碳纖維單絲拉伸性能的測(cè)定Carbonfibre—Determinationofthetensilepropertiesofsingle-filamentspecimens2022-07-11發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T31290—2014《碳纖維單絲拉伸性能的測(cè)定》,與GB/T31290—2014相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)變化如下：a)增加了術(shù)語“表觀拉伸彈性模量”(見3.3);b)增加了取樣(見7.1);c)增加了試樣的預(yù)加載荷控制(見8.2.5);d)增加了表觀拉伸彈性模量的計(jì)算方法(見9.2.1、9.2.2);e)刪除了精密度(見2014年版的第9章)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)碳纖維標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC572)提出并歸口。本文件起草單位：南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院有限公司、吉林化纖集團(tuán)有限責(zé)任公司、中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司、威海市產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量檢驗(yàn)研究院、威海光威復(fù)合材料股份有限公司、吉林碳谷碳纖維股份有限公司。本文件于2014年首次發(fā)布，本次為第一次修訂。1碳纖維單絲拉伸性能的測(cè)定本文件規(guī)定了碳纖維單絲拉伸性能的測(cè)試方法。本文件適用于碳纖維的單根纖維。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GB/T1040.1塑料拉伸性能的測(cè)定第1部分：總則GB/T3961纖維增強(qiáng)塑料術(shù)語GB/T29762碳纖維纖維直徑和橫截面積的測(cè)定GB/T40724碳纖維及其復(fù)合材料術(shù)語3術(shù)語和定義GB/T1040.1、GB/T3961和GB/T40724界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。系統(tǒng)柔量systemcomplianK由加載系統(tǒng)和試樣夾持系統(tǒng)引起的指示伸長(zhǎng)部分。表觀拉伸彈性模量apparenttensileelasticmodulus未經(jīng)修正的拉伸彈性模量。根據(jù)載荷-伸長(zhǎng)曲線和單絲的橫截面積計(jì)算拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量。拉伸彈性模量以兩個(gè)指定點(diǎn)的應(yīng)力差除以對(duì)應(yīng)的應(yīng)變差計(jì)算得到，這兩個(gè)點(diǎn)可以是兩個(gè)應(yīng)力水平(方法A)或者兩個(gè)應(yīng)變水平(方法B)。應(yīng)變差按系統(tǒng)柔量修正，橫截面積單獨(dú)測(cè)定。應(yīng)力和應(yīng)變可能是非線性關(guān)系，因此應(yīng)定義弦模量。方法A和方法B由于定義的弦的位置不同，可能得出不同的結(jié)果。25試驗(yàn)條件試驗(yàn)前，將試樣在溫度為(23±2)℃,相對(duì)濕度為(50±10)%的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下放置至少24h。在同樣環(huán)境下測(cè)試。6儀器設(shè)備和材料6.1拉伸試驗(yàn)機(jī)十字頭恒速位移，配有載荷-伸長(zhǎng)記錄裝置。載荷指示的精度應(yīng)高于測(cè)定值的1%。記錄十字頭的位移，用以計(jì)算試樣的伸長(zhǎng)。應(yīng)使用平板夾面。注：由于碳纖維單絲拉伸斷裂載荷較小，盡量避免接觸載荷傳感器，防止過載。6.2試樣襯由薄的紙片、柔性金屬片或塑料片制成的帶有狹槽的薄片，狹槽長(zhǎng)度為(25±0.5)mm,如圖1所示。薄片應(yīng)盡可能薄，以減少夾具中試樣偏軸，推薦厚度0.1mm。單位為毫米a)試樣襯尺寸b)粘貼好單絲的試樣村25±0.5標(biāo)引序號(hào)說明：1——膠黏劑；2——單絲試樣。圖1用于粘單纖維絲試樣的試樣襯6.3膠黏劑任何能將單絲牢固粘在試樣襯上的環(huán)氧樹脂、松香或者封蠟。3能將單絲暫時(shí)固定在試樣襯上(無特殊要求)。7樣品7.1取樣從單位產(chǎn)品或?qū)嶒?yàn)室樣品中截取一束約10cm長(zhǎng)的絲束，按纖維根數(shù)大致分成均勻的4份，每份取相同數(shù)量的單絲制備試樣，至少保證20個(gè)有效的測(cè)試結(jié)果。若碳纖維單絲不易分散，可在碳纖維絲束一端用適量乙醇潤(rùn)濕以便于單絲取樣。7.2截面積的測(cè)定7.2.1按照GB/T29762規(guī)定的方法獨(dú)立測(cè)量單絲的橫截面積。當(dāng)使用光學(xué)顯微鏡法或激光衍射法時(shí)，選取的單根纖維試樣可以同時(shí)用于橫截面積和拉伸性能的測(cè)試。7.2.2若單絲的橫截面積差異較大，必要時(shí)測(cè)試?yán)煨阅芮皯?yīng)先按照GB/T29762規(guī)定的光學(xué)顯微鏡法或激光衍射法測(cè)量該試樣的橫截面積。8試驗(yàn)步驟8.1系統(tǒng)柔量系統(tǒng)柔量(K)是由于加載系統(tǒng)和試樣夾持系統(tǒng)引起的指示伸長(zhǎng)部分(見3.1),經(jīng)系統(tǒng)柔量修正可以得到標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)試樣的真實(shí)伸長(zhǎng)。按照附錄A的測(cè)試方法對(duì)系統(tǒng)柔量進(jìn)行測(cè)定。應(yīng)對(duì)每個(gè)不同的拉伸試驗(yàn)機(jī)、夾持系統(tǒng)和試樣襯的組合測(cè)定其系統(tǒng)柔量。用儀器測(cè)得的伸長(zhǎng)減去柔量即得到標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)試樣的真實(shí)伸長(zhǎng)[見9.2,式(3)和式(5)]。長(zhǎng)期測(cè)試相同的組合可根據(jù)測(cè)試頻率定期核查系統(tǒng)柔量。8.2拉伸性能測(cè)試8.2.1將單絲放在試樣襯(見6.2)狹槽的中間，拉直試樣，暫時(shí)用膠帶(見6.4)將單絲的兩端固定在試樣襯兩端，在試樣襯兩端的單絲上各滴一滴膠黏劑(見6.3),使單絲與試樣襯牢固地結(jié)合在一起。注：如拉伸試驗(yàn)機(jī)能直接夾持單絲且測(cè)試過程中不打滑并對(duì)單絲不造成損傷，能夠正常斷裂，可不粘貼試樣襯。8.2.2設(shè)定拉伸試驗(yàn)機(jī)(見6.1)十字頭移動(dòng)速度，范圍為1mm/min～5mm/min。8.2.3夾緊試樣襯時(shí)，應(yīng)使單絲與加載軸線同軸。8.2.4加載前，剪斷或燒斷試樣襯的兩側(cè)。如采用燒斷的方法，單絲不應(yīng)接觸到火焰。8.2.5對(duì)試樣施加預(yù)載荷。按表1,通過預(yù)估模量和橫截面積來確定預(yù)載荷范圍。表1最大預(yù)加載荷%標(biāo)稱斷裂應(yīng)變?chǔ)抛畲箢A(yù)載荷對(duì)應(yīng)應(yīng)變e≥1.20.02e<1.20.01注：標(biāo)稱斷裂應(yīng)變(最大載荷時(shí)的伸長(zhǎng)率)可由碳纖維的商業(yè)代號(hào)中的標(biāo)稱拉伸強(qiáng)度和標(biāo)稱拉伸彈性模量值來計(jì)算。4GB/T31290—20228.2.6啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)加載至單絲破壞，記錄載荷-伸長(zhǎng)曲線。8.2.7若單絲在夾具中破壞，則判為無效數(shù)據(jù)，應(yīng)舍棄該試驗(yàn)結(jié)果，重新取樣測(cè)試。9試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理9.1拉伸強(qiáng)度按式(1)計(jì)算每根單絲的拉伸強(qiáng)度σr。o?——拉伸強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa);F?——最大拉伸載荷，單位為牛(N);A——單絲的橫截面積(見7.2),單位為平方毫米(mm2)。9.2拉伸彈性模量9.2.1方法A(見圖2)標(biāo)引符號(hào)說明：L——伸長(zhǎng)；△L——彈性段的伸長(zhǎng)增量；△F——彈性段的載荷增量。圖2拉伸試驗(yàn)載荷-伸長(zhǎng)曲線按式(2)計(jì)算表觀拉伸彈性模量EA。 (2)式中：EA——表觀拉伸彈性模量，單位為吉帕(GPa);△FA——在400mN/tex～800mN/tex兩點(diǎn)之間的載荷增量，單位為牛(N);A;——單絲的橫截面積(見7.2),單位為平方毫米(mm2);5△LA——對(duì)應(yīng)于400mN/tex～800mN/tex兩點(diǎn)之間的伸長(zhǎng)增量，單位為毫米(mm)。按式(3)計(jì)算拉伸彈性模量Ef.A。EA——表觀拉伸彈性模量，單位為吉帕(GPa);△FA——在400mN/tex～800mN/tex兩點(diǎn)之間的載荷增量，單位△LA——對(duì)應(yīng)于400mN/tex～800mN/tex兩點(diǎn)之間的伸長(zhǎng)增量，單位為毫米(mm);K——系統(tǒng)柔量，單位為毫米每牛(mm/N),計(jì)算方法見附錄A。9.2.2方法B(見圖2)按式(4)計(jì)算表觀拉伸彈性模量E。E——表觀拉伸彈性模量，單位為吉帕(GPa);△F——對(duì)應(yīng)于表2中標(biāo)稱斷裂應(yīng)變給出的應(yīng)變范圍內(nèi)的載荷增量，單位為牛(N);A;——單絲的橫截面積(見7.2),單位為平方毫米(mm2);△Lg——按表2中標(biāo)稱斷裂應(yīng)變給出的應(yīng)變范圍內(nèi)的伸長(zhǎng)增量，單位為毫米(mm)。按式(5)計(jì)算拉伸彈性模量Er.B。Er.B——拉伸彈性模量，單位為吉帕(E——表觀拉伸彈性模量，單位為吉帕(GPa);K——系統(tǒng)柔量，單位為毫米每牛(mm△F——對(duì)應(yīng)于表2中標(biāo)稱斷裂應(yīng)變給出的應(yīng)變范圍內(nèi)的載荷增量，單位為牛(N);△Lg——按表2中標(biāo)稱斷裂應(yīng)變給出的應(yīng)變范圍內(nèi)的伸長(zhǎng)增量，單位為毫米(mm)。表2應(yīng)變范圍的選擇%標(biāo)稱斷裂應(yīng)變e應(yīng)變范圍10試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：6a)本文件編號(hào)；b)識(shí)別所測(cè)樣品的必要詳情；c)單絲的橫截面積及測(cè)定方法；d)所用的膠黏劑和試樣襯；e)拉伸試驗(yàn)時(shí)十字頭的移動(dòng)速度；f)系統(tǒng)柔量(K),包括測(cè)定時(shí)間、(△L/△F)-L曲線和測(cè)定值；g)試樣數(shù)量，包括舍棄的試樣數(shù)；h)拉伸強(qiáng)度、表觀拉伸彈性模量和拉伸彈性模量的單值、平均值和變異系數(shù)；i)計(jì)算拉伸彈性模量的方法，即方法A或方法B;j)試驗(yàn)日期；k)試驗(yàn)環(huán)境條件；1)可能影響結(jié)果的任何偏離。(規(guī)范性)系統(tǒng)柔量的測(cè)定A.1準(zhǔn)備不同狹槽長(zhǎng)度的試樣襯，以制備不同標(biāo)距長(zhǎng)度的試樣，這些試樣襯應(yīng)由相同材料制成。狹槽的長(zhǎng)度分別是5mm、10mm、20mm、30mm和40mm。每種狹槽長(zhǎng)度至少準(zhǔn)備5個(gè)，且狹槽長(zhǎng)度的偏差應(yīng)小于±0.5mm。A.2將單絲粘貼到試樣襯上，應(yīng)確保試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度偏差小于±0.5mm,按8.2測(cè)定每個(gè)試樣的載荷-伸長(zhǎng)曲線。A.3按以下