專利名稱：碳纖維絲束起毛量測(cè)試裝置和測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于碳纖維性能測(cè)試技術(shù)，涉及一種碳纖維絲束起毛量測(cè)試裝置和測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
碳纖維是一種含碳量超過(guò)90%的由不完全石墨結(jié)晶沿軸向排列的多晶無(wú)機(jī)非金屬纖維材料，它具有比強(qiáng)度高、比模量高、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等的特點(diǎn)，是先進(jìn)復(fù)合材料優(yōu)良的增強(qiáng)材料，廣泛應(yīng)用于航空航天武器裝備和交通體育等領(lǐng)域。碳纖維屬脆性材料，在制備先進(jìn)復(fù)合材料工藝過(guò)程中，連續(xù)的碳纖維絲束與其他物體摩擦接觸時(shí)容易因斷絲而產(chǎn)生起毛現(xiàn)象。起毛現(xiàn)象影響復(fù)合材料制備的工藝性能及最終的復(fù)合材料性能。起毛過(guò)多的碳纖維無(wú)法作為有效的增強(qiáng)材料使用。所以，碳纖維起毛量指標(biāo)對(duì)于其生產(chǎn)和使用都具有重要的意義。目前，對(duì)于碳纖維起毛特性國(guó)內(nèi)外尚無(wú)專用的定量測(cè)試裝置，通常是采用目測(cè)的方法在復(fù)合材料制備過(guò)程中進(jìn)行定性檢測(cè)，但是目測(cè)的方法誤差大，難以準(zhǔn)確檢測(cè)碳纖維的起毛量，影響碳纖維制件的質(zhì)量穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能準(zhǔn)確測(cè)定起毛量的碳纖維絲束起毛量測(cè)試裝置和測(cè)試方法，以定量檢測(cè)碳纖維絲束的起毛量，提高碳纖維制件的質(zhì)量穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案是碳纖維絲束起毛量測(cè)試裝置，包括一個(gè)天平，其特征在于， 該測(cè)試裝置還包括碳纖維絲束牽引機(jī)構(gòu)和毛絲粘附機(jī)構(gòu)，碳纖維絲束牽引機(jī)構(gòu)由支架、安裝在支架左端的碳纖維供絲器1、安裝在支架右端的纖維束牽引器5和轉(zhuǎn)速控制器6組成， 碳纖維紗筒固定在碳纖維供絲器1上，纖維束牽引器5上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入端通過(guò)導(dǎo)線與轉(zhuǎn)速控制器6的輸出端連接，碳纖維紗筒上的碳纖維絲束7纏繞在纖維束牽引器5的收絲筒上，碳纖維絲束7保持水平，由轉(zhuǎn)速控制器6控制纖維束牽引器5的牽引速度；毛絲粘附機(jī)構(gòu)由毛絲收集器2、墊片4和砝碼3組成；毛絲收集器2由結(jié)構(gòu)相同的上收集墊2a和下收集墊2b組成，上收集墊2a和下收集墊2b是材料和尺寸相同的長(zhǎng)方體，上收集墊2a和下收集墊2b的材料為下述物質(zhì)之一不銹鋼、聚四氟乙烯、聚氨酯發(fā)泡材料或海綿；上收集墊 2a和下收集墊2b在碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度L為IOmm 100mm，上收集墊2a和下收集墊2b在垂直于碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的寬度S為IOmm 100mm;毛絲粘附機(jī)構(gòu)位于碳纖維供絲器1和纖維束牽引器5之間，下收集墊2b固定在支架上，在下收集墊2b與支架之間有高度調(diào)節(jié)墊片，下收集墊2b的上表面保持水平，上收集墊2a的下表面與下收集墊2b 的上表面貼合，墊片4覆蓋在上收集墊2a的上表面上，墊片4的面積不小于上收集墊2a上表面的面積，砝碼3放置在墊片4上表面的中心，下收集墊2b的上表面所受到的壓力P為 0. lg/mm2 1. Og/mm2，碳纖維絲束7從上收集墊2a的下表面與下收集墊2b的上表面之間通過(guò)。使用如上面所述的測(cè)試裝置測(cè)試碳纖維起毛量的方法，其特征在于，測(cè)試的步驟如下1、安裝碳纖維絲束將纏有碳纖維絲束7的碳纖維紗筒安裝在碳纖維供絲器1上， 牽引纖維束并固定在纖維束牽引器5上，使纖維絲束7保持水平；2、安裝毛絲粘附機(jī)構(gòu)將碳纖維絲束夾持在上收集墊2a和下收集墊2b之間，調(diào)節(jié)下收集墊2b上表面的高度，使下收集墊2b的上表面與纖維絲束保持接觸，在下收集墊2b 的上表面放置上收集墊2a、墊片4和砝碼3，計(jì)算出下收集墊2b的上表面的壓力值；3、毛絲收集及稱量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制器6使纖維束以2m/min 20m/min的速率通過(guò)毛絲粘附機(jī)構(gòu)，收集時(shí)間T為Imin lOmin，取下收集墊2，用天平稱量粘附在收集墊2上的碳纖維毛絲重量，記為在某個(gè)壓力、速度和收集時(shí)間內(nèi)的起毛量Ml ；4、更換上收集墊2a和下收集墊2b，重復(fù)步驟3重新進(jìn)行試驗(yàn)，將粘附在收集墊2 上的碳纖維毛絲重量記為在上述壓力、速度和收集時(shí)間內(nèi)的起毛量M2 ；5、重復(fù)步驟4進(jìn)行不少于10次測(cè)試，得到η個(gè)起毛量Mn，η為不小于10的自然
數(shù)，取Ml Mn的平均值M記為碳纖維在上述壓力、速度和收集時(shí)間內(nèi)的起毛量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能定量檢測(cè)并準(zhǔn)確測(cè)定碳纖維絲束的起毛量，提高了碳纖維制件的質(zhì)量穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明碳纖維絲束起毛量測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參見圖1，碳纖維絲束起毛量測(cè)試裝置，包括一個(gè)天平，其特征在于，該測(cè)試裝置還包括碳纖維絲束牽引機(jī)構(gòu)和毛絲粘附機(jī)構(gòu)，碳纖維絲束牽引機(jī)構(gòu)由支架、安裝在支架左端的碳纖維供絲器1、安裝在支架右端的纖維束牽引器5和轉(zhuǎn)速控制器6組成，碳纖維紗筒固定在碳纖維供絲器1上，纖維束牽引器5上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入端通過(guò)導(dǎo)線與轉(zhuǎn)速控制器6的輸出端連接，碳纖維紗筒上的碳纖維絲束7纏繞在纖維束牽引器5的收絲筒上，碳纖維絲束7保持水平，由轉(zhuǎn)速控制器6控制纖維束牽引器5的牽引速度；毛絲粘附機(jī)構(gòu)由毛絲收集器2、墊片4和砝碼3組成；毛絲收集器2由結(jié)構(gòu)相同的上收集墊2a和下收集墊2b組成，上收集墊2a和下收集墊2b是材料和尺寸相同的長(zhǎng)方體， 上收集墊2a和下收集墊2b的材料為下述物質(zhì)之一不銹鋼、聚四氟乙烯、聚氨酯發(fā)泡材料或海綿；上收集墊2a和下收集墊2b在碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度L為IOmm 100mm， 上收集墊2a和下收集墊2b在垂直于碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的寬度S為IOmm IOOmm ；毛絲粘附機(jī)構(gòu)位于碳纖維供絲器1和纖維束牽引器5之間，下收集墊2b固定在支架上，在下收集墊2b與支架之間有高度調(diào)節(jié)墊片，下收集墊2b的上表面保持水平，上收集墊2a的下表面與下收集墊2b的上表面貼合，墊片4覆蓋在上收集墊2a的上表面上，墊片4的面積不小于上收集墊2a上表面的面積，砝碼3放置在墊片4上表面的中心，下收集墊2b的上表面所受到的壓力P為0. 05g/mm2 5. Og/mm2，碳纖維絲束7從上收集墊2a的下表面與下收集墊2b的上表面之間通過(guò)。使用如上面所述的測(cè)試裝置測(cè)試碳纖維起毛量的方法，其特征在于，測(cè)試的步驟如下
1、安裝碳纖維絲束將纏有碳纖維絲束7的碳纖維紗筒安裝在碳纖維供絲器1上， 牽引纖維束并固定在纖維束牽引器5上，使纖維絲束7保持水平；2、安裝毛絲粘附機(jī)構(gòu)將碳纖維絲束夾持在上收集墊2a和下收集墊2b之間，調(diào)節(jié)下收集墊2b上表面的高度，使下收集墊2b的上表面與纖維絲束保持接觸，在下收集墊2b 的上表面放置上收集墊2a、墊片4和砝碼3，計(jì)算出下收集墊2b的上表面的壓力值；3、毛絲收集及稱量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制器6使纖維束以2m/min 20m/min的速率通過(guò)毛絲粘附機(jī)構(gòu)，收集時(shí)間T為Imin lOmin，取下收集墊2，用天平稱量粘附在收集墊2上的碳纖維毛絲重量，記為在某個(gè)壓力、速度和收集時(shí)間內(nèi)的起毛量Ml ；4、更換上收集墊2a和下收集墊2b，重復(fù)步驟3重新進(jìn)行試驗(yàn)，將粘附在收集墊2 上的碳纖維毛絲重量記為在上述壓力、速度和收集時(shí)間內(nèi)的起毛量M2 ；5、重復(fù)步驟4進(jìn)行不少于10次測(cè)試，得到η個(gè)起毛量Mn，η為不小于10的自然
數(shù)，取Ml Mn的平均值M記為碳纖維在上述壓力、速度和收集時(shí)間內(nèi)的起毛量。本發(fā)明的實(shí)施例中，碳纖維絲束起毛量測(cè)試裝置中的碳纖維供絲器1、纖維束牽弓I 器5和轉(zhuǎn)速控制器6都采用公知的結(jié)構(gòu)或者成品件。本發(fā)明的工作原理是模擬實(shí)際復(fù)合材料制備過(guò)程，采用一組收集墊將碳纖維絲束與收集墊摩擦接觸時(shí)產(chǎn)生的起毛斷絲收集起來(lái)并測(cè)試起毛斷絲的重量，記為碳纖維的起毛量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能準(zhǔn)確測(cè)定起毛量的碳纖維絲束起毛量測(cè)試裝置和測(cè)試方法，以定量檢測(cè)碳纖維絲束的起毛量，提高碳纖維制件的質(zhì)量穩(wěn)定性。實(shí)施例1 將纏有Τ300Β碳纖維絲束的碳纖維紗筒安裝在碳纖維供絲器上，牽引纖維束并固定在纖維束牽引器上，使纖維絲束保持水平；碳纖維絲束夾持在上收集墊和下收集墊之間；收集墊為不銹鋼，在碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度L為40_皿，在垂直于碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的寬度S為40mm ；調(diào)節(jié)下收集墊表面的高度，使下收集墊的上表面與纖維絲束保持接觸，在下收集墊的上表面放置上收集墊、墊片和砝碼，計(jì)算出下收集墊的上表面的壓力值為0. 5g/mm2 ；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制器使纖維束以lOm/min的速率通過(guò)毛絲粘附機(jī)構(gòu)，收集時(shí)間為lOmin，取下收集墊，用天平稱量粘附在收集墊上的碳纖維毛絲重量，記為在 0. 5g/mm2壓力、10m/min和IOmin內(nèi)的起毛量Ml為0. 43mg ；更換收集墊，重復(fù)上述步驟，得到 0. 5g/mm2 壓力、10m/min 禾口 IOmin 內(nèi)起毛量-M2 為 0. 22mg、M3 為 0. 15mg、M4 為 0. 35mg、 M5 為 0. 58mg、M6 為 0. 34mg、M7 為 0. 51mg、M8 為 0. 68mg、M9 為 0. 42mg、MlO 為 0. 44mg,取
Ml Mn的平均值雙0. 4Img記為T300B碳纖維在0. 5g/mm2壓力、10m/min和IOmin內(nèi)的起毛量。實(shí)施例2 將纏有T700SC碳纖維絲束的碳纖維紗筒安裝在碳纖維供絲器上，牽引纖維束并固定在纖維束牽引器上，使纖維絲束保持水平；碳纖維絲束夾持在上收集墊和下收集墊之間；收集墊為不銹鋼，在碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度L為40_皿，在垂直于碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的寬度S為40mm ；調(diào)節(jié)下收集墊表面的高度，使下收集墊的上表面與纖維絲束保持接觸，在下收集墊的上表面放置上收集墊、墊片和砝碼，計(jì)算出下收集墊的上表面的壓力值為0. 5g/mm2 ；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制器使纖維束以lOm/min的速率通過(guò)毛絲粘附機(jī)構(gòu)，收集時(shí)間為lOmin，取下收集墊，用天平稱量粘附在收集墊上的碳纖維毛絲重量，記為在 0. 5g/mm2壓力、10m/min和IOmin內(nèi)的起毛量Ml為0. 23mg ；更換收集墊，重復(fù)上述步驟，得到 0. 5g/mm2 壓力、10m/min 禾口 IOmin 內(nèi)起毛量-M2 為 0. 15mg、M3 為 0. llmg, M4 為 0. 08mg、 M5 為 0. 38mg、M6 為 0. 18mg、M7 為 0. 45mg、M8 為 0. 28mg、M9 為 0. 17mg、MlO 為 0. 16mg，取 Ml Mn的平均值M 0. 22mg記為T700SC碳纖維在0. 5g/mm2壓力、10m/min和IOmin內(nèi)的起毛量。 實(shí)施例3 將纏有T800H碳纖維絲束的碳纖維紗筒安裝在碳纖維供絲器上，牽引纖維束并固定在纖維束牽引器上，使纖維絲束保持水平；碳纖維絲束夾持在上收集墊和下收集墊之間；收集墊為不銹鋼，在碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度L為40_皿，在垂直于碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的寬度S為40mm ；調(diào)節(jié)下收集墊表面的高度，使下收集墊的上表面與纖維絲束保持接觸，在下收集墊的上表面放置上收集墊、墊片和砝碼，計(jì)算出下收集墊的上表面的壓力值為lg/mm2 ；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制器使纖維束以5m/min的速率通過(guò)毛絲粘附機(jī)構(gòu)，收集時(shí)間為lOmin，取下收集墊，用天平稱量粘附在收集墊上的碳纖維毛絲重量，記為在lg/mm2壓力、5m/min和IOmin內(nèi)的起毛量Ml為1. 23mg ；更換收集墊，重復(fù)上述步驟，得到lg/mm2壓力、5m/min 和 IOmin 內(nèi)起毛量-M2 為 1. 86mg、M3 為 1. 75mg、M4 為 1. 55mg、M5 為 2. 16mg、M6 為 1. 56mg、M7 為 1. 81mg、M8 為 2. 02mg、M9 為 1. 75mg、MlO 為 1. 05mg,取 Ml Mn 的平均值 M 1. 67mg記為T800H碳纖維在lg/mm2壓力、5m/min和IOmin內(nèi)的起毛量。
權(quán)利要求
1.碳纖維絲束起毛量測(cè)試裝置，包括一個(gè)天平，其特征在于，該測(cè)試裝置還包括碳纖維絲束牽引機(jī)構(gòu)和毛絲粘附機(jī)構(gòu)，碳纖維絲束牽引機(jī)構(gòu)由支架、安裝在支架左端的碳纖維供絲器[1]、安裝在支架右端的纖維束牽引器[5]和轉(zhuǎn)速控制器[6]組成，碳纖維紗筒固定在碳纖維供絲器[1]上，纖維束牽引器[5]上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入端通過(guò)導(dǎo)線與轉(zhuǎn)速控制器[6] 的輸出端連接，碳纖維紗筒上的碳纖維絲束[7]纏繞在纖維束牽引器[5]的收絲筒上，碳纖維絲束[7]保持水平，由轉(zhuǎn)速控制器[6]控制纖維束牽引器[5]的牽引速度；毛絲粘附機(jī)構(gòu)由毛絲收集器[2]、墊片[4]和砝碼[3]組成；毛絲收集器[2]由結(jié)構(gòu)相同的上收集墊 [2a]和下收集墊[2b]組成，上收集墊[2a]和下收集墊[2b]是材料和尺寸相同的長(zhǎng)方體， 上收集墊[2a]和下收集墊[2b]的材料為下述物質(zhì)之一不銹鋼、聚四氟乙烯、聚氨酯發(fā)泡材料或海綿；上收集墊[2a]和下收集墊[2b]在碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度L為IOmm 100mm，上收集墊[2a]和下收集墊[2b]在垂直于碳纖維絲束運(yùn)動(dòng)方向上的寬度S為IOmm 100mm;毛絲粘附機(jī)構(gòu)位于碳纖維供絲器[1]和纖維束牽引器[5]之間，下收集墊[2b]固定在支架上，在下收集墊[2b]與支架之間有高度調(diào)節(jié)墊片，下收集墊[2b]的上表面保持水平，上收集墊[2a]的下表面與下收集墊[2b]的上表面貼合，墊片[4]覆蓋在上收集墊[2a] 的上表面上，墊片[4]的面積不小于上收集墊[2a]上表面的面積，砝碼[3]放置在墊片[4] 上表面的中心，下收集墊[2b]的上表面所受到的壓力P為0. lg/mm2 1. Og/mm2，碳纖維絲束[7]從上收集墊[2a]的下表面與下收集墊[2b]的上表面之間通過(guò)。
2.使用如權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置測(cè)試碳纖維起毛量的方法，其特征在于，測(cè)試的步驟如下2. 1、安裝碳纖維絲束將纏有碳纖維絲束[7]的碳纖維紗筒安裝在碳纖維供絲器[1] 上，牽引纖維束并固定在纖維束牽引器[5]上，使纖維絲束[7]保持水平；2. 2、安裝毛絲粘附機(jī)構(gòu)將碳纖維絲束夾持在上收集墊[2a]和下收集墊[2b]之間，調(diào)節(jié)下收集墊[2b]上表面的高度，使下收集墊[2b]的上表面與纖維絲束保持接觸，在下收集墊[2b]的上表面放置上收集墊[2a]、墊片[4]和砝碼[3]，計(jì)算出下收集墊[2b]的上表面的壓力值；2. 3、毛絲收集及稱量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制器[6]使纖維束以2m/min 20m/min的速率通過(guò)毛絲粘附機(jī)構(gòu)，收集時(shí)間T為Imin lOmin，取下收集墊[2]，用天平稱量粘附在收集墊[2] 上的碳纖維毛絲重量，記為在某個(gè)壓力、速度和收集時(shí)間內(nèi)的起毛量Ml ；2. 4、更換上收集墊[2a]和下收集墊[2b]，重復(fù)步驟2. 3重新進(jìn)行試驗(yàn)，將粘附在收集墊[2]上的碳纖維毛絲重量記為在上述壓力、速度和收集時(shí)間內(nèi)的起毛量M2 ；2. 5、重復(fù)步驟2. 4進(jìn)行不少于10次測(cè)試，得到η個(gè)起毛量Mn，η為不小于10的自然數(shù)，取Ml Mn的平均值雙記為碳纖維在上述壓力、速度和收集時(shí)間內(nèi)的起毛量。
全文摘要
本發(fā)明屬于碳纖維性能測(cè)試技術(shù)，涉及一種碳纖維絲束起毛量測(cè)試裝置和測(cè)試方法。本發(fā)明的測(cè)試裝置包括天平，還包括碳纖維絲束牽引機(jī)構(gòu)和毛絲粘附機(jī)構(gòu)，碳纖維絲束牽引機(jī)構(gòu)由支架、安裝在支架左端的碳纖維供絲器[1]、安裝在支架右端的纖維束牽引器[5]和轉(zhuǎn)速控制器[6]組成，毛絲粘附機(jī)構(gòu)由毛絲收集器[2]、墊片[4]和砝碼[3]組成。本發(fā)明的測(cè)試步驟為安裝碳纖維絲束；安裝毛絲粘附機(jī)構(gòu)；毛絲收集及稱量。本發(fā)明能定量檢測(cè)并準(zhǔn)確測(cè)定碳纖維絲束的起毛量，提高了碳纖維制件的質(zhì)量穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)D06H3/00GK102304843SQ20111023987
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者張寶艷, 石峰暉, 陳祥寶 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院