碳纤维单丝强伸实验的影响因素pdf
影响材料拉伸试验强度的若干技术因素
σ
r
（8）
4e 的范围通常可达 0.08~0.8，即最大应力要比平均应力大 8%~80%，可见由于偏心引起的附加
应力很r大，可以引起很大的误差。
此外，对于试样的某个截面，其最大应力发生在表面；对于整根试样，其最大应力发生在跟部
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的表面。这正是我们在实践中经常看到试样的断裂点发生在试样根部的原因。
[关键词] 拉伸试验 屈服强度 抗拉强度
屈服强度σs、抗拉强度σb等参数是金属材料最富代表性的力学性能指标，是工程设计、机械制 造的主要依据，这类力学性能指标的分析和研究对于从事基础理论研究和分析工程事故具有非常重要 的意义。
试验测试是获取材料的强度等力学性能指标的可靠方法。例如可拉伸、压缩、弯曲试验的方法等 等。其中，拉伸试验方法是检验材料力学性能的一种最重要、最有效和最常用方法。但是，要准确地 测得材料的拉伸性能，应有技术先进、功能齐全、质量可靠的试验机，同时还必须正确掌握试验方法， 排除各种不利的因素，否则处理不当，就会引入很大的误差。本文探讨试验机技术状态、试验条件和 测试技术等相关的技术因素对材料拉伸试验强度的影响。
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金属材料的σb 无影响，而对强度较低的、塑性好的金属材料有微小的影响。拉伸时加载速率增大， σb有增高的趋势。在高温下，拉伸加载速率对σb有显著的影响。 1.3 试验条件及试样工艺效应 金属材料处于有害的介质环境时,试样的屈服点降低。试样的表面粗 糙度对屈服点也有影响,特别是对塑性较差的金属材料有较大的影响,有使屈服点降低的趋势。 1.4 偏心效应 由于试验机的加载轴线与试样的几何中心不一致，所以严格的轴向荷载（图 1（a）） 是很难获得的，这就造成了试验机偏心加载、产生弯曲而引入测试误差。考虑同轴度的影响，试样受 拉变形的简化力学模型如图 1（b）所示。其中，几何同轴度为 e、力的同轴度为 α。
关于碳纤维强度的影响因素探讨
关于碳纤维强度的影响因素探讨碳纤维因其轻质高强的特性，在现代工程领域得到了广泛的应用。
碳纤维的强度受到诸多因素的影响，不同的制备工艺、原材料和使用环境都会对碳纤维的强度产生影响。
本文将探讨碳纤维强度的影响因素，并分析其原因，以期为碳纤维材料的应用提供一定的参考和指导。
一、原材料的影响1. 原料的纯度碳纤维的制备过程中，采用的原料主要是聚丙烯腈纤维。
而原料的纯度对最终碳纤维的强度有着直接的影响。
高纯度的原料可以制备出具有较高强度的碳纤维，而低纯度的原料则会使碳纤维的强度受到限制。
2. 原料的结晶度聚丙烯腈在制备碳纤维时需要经过一系列的加热处理，其中包括纤维的热处理和碳化。
而原料的结晶度会直接影响加热处理和碳化的效果，进而影响碳纤维的强度。
结晶度高的原料在制备过程中更容易形成均匀的碳化结构，从而获得更高的碳纤维强度。
二、制备工艺的影响1. 纤维初形态在碳纤维的制备过程中，纤维的初形态对最终碳纤维的强度有着重要的影响。
通常情况下，采用的纺丝工艺和纤维拉伸工艺会对纤维的初形态进行调控，以获得理想的碳纤维结构。
2. 碳化工艺碳纤维的碳化工艺是其强度形成的重要环节。
在碳化过程中，需要进行高温热处理，将纤维中的非碳元素转化为碳元素，从而形成具有高强度的碳纤维结构。
而碳化工艺的温度、时间和气氛等因素都会影响碳纤维的强度。
三、使用环境的影响1. 温度碳纤维在高温下的使用环境会导致其强度的降低。
因为高温会导致纤维结构的变化，使其失去一部分强度。
在高温环境下应当谨慎使用碳纤维材料。
2. 湿度湿度会影响碳纤维的性能，对于碳纤维而言，湿度过高会导致纤维结构的松弛，从而降低其强度。
因此在潮湿的环境下使用碳纤维时，需要采取一定的防护措施，以保证其使用性能。
碳纤维的强度受到原材料、制备工艺和使用环境等多方面的影响。
为了获得高强度的碳纤维材料，需要在原料的选择、制备工艺的控制和使用环境的考虑等方面进行综合考量和优化。
希望本文的探讨能够为碳纤维材料的研究和应用提供一定的参考和指导。
关于碳纤维强度的影响因素探讨
关于碳纤维强度的影响因素探讨碳纤维具有轻质高强度的特点，因此被广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
碳纤维的强度是影响其应用性能的关键参数之一，因此研究碳纤维强度的影响因素具有重要意义。
碳纤维的原材料对其强度有着很大的影响。
常见的碳纤维原材料包括聚丙烯腈纤维（PAN）和环氧树脂（EP）。
PAN纤维具有较高的强度和模量，适用于制备高性能的碳纤维。
而EP树脂则可以提供更好的耐腐蚀性和热稳定性。
选择合适的原材料可以改善碳纤维的强度性能。
碳纤维制备工艺也会对其强度产生影响。
碳纤维的制备过程包括纤维拉伸拉伸、炭化和图形化等环节。
拉伸过程中的拉伸比例和温度控制、炭化温度和时间以及图形化温度和时间等工艺参数都会影响碳纤维的结构和性能。
合理的工艺参数可以提升碳纤维的强度。
碳纤维的微观结构和晶体结构也会对其强度产生影响。
碳纤维的强度主要来自于其纤维的有序排列和晶体结构。
纤维的有序排列可以减小纤维之间的间隙，增强纤维间的相互作用力，从而提高碳纤维的强度。
晶体结构的改变也可以影响碳纤维的性能，如改变晶体的尺寸和取向可以调控碳纤维的强度。
碳纤维的表面处理也是影响其强度的重要因素之一。
表面处理可以提高碳纤维与基体材料的粘结力，从而提高复合材料的性能。
常见的表面处理方法包括氧化、电化学处理和化学改性等。
适当的表面处理可以改善碳纤维的强度和耐久性。
碳纤维的强度受到多种因素的影响，包括原材料选择、制备工艺、微观结构和晶体结构以及表面处理等。
研究这些影响因素有助于开发出更高强度的碳纤维材料，满足不同领域的需求。
关于碳纤维强度的影响因素探讨
关于碳纤维强度的影响因素探讨【摘要】碳纤维是一种新型材料，引起强度高，密度低，是目前所有增强纤维中，比强度和比模量都很突出的高性能纤维。
但由于加工工艺灯缺陷，会造成碳纤维的强度下降。
本文对影响碳纤维强度的因素进行探讨。
【关键词】碳纤维;强度;影响因素;碳化一、碳纤维复合材料的性能及主要用途由于碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。
其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。
碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工性好，沿纤维轴方向表现出很高的强度，且碳纤维比重小。
1.碳纤维的化学性能碳纤维是一种纤维状的碳素材料。
我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。
这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。
除强氧化性酸等特殊物质外，在常温常压附近，几乎为化学惰性。
可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用，很难观察到碳纤维发生化学变化。
根据有关资料介绍，从碳素材料的化学性质分析，在≤250℃环境下，碳素材料既没有明显的氧化发生，也没有生成碳化物和层间化合物生成。
由于碳素材料具有气孔结构，因此气孔率高达25%左右，在加热过程易产生吸附气体脱气情况，这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用。
2.碳纤维的物理性能（1）热学性质碳素材料因石墨晶体的高度各向异性，而不同于一般固体物质与温度的依存性，从工业的应用角度来看，碳素材料比热大体上是恒定的。
几乎不随石墨化度和碳素材料的种类而变化（2）导热性质碳素材料热传导机理并不依赖于电子，而是依靠晶格振动导热，因此，不符合金属所遵循的维德曼―夫兰兹定律。
根据有关资料介绍，普通的碳素材料导热系数极高，平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美（3）电学性质碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关，石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性质。
碳纤维复丝拉伸强度测试中胶液密度的研究
碳纤维复丝拉伸强度测试中胶液密度的研究碳纤维是一种新型高性能材料，复合材料中使用非常广泛。
它主要由碳原子组成，表面光滑，耐腐蚀性强，耐用性好，刚度大，同时具有非常优越的物理性能。
与传统金属材料相比，碳纤维复合材料具有更高的抗拉强度和抗压强度，使其成为航空航天、船舶制造、汽车制造和医疗设备等领域的最佳选择。
碳纤维复合材料的抗拉强度是确定其应用的关键性指标，因此评估和改善碳纤维复合材料的拉伸强度成为一项重要的研究课题。
碳纤维复丝由多个碳纤维丝沿纵向方向分布的结构组成，在碳纤维复丝材料的应用过程中，如果胶液密度不正确，会影响材料的拉伸强度。
因此，本文旨在研究胶液密度对碳纤维复丝拉伸性能的影响，并给出合理的胶液密度值，为优化碳纤维复合材料的性能奠定基础。
首先，在实验中，选择碳纤维复丝样品，对复丝拉伸实验采用GB/T3249-2005《Gluing and Tensile Testing of Longitudinal Carbon Fibre Reinforced Composite》标准，给样品施加拉力，并根据《Glue Density Test》《GB/T251-2008》的要求，进行胶液密度测试。
实验结果表明，随着胶液密度的增加，碳纤维复丝拉伸强度也在逐渐增加，当胶液密度在1.1g/cm3~1.3g/cm3时，碳纤维复丝拉伸强度最高，达到了75MPa，当胶液密度在1.2g/cm3以上时，胶液层会变得薄，碳纤维复丝的拉伸强度也会随之降低，这说明胶液密度的大小会影响碳纤维复丝材料的拉伸强度。
此外，本文还提出了胶液密度控制的重要性，当胶液密度不正确时，会影响碳纤维复丝的拉伸性能。
因此，在合成工艺中，胶液密度是实现高拉伸性能的关键因素之一，胶液密度控制在1.1g/cm3~1.3g/cm3之间是比较适宜的。
综上所述，胶液密度是影响碳纤维复丝拉伸强度的重要因素之一，它的正确控制不仅可以提高碳纤维复丝的拉伸强度，而且可以提高复丝拉伸时的稳定性。
碳纤维拉伸模量与拉伸强度
碳纤维拉伸模量与拉伸强度简介碳纤维是一种具有优异性能的高强度纤维材料。
它由碳元素组成，具有轻质、高强度、高模量和耐腐蚀等特点，在航空航天、汽车制造、体育器材、建筑结构等领域得到广泛应用。
在使用碳纤维材料时，了解其拉伸模量和拉伸强度是非常重要的。
拉伸模量拉伸模量是衡量材料抵抗拉伸变形能力的一个指标。
它表示单位面积材料在拉伸条件下产生的应力与应变之间的关系。
拉伸模量是一个材料固有的性质，与材料的力学特性和结构有关。
碳纤维的拉伸模量非常高，可以达到几百GPa的水平，远高于传统的金属材料。
这使得碳纤维在替代传统材料时具有明显的优势。
例如，在航空航天领域中，使用碳纤维复合材料代替传统的铝合金可以显著减轻飞机的重量，提高燃油效率。
拉伸模量的高低不仅取决于材料本身的性质，还取决于材料内部的结构和排列方式。
通常，碳纤维的拉伸模量与其纤维的取向和体积分数有关。
纤维的取向越接近于拉伸方向，拉伸模量越高。
而纤维的体积分数越高，拉伸模量也会相应增加。
拉伸强度拉伸强度是衡量材料抵抗拉断能力的一个指标。
它表示在材料被拉伸到破坏之前所能承受的最大拉应力。
拉伸强度是一个材料的极限指标，通常用于评估材料的耐久性和可靠性。
碳纤维的拉伸强度通常较高，可以达到几千MPa的水平，远高于许多金属材料。
这使得碳纤维在需要高强度要求的领域有着广泛应用，如航空航天、汽车制造和体育器材。
拉伸强度的高低取决于材料内部的结构和缺陷。
碳纤维的拉伸强度受到纤维间的结合力和纤维本身的结构影响。
纤维间的结合力越强，拉伸强度也会相应增加。
此外，纤维的结构也会影响拉伸强度。
例如，碳纤维中存在的孔隙和裂纹会降低其拉伸强度，因为它们会成为应力集中的位置，导致材料在受力时容易发生破坏。
影响拉伸模量和拉伸强度的因素除了纤维的取向和体积分数之外，还有一些其他因素会影响碳纤维的拉伸模量和拉伸强度。
1.纤维的直径：纤维的直径越小，通常拉伸模量和拉伸强度也会相应增加。
这是因为小直径的纤维更坚硬，抵抗应力的能力更强。
高强型碳纤维复丝拉伸性能测试影响因素的研究
高强型碳纤维复丝拉伸性能测试影响因素的研究作者：梁燕邱星翔蒋玲玲胡伟伟来源：《中国纤检》2017年第06期摘要：碳纤维复丝拉伸性能的正确测试是对其质量评价的重要内容。
目前，GB/T 26752—2011《聚丙烯腈基碳纤维》引用的测试方法主要针对标准型碳纤维，提供的制样和测试方法在一定程度上是原则性描述，已不适用高强型碳纤维复丝拉伸性能的测试。
本文通过对树脂体系、浸胶及固化条件、试样加强片的类型及粘贴方式等影响因素的研究，选取与高强型碳纤维复丝拉伸性能相适宜的测试方法，真实准确高效地提供高强型碳纤维复丝拉伸性能数据。
关键词：高强型；碳纤维复丝；拉伸性能测试；影响因素1 国内外研究现状随着碳纤维的问世和应用领域的不断扩大，关于碳纤维综合性能评价与表征的研究飞速发展。
以日本、美国为代表的碳纤维生产和应用大国已建立了性能指标完整、表征方法科学的碳纤维评价与表征体系，可准确地反映碳纤维本征特性和界定碳纤维性能等级。
国外碳纤维评价表征研究和碳纤维研制紧密结合并同步发展，碳纤维性能客观系统评价有效指导了高性能碳纤维的研制，促进了碳纤维的更新换代[1]。
近年来，国家相关部门高度重视我国碳纤维的发展，碳纤维研发和生产实力得到了快速提升。
“十五”以来，在相关部委的支持下，国产碳纤维在性能、产能等方面取得了可喜成绩，国产T300级碳纤维工程化技术已取得重大突破并获得大量应用，国产T700级碳纤维工程化工作已取得重大进展。
国产T800级碳纤维已突破关键制备技术，工程验证也迫在眉睫。
国产GQ3522型（T300级）碳纤维实现了千吨级产业化建设，产品陆续进入市场，品种包括24K及以下规格，应用研究进展迅速，获得军民领域的应用。
拉伸强度4500MPa和拉伸模量220GPa 以上的国产GQ4522、拉伸强度5000MPa和拉伸模量220GPa以上的国产GQ5022（T700级）等高强型碳纤维，其中部分品种已完成百吨级工程化研究，产品进入复合材料应用评价与工程应用阶段。
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第 23 卷第 6 期
姚江薇 ,等. 碳纤维单丝强伸实验的影响因素
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2. 2 粘结与夹持 将碳纤维单丝小心地置于纸卡上 ,并用环氧粘结剂将
法表达碳纤维的强伸性 。
图 3 碳纤维粘结失效的典型情况 Fig. 3 σ- εcurve of inefficient adhesion
图 2 制样偏离 Fig. 2 Fiber inclining
3. 1. 5 夹持的影响 试样卡夹持时其长度方向如果不平 行于拉伸方向或不同轴 ,其受力情况等同于碳纤维不平行 于试样卡的情况 (图 2) 。从表 1 中可以看出 ,标准制样所测 得的强力值略大于夹持偏离时的测量值 ,这是因为拉伸过 程中纤维不仅受到拉伸作用 ,同时还将受到弯曲 、剪切作 用 。标准制样即为无偏斜 、弯曲和绷紧试样 。ε为曲线起始 点修正所得 。 3. 1. 6 纤维本身的弱节 碳纤维的实测强度往往低于其 均匀结构估计的理论强度 ,这说明碳纤维中存在弱节或缺 陷 。纤维的断裂特征 ,尤其是强力取决于该纤维上力学性 能最弱的部分[8] ,即碳纤维的弱节的强力 。因此碳纤维的 弱节与分布是纤维强度离散的本质原因 。 3. 2 伸长率测量的影响因素 3. 2. 1 制样的几何尺寸影响
3 实验结果与影响因素分析
3. 1 强度测量的影响因素 3. 1. 1 制样的损伤 碳纤维的拉伸强度值虽然较好 ,但 其弯曲柔性极差 ,制样中 ,极易导致纤维 、尤其是含有应力 集中源的纤维的断裂 ,即制样的成功率低 。同样 ,试样拉伸 中亦会因试样制备的偏差 、粘结失效与损伤 、夹持操作等影
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往往在夹持中就因弯折而断裂 ;二是即使夹持成功 ,夹持端 会对纤维产生损伤 ,而使纤维的断裂发生在钳口处 ,所测数 据不能反映纤维的真实特性 。因此 ,碳纤维单丝的强伸性 实验首先要求将单根碳纤维粘贴于特制的试样卡上 ,如图 1 所示[5] 。本实验所用的碳纤维是上海碳素厂 12 K 长丝 ,平 均直径为 6. 9μm。
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材料科学与工程学报
2005 年 12 月
(a) 试样卡变形的侧视图及此时σ2ε曲线 (a) Side elevation of window card bending
(b) 碳纤维变形及此时σ2ε曲线 (b) Carbon fiber bending
图 4 制样中张力控制不当的结果示意图 Fig. 4 Bending and tensioning of carbon fibers fixed on window card
(a) 位置偏差 (a) Wrong position of joints
192. 81
Non2axial clamping
3. 32
1. 77
1. 60
207. 53
3. 1. 3 粘结的损伤 粘结作用是粘结剂与碳纤维表面的机 械锁结 、化学键合和物理吸附作用 。粘结剂的化学作用对 纤维本体强度的损伤极小[7] ,可忽略不计 。 3. 1. 4 粘结的失效 试样粘贴不牢时 ,可能会存在碳纤维 被粘贴在试样卡上的部分在拉伸力的作用下被抽拔出来 。 此时测得 的 单 丝 强 度 可 能 只 是 碳 纤 维 与 粘 结 剂 的 粘 结 强 度 。通常这种情况可由碳纤维的强伸曲线反映出来 ,典型 情况如图 3 所示 :曲线 A 为纤维断裂发生在粘结区的抽拔σ - ε曲线 ,该曲线说明粘结强度不高 ,纤维在粘结区有弱节 ; 曲线 B 为粘结失效 ,纤维完全抽拔的 σ- ε曲线 ,该曲线无
姚江薇 ,于伟东
( 东华大学纺织学院 ,上海 200051)
【摘 要】 碳纤维的脆性与高强使其强伸实验有别于柔性纺织纤维 ,为了得到更精确的试验结果 ,对试验中易于 导致误差或错误的影响因素 :纤维的倾斜 、弯曲和紧绷等 ;粘结点的位置与粘结有效性 ;同轴夹持以及曲线校正等作了 探讨 。同时 ,为便于对碳纤维断裂端结构的原位对应分析 ,必须真实地保留纤维断面 ,相关试验及对断面保留影响的分 析给出了较为理想的方法 。
其固定 ,并覆盖夹纸片 ,完成整齐头端的粘结 。此处需特别 注意粘结的平直与位置 。待粘结剂完全固化后 ,将带有碳 纤维的试样卡放在拉伸试验仪的两夹头间 。事实上 ,牵伸 距离 L0 并不等于夹持距离 GL ,通常 GL ≥L0 。 2. 3 拉伸与试样保留
将夹持好的纸卡 ,沿图 1 所示的位置剪开 ,启动下夹头 下降 ,开始拉伸 ,记录拉伸曲线 。本实验所用的拉伸仪为 XQ21 型纤维强伸度仪 。纤维细度测量仪器为奥林巴斯显微 镜和摄像头连接 ,细度通过拍摄纤维图像的方法确定的 。 拉伸断裂的纤维样仍保留在纸卡上 (见后分析) ,并编号以 便对应观察断裂纤维的断面特征 。
【Abstract】 The brittleness and high2tenacity of carbon fibers make its tensile test different from that of flexible fibers. Main factors affecting the results in this kind of tests were discussed to achieve a more precise result , which are the fiber inclining , bending and tensioning , the position and efficiency of adhesion joints , axial clamping and stretching , and tensile curve calibration. For the obtainment of the actual fracture ends of broken carbon fibers to analyse the fracture mechanism , corresponding methods and their effects were tested and the reasonable method has been established.
2 碳纤维单丝强伸性实验
2. 1 制样 碳纤维单丝的强伸性实验不同于其他柔性纤维的单纤
维实验 。碳纤维不能直接夹持在预定隔距的两夹头间 。其 原因很简单 ,一是纤维的脆性使整个夹持成功率极低 ,纤维
图 1 试样卡 Fig. 1 Specimen with the window card
收稿日期 :2005201215 ;修订日期 :2005203221 基金项目 :国家自然科学基金委重点资助项目 (50333050) 作者简介 :姚江薇 (1979 - ) ,女 ,博士研究生 ,主要研究领域为碳纤维结构与力学性能 ,E2mail : yaojiangwei @mail. dhu. edu. cn.
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 23 卷第 6 期
姚江薇 ,等. 碳纤维单丝强伸实验的影响因素
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2. 2 粘结与夹持 将碳纤维单丝小心地置于纸卡上 ,并用环氧粘结剂将
第23卷 第6期 Vol . 2 3 No . 6
材 料 科 学 与 工 程 学 报 Journal of Materials Science & Engineering
总第98期 Dec . 2 2005) 0620810204
碳纤维单丝强伸实验的影响因素
响导致实验误差与失败 。即使整个试验非常规范 ,碳纤维 的强度或分布也存在一定的误差 ,去除误差 、得到真实的强 度与分布是碳纤维的弱节和强度不匀分析的基础 ,也是人 们想获得的 。 3. 1. 2 制样的偏离 将单根碳纤维粘贴在试样卡上时 , 假如碳纤维与试样卡的长度方向存在一定的夹角 θ,则拉伸 过程中纤维不仅受到拉伸作用 ,同时还将受到弯曲 、剪切作 用 ,尤其在纤维根部 ,如图 2 所示 。对牵伸隔距 L0 而言 ,倾 斜纤维的真实隔距要偏大 , L0′= L0Πcosθ。鉴于 L0 的增大 , 纤维发生弱节的概率增大[6] ,也会影响碳纤维实测单丝强 度 ,实测结果见表 1 。
【关键词】 碳纤维 ;应力 - 应变曲线 ;拉伸 中图分类号 :TQ342. 7 文献标识码 :A
Factors on the Tensile Test of Single Carbon Fibers
YAO Jiang2wei , Y U Wei2dong
( College of Textiles , Donghua University , Shanghai 200051 , China)
(1) 碳纤维与拉伸方向的平行 : 这不仅影响纤维的强 度 ,而且影响纤维的伸长率 ,因为纤维与拉伸方向呈一定偏 角 ,拉伸中偏角偏转也计入伸长值中 ,产生偏差 ,测试结果 见表 1 。
(2) 制样的预加张力 :纸卡制样时不应有预张力 ,但制 样时碳纤维过度绷紧 ,试样卡变形 ,会产生预加张力 ;或纤 维偏松而略微弯曲有额外伸长 ,其各自对应的σ- ε曲线如 图 4 所示 。 3. 2. 2 实际粘结点的有效距离变化 受人为操作的影 响 ,粘结点的位置会与设定隔距产生偏差 ,见图 5 (a) ;实际 粘结端的有效握持 ,也会因头端形态 ,作用效果而影响握持 点 ,如图 5 (b) 。显然 ,这些均会使实际的牵伸隔距与设定隔 距不一致而引起应变计算的误差 。位置不准可以通过显微 观察修正 ,粘结端的有效握持则完全取决于粘结剂与纤维 的作用 ,理论上可以修正 ,但定量有困难 。当握持失效部分 增大时 ,较为典型的σ-ε曲线如图 5 (c) 所示 ,模量偏低 ,应 变增大 。 3. 2. 3 拉伸参数值对伸长测试值的影响 在通常低速拉 伸断裂中 ,碳纤维的断裂应力与断裂应变值不会有明显的 应变率相关性[9] 。由于本实验的目的是表征纤维的弱节特
【 Key words】 carbon fiber ; stress2strain curve ; tensile
1 前 言
碳纤维的高比强 、高比模 、耐高温等优良性能使其得到 广泛的应用 。但加工过程的波动[1] 或原丝本身[2] 的问题使 最终碳纤维的力学性质存在很大差异[3] ,尤其是纤维强度 的离散[4] 。因而 ,碳纤维的强伸性及其均匀性成为人们研 究和常规测量的重要内容之一 。然而 ,碳纤维极细 (528μm) , 为脆性 、高强纤维 ,要成功地拉伸测量存在难度[5] 。同时 , 碳纤维单丝强伸实验会因各种因素的影响产生较大误差 。 这里 ,就碳纤维的单丝拉伸试验过程中可能遇到的各种影 响因素作简单的探讨 。
征 ,需要保留断裂纤维样 ,故应变率较低 ,其应力 、应变测试 值与伸长率的关系如表 2 所示 ,应变率 (拉伸速率) 对应力 和应变值的影响可忽略不计 。
法表达碳纤维的强伸性 。
图 3 碳纤维粘结失效的典型情况 Fig. 3 σ- εcurve of inefficient adhesion
图 2 制样偏离 Fig. 2 Fiber inclining
3. 1. 5 夹持的影响 试样卡夹持时其长度方向如果不平 行于拉伸方向或不同轴 ,其受力情况等同于碳纤维不平行 于试样卡的情况 (图 2) 。从表 1 中可以看出 ,标准制样所测 得的强力值略大于夹持偏离时的测量值 ,这是因为拉伸过 程中纤维不仅受到拉伸作用 ,同时还将受到弯曲 、剪切作 用 。标准制样即为无偏斜 、弯曲和绷紧试样 。ε为曲线起始 点修正所得 。 3. 1. 6 纤维本身的弱节 碳纤维的实测强度往往低于其 均匀结构估计的理论强度 ,这说明碳纤维中存在弱节或缺 陷 。纤维的断裂特征 ,尤其是强力取决于该纤维上力学性 能最弱的部分[8] ,即碳纤维的弱节的强力 。因此碳纤维的 弱节与分布是纤维强度离散的本质原因 。 3. 2 伸长率测量的影响因素 3. 2. 1 制样的几何尺寸影响