碳纖維力學性能測試標準

　　
在碳纖維的力學性能測試，目前各地基本都已經形成了自己的測試標準，如作為碳纖維制造大國日本從1986年便發布了其碳纖維力學性能測試標準JISR7601-1986《碳纖維試驗方法》，標準中涵蓋了碳纖維單絲、束絲的拉伸力學性能測試方法，2006年修訂版的標準JIS R7601-2006發布。

　　近年來，隨著我國碳纖維研究和生產水平的提高，我國碳纖維性能測試也逐漸形成了標準體系，如《GB/T 3362-2005碳纖維復絲拉伸性能試驗方法》基本滿足了常規碳纖維力學性能的測試，但在一些方面還需要進一步改進，為此在2011年又發布了《GB/T 26749-2011碳纖維浸膠紗拉伸性能的測定》等，系列標準的發布標志著我國在碳纖維性能測試方面形成了較完整的標準體系。

　　由于在碳纖維拉伸強度計算時，需要纖維線密度、體密度等指標（如下所示），因此在上述系列標準中也會同時包括線密度、體密度等相關的測試。

　　碳纖維拉伸強度的計算公式

　　雖然各國均有相應的碳纖維測試標準，但是按照標準操作，并不能保證大家都能獲得準確的測試結果。我們客戶中就出現過這樣一個問題：產品做出來后，自己測試結果始終不理想，只能不斷進行工藝調試，但當委托我們進行樣品測試時，性能達到甚至超過了產品指標，這就說明雖然有了可供參考的測試標準，但是測試技術水平卻有高低之分。

　　碳纖維束絲力學性能測試

　　碳纖維束絲力學性能測試又叫復絲力學性能測試，顧名思義它是指將一束碳纖維作為整體進行拉伸測試，從而獲得碳纖維的拉伸強度、拉伸模量以及斷裂伸長率等力學性能數據。

　　在進行碳纖維束絲力學性能測試時，大致流程包括使用浸膠處理、拭去多余膠液、烘箱固化、加強片處理、拉伸測試。在測試過程中，很多工序都是要人工操作，這其實就為終測試結果帶來了不確定因素，比如一位操作熟練的測試人員和剛上手測試人員采用同樣的工具和流程測試結果會產生明顯不同。

　　因此，如何有效降低人工操作帶來的測試結果波動性對于碳纖維束絲性能測試而言至關重要。下圖為日本東麗自動化制樣裝置，能夠有效降低人為因素對力學性能測試的影響。下文重點講述一下中科院寧波材料所碳纖維團隊科研人員是如何高效制樣并保證測試結果準確性的。

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　　東麗內部規范自動制樣裝置

　　寧波所碳纖維力學性能測試技術

　　寧波材料所碳纖維團隊擁有發改委碳纖維表征檢測服務平臺、高性能纖維表征檢測基地等平臺，目前檢測項目涵蓋超高分子量聚乙烯、碳纖維、碳化硅、芳綸纖維等高性能纖維領域，為國內近百家企事業單位提供了專業化測試服務。

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　　寧波材料所高性能纖維專業化檢測平臺

　　在高性能碳纖維領域，碳纖維團隊已經建立了84個檢測方法，28個CNAS認證方法，制定及參與制定12項標準和行業標準，其中牽頭起草標準8項。

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　　制定及參與制定的標準

　　在碳纖維束絲力學性能測試領域，為了有效降低人工因素對測試帶來的影響，科研人員發明了兩種關鍵技術：其一：測試前將筒裝碳纖維進行退繞時，發明了“一種碳纖維退絲的張力控制裝置”目前已獲授權，利用該裝置可以有效避免人工取樣時對碳纖維束絲造成損傷。

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　　碳纖維復絲退繞時張力控制裝置

　　其二：為了實現碳纖維復絲力學性能精確測試，設計并發明了一種用于碳纖維復絲力學性能測試裝置，在基礎上開發出了一種可精確測試碳纖維復絲力學性能方法（已獲發明授權）。利用該專用制樣裝置及方法，可大大提高制樣效率，并保證檢測數據的準確性和穩定性。

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　　碳纖維復絲拉伸強度張力控制機械架

　　通過利用上述創新性發明技術，目前寧波材料所碳纖維團隊可以準確測試PAN基碳纖維、瀝青基碳纖維等產品力學性能，而且束絲力學性能測試方法已經通過合格評定認可委員會（CNAS）和計量（CMA）認證，可根據標準及ISO、ASTM等國際標準進行試驗和提供蓋CNAS和CMA公章的測試報告。

　　隨著國內在大絲束PAN基碳纖維取得快速進展，目前碳纖維團隊在PAN基碳纖維力學性能測試時，測試對象涵蓋了1-24k小絲束和48k及以上大絲束產品，并已為部分國內外企業提供了大絲束碳纖維專業化測試服務。