GB/T 3362-2017 碳纤维复丝拉伸性能试验方法 含2020年第1号修改单

　　ICS 83 . 120

　　Q 23

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 3362—2017

　　代替 GB/T 3362—2005

　　碳纤维复丝拉伸性能试验方法 Testmethodsfortensilepropertiesofcarbonfibermultifilament

　　2017-10-14 发布 2018-09-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 3362—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准代替 GB/T 3362—2005《碳纤维复丝拉伸性能试验方法》，与 GB/T 3362—2005 相比主要技术内容变化如下：

　　— 修改了碳纤维 复 丝 的 限 定 要 求，由 1 K ~ 12 K 改 为 1 K ~ 24 K(见 第 1 章，2005 年 版 的第 1 章);

　　— 删除了原理一章(见 2005 年版的第 4 章);

　　— 增加了试验机自动记录载荷-位移曲线的要求(见 4 . 1) ;

　　— 增加了推荐夹具的种类(见 4 . 3) ;

　　— 修改了加强片宽度，由 20 mm 改为 10 mm~20 mm(见 5.1.2 , 2005 年版的 6.1.2) ;

　　— 修改了试样加强片的类型和厚度，删除了金属板加强片，规定 6 K 以下碳纤维复丝试样用

　　0.2 mm~0.5 mm 厚的纸片或纸板;6 K 及以上碳纤维复丝试样用 0.3 mm~1.0 mm 厚的纸片或纸板(见 5 . 2 . 4 , 2005 年版的 6 . 2 . 4) ;

　　— 修改了 6 K及以上碳纤维复丝试样加强片的粘贴方法[见 5 . 2 . 4 , 2005 年版的 6 . 2 . 4 和图 1b)] ;

　　— 修改了仲裁试验加载速率，由 2 mm/min改为 10 mm/min(见 6.2 , 2005 年版的 7.2) ;

　　— 增加了试验步骤中引伸计的装载和卸载(见 7 . 5 和 7 . 6) ;

　　— 增加了弹性模量测量时应变取值范围的对应关系(见表 1) ;

　　— 修改了拉伸弹性模量的计算公式(见 8 . 2 , 2005 年版的 9 . 2) ;

　　— 修改了断裂伸长率的计算方法(见 8 . 3 , 2005 年版的 9 . 3) ;

　　— 增加了浸渍胶液可室温固化的树脂体系(见附录 A, 2005 年版的附录 A) ;

　　— 删去碳纤维复丝密度的测定方法，直接引用 GB/T 30019(2005 年版的附录 C) 。

　　本标准由中国建筑材料联合会提出。

　　本标准由全国纤维增强塑料标准化技术委员会(SAC/TC 39)归口 。

　　本标准起草单位：中国航发北京航空材料研究院、中航复合材料有限责任公司、北京化工大学。

　　本标准主要起草人：王岭、崔郁、刘俊先、翟全胜、叶宏军、彭公秋、张为芹。

　　本标准所代替标准历次版本发布情况为：

　　—GB/T 3362—1982、GB/T 3362—2005 。

　　GB/T 3362—20 17

　　碳纤维复丝拉伸性能试验方法

　　1 范围

　　本标准规定了碳纤维复丝拉伸性能试验方法的仪器和设备、试样、试验条件、试验步骤、试验结果计算和试验报告。

　　本标准适用于 1 K~24 K碳纤维复丝浸胶固化后拉伸强度、拉伸弹性模量、断裂伸长率的测定。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则

　　GB/T 30019 碳纤维 密度的测定

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　复丝 multifilament

　　长丝的一种，由多孔喷丝板纺出细丝或并合而成的有捻或无捻丝束。

　　4 仪器和设备

　　4 . 1 试验机：应符合 GB/T 1446 的规定，并能自动记录载荷-位移曲线。

　　4 . 2 引伸计：引伸计的重量不影响测量精度，其测量精度应符合 GB/T 1446 的规定。

　　4 . 3 夹具：与试验机相连时，应确保试样受拉时对中;夹具应适合于夹持纸质加强片的试样，宜采用气动夹具。

　　4 . 4 烘箱：温度满足试样固化要求，控温精度不低于 ±2 ℃ 。

　　5 试样

　　5 . 1 试样数量、形状及尺寸

　　5 . 1 . 1 每组试验测 10 个试样。 每组测试有效试样应不少于 6 个 。

　　5 . 1 . 2 试样形状及尺寸如图 1 所示。

　　GB/T 3362—20 17

　　单位为毫米

　　说明：

　　1 — 碳纤维复丝;

　　2 — 加强片。

　　图 1 试样的形状及尺寸示意图

　　5 . 2 试样制备

　　5 . 2 . 1 试样由碳纤维复丝浸渍环氧树脂胶液制成，树脂胶液的配方参见附录 A。

　　5 . 2 . 2 碳纤维复丝可用手工法或机器法浸胶，手工法浸胶参见附录 A。

　　5 . 2 . 3 碳纤维复丝浸胶固化后，按试样尺寸裁剪。 试样应浸胶均匀、光滑、平直、无缺陷。 复丝浸胶制成的试样，树脂含量应控制在 35%~50%的范围内。

　　5 . 2 . 4 用纸片或纸板作为加强片粘结在试样两端。 对 6 K 以下的碳纤维复丝试样，可选用 0 . 2 mm~ 0 . 5 mm 厚的纸片或纸板;6 K及以上碳纤维复丝试样，可选用 0 . 3 mm~1 . 0 mm 厚的纸片或纸板。 可用室温固化的环氧类胶粘剂粘贴加强片。

　　6 试验条件

　　6 . 1 试验环境应符合 GB/T 1446 中的规定。

　　6.2 加载速率为 1 mm/min~20 mm/min。仲裁试验加载速率为 10 mm/min。

　　7 试验步骤

　　7 . 1 按 5 . 2 . 3 的规定检查试样外观。

　　7 . 2 设置试验机测量模式、参数，可在 1 mm/min~20 mm/min范围内选择试验机加载速率;设置数据采集和记录模式、参数。 检查并调整设备，确保系统处于正常工作状态。

　　7 . 3 装夹试样，使复丝与上下夹头的加载轴线重合。

　　7 . 4 对试样施加初始载荷(约为破坏载荷的 5%),检查并调整试样。

　　7 . 5 测试拉伸弹性模量时，在试样上装载引伸计，接触式卡口不应对试样造成损伤。

　　7 . 6 启动试验机和数据采集设备，当试样应变达到表 1 应变取值范围上限时，卸载引伸计，卸载时不应对试样造成损伤，测试试样直至破坏。 记录破坏载荷(或最大载荷)，以及试样的破坏形式。 若试样破坏出现以下情况应判定无效：

　　a) 试样部分断裂;

　　b ) 试样在加强片处拔出;

　　c) 试样破坏在夹具内或试样断裂处离夹紧处的距离小于 10 mm。

　　7 . 7 同批有效试样不足 6 个时，应重新进行试验。

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　　表 1 弹性模量测量时应变取值范围

　　8 试验结果计算

　　8 . 1 拉伸强度

　　拉伸强度按式(1)计算：

　　…………………………( 1 )

　　式中：

　　σt —拉伸强度，单位为兆帕(MPa) ;

　　P — 破坏载荷，单位为牛顿(N) ;

　　Af —碳纤维复丝截面积，单位为平方毫米(mm2 ),按式(2)计算：

　　A …………………………( 2 )

　　式中：

　　t —复丝的线密度，按附录 B测定，单位为克每米(g/m) ;

　　ρf —复丝的密度，按 GB/T 30019 测定，单位为克每立方厘米(g/cm3 ) 。

　　8 . 2 拉伸弹性模量

　　拉伸弹性模量按式(3)计算：

　　E …………………………( 3 )

　　式中：

　　Et —拉伸弹性模量，单位为吉帕(GPa) ;

　　ε1 — 弹性模量测量时应变取值范围的应变下限，%，取值见表 1 ;

　　ε2 — 弹性模量测量时应变取值范围的应变上限，%，取值见表 1 ;

　　σ1 —应力-应变曲线上 ε1 对应的应力，单位为兆帕(MPa),按式(4)计算：

　　σ2 —应力-应变曲线上 ε2 对应的应力，单位为兆帕(MPa),按式(5)计算：

　　…………………………( 4 )

　　式中：

　　P1 —应力-应变曲线上 ε1 对应的载荷，单位为牛顿(N) ;

　　Af —碳纤维复丝截面积，单位为平方毫米(mm2 ) ;

　　…………………………( 5 )

　　GB/T 3362—20 17

　　式中：

　　犘2 —应力-应变曲线上 ε2 对应的载荷，单位为牛顿(N) ;

　　犃f —碳纤维复丝截面积，单位为平方毫米(mm2 ) 。

　　8 . 3 断裂伸长率

　　断裂伸长率由拉伸强度和拉伸弹性模量计算得到，按式(6)计算：

　　…………………………( 6 )

　　式中：

　　εt —断裂伸长率，% ;

　　σt —应力-应变曲线上 ε1 对应的应力，单位为兆帕(MPa) ;

　　犈t —拉伸弹性模量，单位为吉帕(GPa) 。

　　8 . 4 算术平均值、标准差和离散系数

　　按 GB/T 1446 的规定计算算术平均值、标准差和离散系数。

　　9 试验报告

　　试验报告中应至少包括以下内容：

　　a) 本标准编号;

　　b ) 纤维的生产厂、类型和牌号;

　　c) 试验环境条件;

　　d) 加载速率;

　　e) 试验结果，包括拉伸强度、拉伸弹性模量、断裂伸长率以及线密度、密度等;

　　f) 试验人员、试验日期及其他需要说明的情况。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　碳纤维复丝浸渍用树脂胶液配制及手工浸胶方法

　　A.1 环境

　　树脂胶液配制和手工浸胶制样应在相对湿度不大于 50%的环境下进行。

　　A.2 树脂胶液选择原则

　　树脂应与碳纤维表面或其表面上浆剂相容性良好，固化后树脂的断裂伸长率应大于碳纤维的断裂伸长率。 通常使用环氧体系，推荐的四种树脂胶液及其配制和固化工艺见 A. 3 。

　　A.3 树脂胶液的配制及固化工艺

　　A.3 . 1 F-48 酚醛环氧树脂每 10 g加三氟化硼-单乙胺固化剂 0 . 3 g, 以丙酮作溶剂，配制得到均匀的碳纤维浸渍胶液。 胶液的固化条件为(170±5)℃ ,不少于 30 min。 固化后树脂的断裂伸长率为 2 . 2%(典型值)。

　　A.3 . 2 E-44 环氧树脂每 10 g加三乙烯四胺固化剂 1 g, 以丙酮作溶剂，配制得到均匀的碳纤维浸渍胶液 。胶液的固化条件为(120±5)℃ ,不少于 60 min。 固化后树脂的断裂伸长率为 2 . 3%(典型值)。

　　A.3 . 3 E-51 环氧树脂每 10 g加三乙烯四胺固化剂 1 g, 以丙酮作溶剂，配制得到均匀的碳纤维浸渍胶液 。胶液的固化条件为(120±5)℃ ,不少于 60 min。 固化后树脂的断裂伸长率为 2 . 1%(典型值)。

　　A.3 . 4 E-44(或 E-51)环氧树脂每 10 g加醚胺类固化剂 3 g, 以丙酮作溶剂，配制得到均匀的碳纤维浸渍胶液。 胶液的固化条件为室温固化不少于 24 h。 固化后树脂的断裂伸长率为 2 . 6%(典型值)。

　　A.4 碳纤维复丝手工浸胶

　　A.4 . 1 剪取一定长度的碳纤维复丝，放入环氧树脂胶液中浸泡 2 min~4 min。 浸过胶的复丝，除去多余的胶液，固定在挂丝架上，使复丝拉直绷紧在框架上，室温下晾干。 也可以采用先固定复丝后浸渍胶液的方式。

　　A.4 . 2 把固定在挂丝架的复丝放入烘箱内固化，固化条件由树脂体系决定。

　　A.4 . 3 按图 1 尺寸截取复丝。

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　　附 录 B

　　(规范性附录)

　　碳纤维复丝线密度测定方法

　　B.1 范围

　　本附录适用于碳纤维复丝的线密度测定。

　　B.2 仪器和设备

　　B.2 . 1 钢尺：最大长度不小于 1 m,最小分度值 1 mm。

　　B.2 . 2 电子天平：最小分辨力 0 . 1 mg。

　　B.3 试验步骤

　　B.3 . 1 把碳纤维复丝拉直，截取三根 1 m 长的复丝，测量长度最大允许误差为 ±1 mm。

　　B.3 . 2 用电子天平称量样品，精确到 0 . 1 mg。 取三根碳纤维复丝样品测量结果的算术平均值，作为碳纤维复丝线密度。

　　GB/T 3362—2017《碳纤维复丝拉伸性能试验方法》

　　国家标准第 1 号修改单

　　本修改单经国家市场监督管理总局(国家标准化管理委员会)于 2020 年 3 月 6 日 批准，自 2021 年2 月 1 日起实施。

　　将“式 (6)”中“σt —应力-应变曲线上 ε1 对应的应力，单位为兆帕(MPa)”改为“σt —拉伸强度，单位为兆帕(MPa)”。