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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2024-05-30 08:42
碳纖維單絲測(cè)試的重要性
在對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行建模分析時(shí),需要輸入材料特性來(lái)進(jìn)行可靠的預(yù)測(cè),而預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于所使用的輸入數(shù)據(jù)。在碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料中,碳纖維和基體是復(fù)合材料的基本組分,獲得它們的性能是預(yù)測(cè)復(fù)合材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)。
復(fù)合材料在拉伸作用下的失效通常與沿加載方向排列層的失效相一致,這些層的失效最終取決于碳纖維斷裂的積累,而預(yù)測(cè)碳纖維斷裂的發(fā)展過(guò)程并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)失效應(yīng)變需要了解碳纖維的強(qiáng)度和剛度。由于微尺度缺陷的存在,碳纖維的斷裂失效是隨機(jī)的。因此,碳纖維強(qiáng)度不是用平均值表示,而是用概率分布表示,通常是威布爾分布,碳纖維單絲測(cè)試的重要意義不言而喻。
此外,近日小編受某國(guó)際期刊邀請(qǐng)審理了一篇稿件,作者來(lái)自日本東京工業(yè)大學(xué),該研究團(tuán)隊(duì)使用單絲拉伸測(cè)試分析了玻璃纖維、PAN基碳纖維、瀝青基碳纖維和SiC四種纖維在液體中的拉伸強(qiáng)度,結(jié)果顯示:PAN基碳纖維和SiC纖維的拉伸強(qiáng)度受控于表面裂紋,而玻璃纖維和瀝青基碳纖維的拉伸強(qiáng)度受控于內(nèi)部裂紋。由此可見(jiàn),單絲測(cè)試對(duì)于揭示碳纖維高強(qiáng)度特性也有著重要意義。
雖然碳纖維具有很高的強(qiáng)度,但碳纖維單絲拉伸強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)測(cè)試與通常的力學(xué)拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法不同,因其脆性的物理特性使得很難通過(guò)采用試驗(yàn)機(jī)夾頭進(jìn)行夾持纖維單絲。同時(shí),通過(guò)直接夾持測(cè)試其拉伸強(qiáng)度亦會(huì)對(duì)碳纖維造成一定的傷害,這常使得實(shí)驗(yàn)的斷裂模式常發(fā)生在夾持處,造成了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的失效。碳纖維單絲測(cè)試的典型測(cè)試方法是使用剪紙紙或薄塑料片來(lái)固定纖維。

碳纖維單絲測(cè)試過(guò)程
碳纖維單絲拉伸強(qiáng)度檢測(cè)過(guò)程分為:分絲、固定片加固、檢測(cè)三個(gè)步驟:
第一步:分絲過(guò)程比較麻煩,纖維直徑僅僅幾微米,因此很難分辨是一根還是兩根;
第二步:將挑選后單絲在紙片上進(jìn)行加固,一旦操作不慎就會(huì)導(dǎo)致纖維斷裂;
第三步:在測(cè)試過(guò)程中被測(cè)試樣的一端夾持在電子式碳纖維強(qiáng)力儀的上夾持器上,試樣另一端夾持在下夾持器上,采用恒定的拉伸速度拉伸試樣,直至試樣斷裂。
寧波材料所碳纖維及其復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)擁有德國(guó)FAVIMAT+型單絲纖維萬(wàn)能測(cè)試儀,該裝置采用氣動(dòng)夾持,半自動(dòng)測(cè)試的方式,其測(cè)量綜合裝置可以測(cè)定普通化纖、高強(qiáng)高模芳綸、高強(qiáng)高模聚乙烯、碳纖維、金屬纖維、玻璃纖維、工程用短纖維等高性能纖維(拉伸強(qiáng)度、模量、斷裂伸長(zhǎng)率)力學(xué)性能。
單絲纖維萬(wàn)能物性測(cè)試儀
以碳纖維單絲力學(xué)性能測(cè)試為例,對(duì)同一根碳纖維單絲的橫截面和拉伸強(qiáng)度的組合測(cè)量可以將力-伸長(zhǎng)率曲線直接轉(zhuǎn)化為應(yīng)力-伸長(zhǎng)率曲線。這是通過(guò)將每根碳纖維的單個(gè)橫截面的cN力歸一化來(lái)完成的,以在拉伸測(cè)試過(guò)程中接受以GPa表示的應(yīng)力。同樣,這些應(yīng)力-伸長(zhǎng)率曲線的導(dǎo)數(shù)也可以直接以GPa為單位獲得,從而可以立即測(cè)量。

使用FAVIMAT在20根碳纖維樣品上測(cè)得的最大力-伸長(zhǎng)率,應(yīng)力-伸長(zhǎng)率和模量
通過(guò)上述設(shè)備還可利用振法測(cè)定纖維線密度,可直接顯示線密度單值、平均值和變異系數(shù)。在線密度測(cè)試時(shí),儀器會(huì)在確定的張力和振蕩長(zhǎng)度下自動(dòng)確定基本橫向振蕩的共振頻率。鑒于被測(cè)材料的密度,可以容易地確定有效橫截面,其精度通常比通過(guò)光學(xué)手段確定的精度更好??梢詫y(cè)量原理擴(kuò)展到完整的振動(dòng)分析,以便確定其他參數(shù),例如彎曲剛度。
作為一種通用測(cè)試儀,F(xiàn)AVIMAT+型單絲纖維萬(wàn)能測(cè)試儀適用于所有類(lèi)型的纖維,而其優(yōu)異的長(zhǎng)度和力分辨率(低至0.1 µN)使其成為一種有趣的測(cè)試儀器,也可用于其他應(yīng)用,例如對(duì)納米非織造布的拉伸測(cè)試。該設(shè)備測(cè)試符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16256-1996、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO1973-1995和國(guó)際化學(xué)纖維標(biāo)準(zhǔn)化局(BISFA)的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn),適用于單根纖維的線密度測(cè)定,可廣泛應(yīng)用于纖維、紡織等生產(chǎn)企業(yè)、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和科研單位。
碳纖維單絲拉伸性能測(cè)試往往需要進(jìn)行數(shù)十根單絲甚至更多,才能獲得有效值,碳纖維由成千上萬(wàn)根單絲組成,因此單絲拉伸性能測(cè)試后,可以通過(guò)單絲強(qiáng)度分度區(qū)間對(duì)纖維離散性進(jìn)行綜合分析。

來(lái)源:碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)