濕后放置在紗筒固定裝置上，沿其順直方

法抽取一定長度碳纖維束絲，用纏繞架在（2～5）N張力下，手工卷繞碳絲，并做好標(biāo)記，

避免樣品混淆，纏繞架的方式見圖2b。將繞好的碳絲放在環(huán)氧樹脂漬液浸漬（3～5）min。

取出浸漬好繃架，除去多余膠液，在絲束兩端用張力夾