CCSC282團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CI951—2025大絲束碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗(yàn)方法Testmethodsfortensilepropertiesoflarge-towcarbonfiber2025-04-01發(fā)布2025-04-01實(shí)施中國國際科技促進(jìn)會(huì)ⅠT/CI951—2025前言 Ⅲ1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14原理 15設(shè)備和試劑 16試樣 27試驗(yàn)條件 38試驗(yàn)步驟 39試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算 410試驗(yàn)報(bào)告 5附錄A(規(guī)范性)碳纖維復(fù)絲浸漬用樹脂膠液配制及浸膠方法 7ⅢT/CI951—2025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。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。本文件由西安康本材料有限公司提出。本文件由中國國際科技促進(jìn)會(huì)歸口。本文件起草單位:西安康本材料有限公司、北京航空航天大學(xué)、中國石化上海石油化工股份有限公司、常州啟賦安泰復(fù)合材料科技有限公司、中石油(上海)新材料研究院有限公司、哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司、北京化工大學(xué)常州先進(jìn)材料研究院、西安源創(chuàng)航空科技有限公司、長春工業(yè)大學(xué)、浙江理工大學(xué)。1T/CI951—2025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)定了大絲束聚丙烯腈基碳纖維復(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的大絲束聚丙烯腈基碳纖維復(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—2005纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則GB/T3362—2017碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗(yàn)方法GB/T30019碳纖維密度的測定3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。復(fù)絲multifilament兩根及以上的單絲并合在一起的絲束。3.2大絲束largetowheavytow絲束大于24000(24K)根的絲束。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。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2T/CI951—2025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5.3拉伸試驗(yàn)機(jī)5.3.1試驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合GB/T1446—2005中5.1.1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)的載荷滿量程(10~90)%范圍內(nèi)。5.3.2引伸計(jì)引伸計(jì)的重量不影響測量精度,其測量精度應(yīng)符合GB/T1446—2005中5.1.5的規(guī)定。引伸計(jì)的標(biāo)距為(50~100)mm,測量誤差小于1%?？刹捎檬殖质揭煊?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,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。5.3.4烘箱溫度滿足試樣固化要求,控溫精度不低于±2℃。6試樣6.1試樣數(shù)量、形狀及尺寸6.1.1試樣數(shù)量毎組試驗(yàn)準(zhǔn)備10個(gè)試樣。每組試驗(yàn)有效試樣應(yīng)不少于6個(gè)。6.1.2試樣形狀及尺寸試樣形狀及尺寸見圖1。3T/CI951—2025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樹脂配方試樣由大絲束碳纖維復(fù)絲浸漬環(huán)氧樹脂膠液制成,樹脂膠液的配方見附錄A。6.2.2浸膠方法大絲束碳纖維復(fù)絲可用手工法或機(jī)器法浸膠,手工法浸膠和機(jī)器浸膠方法見附錄A。6.2.3固化要求浸膠后的大絲束碳纖維復(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試樣要求大絲束碳纖維復(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。大絲束碳纖維復(fù)絲浸膠制成的試樣,樹脂含量應(yīng)控制在35%~60%的范圍內(nèi)。6.2.5補(bǔ)強(qiáng)方式及要求0.3mm~1.0mm厚的砂紙、砂布、紙片或紙板。可用室溫固化的環(huán)氧類或丙烯酸類膠粘劑粘貼加強(qiáng)片,固化過程可對(duì)加強(qiáng)片施加壓力,需保證粘貼效果且不損傷加強(qiáng)片和碳纖維。7試驗(yàn)條件7.1試驗(yàn)條件試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)符合溫度23℃±2℃;濕度50%RH±10%RH。7.2試驗(yàn)速率加載速率在1mm/min~20mm/min。仲裁試驗(yàn)加載速率為10mm/min。8試驗(yàn)步驟8.1試樣外觀按6.2.4的規(guī)定檢查試樣外觀。4T/CI951—20258.2試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置設(shè)置試驗(yàn)機(jī)測量模式、參數(shù),按7.2設(shè)置試驗(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試樣裝夾裝夾試樣,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)過程中應(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試樣初始載荷設(shè)置對(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引伸計(jì)要求測試?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試樣破壞試驗(yàn)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?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。表1彈性模量測試時(shí)應(yīng)變?nèi)≈捣秶鷱?fù)絲斷裂伸長率(ε)典型值應(yīng)變?nèi)≈捣秶?ε1~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%8.7試樣數(shù)量要求同批有效試樣不足6個(gè)時(shí),應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。9試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算9.1拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度按公式(1)計(jì)算:…………(1)式中:σt—拉伸強(qiáng)度,單位為兆帕(MPa);P—破壞載荷,單位為牛頓(N);5T/CI951—2025At—碳纖維復(fù)絲截面積,單位為平方毫米(mm2),按公式(2)計(jì)算:…………(2)式中:t—復(fù)絲的線密度,按GB/T3362—2017中附錄B測定,單位為克每米(g/m);ρt—復(fù)絲的密度,按GB/T30019測定,單位為克每立方厘米(g/cm3)。9.2拉伸彈性模量拉伸彈性模量按公式(3)計(jì)算:…………(3)式中:Et—拉伸彈性模量,單位為吉帕(GPa);ε1—彈性模量測量時(shí)應(yīng)變?nèi)≈捣秶膽?yīng)變下限,%,取值見表1;ε2—彈性模量測量時(shí)應(yīng)變?nèi)≈捣秶膽?yīng)變上限,%,取值見表1;σ1—應(yīng)力-應(yīng)變曲線上ε1對(duì)應(yīng)的應(yīng)力,單位為兆帕(MPa),按公式(4)計(jì)算:σ2—應(yīng)力-應(yīng)變曲線上ε2對(duì)應(yīng)的應(yīng)力,單位為兆帕(MPa),按公式(5)計(jì)算:…………(4)式中:P1—應(yīng)力-應(yīng)變曲線上ε1對(duì)應(yīng)的載荷,單位為牛頓(N);At—碳纖維復(fù)絲截面積,單位為平方毫米(mm2)。…………(5)式中:P2—應(yīng)力-應(yīng)變曲線上ε2對(duì)應(yīng)的載荷,單位為牛頓(N);At—碳纖維復(fù)絲截面積,單位為平方毫米(mm2)。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,按公式(6)計(jì)算:…………(6)式中:εt—斷裂伸長率,%;σt—應(yīng)力-應(yīng)變曲線上εt對(duì)應(yīng)的應(yīng)力,單位為兆帕(MPa);Et—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)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)本文件編號(hào);6T/CI951—2025b)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。7T/CI951—2025附錄A(規(guī)范性)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)在溫度23℃±2℃;相對(duì)濕度相不大于50%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,具有同等效果的其他樹脂膠液配方均可使用。A.3樹脂膠液的配制及固化工藝A.3.1配方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±5)℃,不少于30min。固化后樹脂的斷裂伸長率為2.2%(典型值)。A.3.2配方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.3.3配方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±5)℃,不少于60min。固化后樹脂的斷裂伸長率為2.1%(典型值)。A.3.4配方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.3.5配方54,5-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±5)℃,不少于120min。固化后樹脂的斷裂伸長率為2.4%(典型值)。A.3.6配方7EPOLAM2040Resin環(huán)氧樹脂每100g加EPOLAM2047Hardener胺類固化劑32g,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120min。固化后樹脂的斷裂伸長率為6.7%(典型值)。8T/CI951—2025A.3.7補(bǔ)強(qiáng)配方加強(qiáng)片用樹脂均可采用上述樹脂配方體系,但不需要添加溶劑。A.4碳纖維復(fù)絲手工浸膠A.4.1手工浸膠先浸膠后繞絲:剪取一定長度的經(jīng)狀態(tài)調(diào)節(jié)的碳纖維復(fù)絲,沿順直方向放入環(huán)氧樹脂膠液中浸泡2min~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A.1。先繞絲后浸膠:將待測的碳纖維絲束經(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A.2。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保持絲束繃直。圖A.1手工制樣框架圖A.2手工制樣纏繞架A.4.2固化把固定在掛絲架的復(fù)絲放入烘箱內(nèi)固化,固化條件由樹脂體系決定。9T/CI951—2025A.4.3裁剪要求碳纖維復(fù)絲浸膠固化后,按圖1尺寸截取復(fù)絲。A.