一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料测试样品的制备方法领域，具体涉及一种单向碳纤维布拉伸性能 测试的制样方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于碳纤维具有高强度、高模量、低密度等优异性能，被广泛应用在国民 经济各个领域；其中，尤以单向碳纤维布和其配套树脂胶复合而成的碳纤维增强复合材料 因具有轻质、高强、耐腐蚀、施工方便、对环境影响小等优点，已广泛应用于混凝土结构的加 固补强、修复工程中。在上述工程中，单向碳纤维布的力学性能是影响碳纤维布以及碳纤维 增强复合材料的性质和使用的关键因素。因此，正确反映单向碳纤维布力学性能的测试成 为控制碳纤维布及其增强复合材料性质的关键步骤。
[0003] 其中，单向碳纤维布的拉伸性能是其力学性能中极为重要的一项，因此，研宄单向 碳纤维布的拉伸性能非常必要。目前，单向碳纤维布拉伸性能的测试方法已有国家标准GB/ T3354-2013。然而，关于单向碳纤维布试样的具体制样方法没有明确的规定。常用的单向碳 纤维布拉伸性能测试的制样方法是岳清瑞、曹劲松等发表的名为《碳纤维布标准检测方法 中试件尺寸影响的试验研宄》文章公开的方法。但是此常用制样方法存在以下技术难点：
[0004] 1、单向碳纤维布在浸渍树脂的过程中，玻璃棒的滚压会导致碳纤维丝束发生弯 曲、移位、皱褶，使丝束之间不平行，进而可能导致在拉伸测试过程中拉伸性能测试样条的 碳纤维丝束断裂的不同时进行，使得测试所得的拉伸强度偏低；此外，碳纤维丝束的不平行 或不伸直还会造成单向碳纤维布样条废弃率增加；
[0005] 2、用此制样方制备的单向碳纤维布片材，容易造成树脂淤积，使裁剪成单向碳纤 维布样条的含胶量不均匀，加重拉伸性能测试样条在拉伸过程中的应力集中，会导致样条 提如破坏；
[0006] 3、此制样过程中需要粘结传统的硬铝材料或纤维增强树脂做加强片，在粘贴传统 的加强片之前，需要对传统的加强片进行裁剪、粗糙处理和制作导角，费时费工，使得测试 成本高，实验周期长；此外加强片的打磨粗糙不当会造成加强片脱落，使其测试结果出现偏 差；
[0007] 4、在粘结传统的加强片时，加强片的涂胶量不容易控制，进而导致测试样条两端 加强片较厚或者厚度不均匀，使得拉伸测试时拉伸测试样条受力方向与样条方向形成一定 的夹角，产生弯矩，使得测试样条加载过程中发生扭转，导致拉伸性能测试过程中发生偏向 拉伸，出现应力-变形曲线不规则等问题，造成拉伸强度和伸长率的数值偏低，不能反映材 料的真实性能；
[0008] 同时，通过大量的试验发现，单向碳纤维布试样的取样方式、浸胶方式、试样含胶 量的均匀性、加强片的粗糙处理、加强片的粘接等这些因素都会影响单向碳纤维布的拉伸 力学性能。
【发明内容】
[0009] 为了解决以上技术难题，本发明提供了一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方 法。
[0010] 本发明提供的一种单向碳纤维布拉伸性能测试的方法，包括如下步骤：
[0011] -种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法，其特征在于，所述制样方法包括如 下步骤：
[0012] (1)选取单向碳纤维布试样固化所需用量的环氧树脂，然后在玻璃平板上放置一 张树脂片，将环氧树脂分成A、B两部分，其中A部分均匀平铺在树脂片上；随后沿单向碳纤 维布的炜向方向将单向碳纤维布试样固定在张力装置上，然后施加张力，同时沿受力方向 用金属滚筒滚压碳纤维布试样，使环氧树脂充分浸渍碳纤维布试样；
[0013] (2)将B部分环氧树脂均匀涂覆在施加预张力的碳纤维布试样表面，刮平环氧树 月旨，盖上树脂片，并且赶出两树脂片之间的气泡，在玻璃平板上放置标尺，加盖玻璃平板压 实上述浸渍和涂覆环氧树脂的单向碳纤维布试样，并使其固化成型为单向碳纤维布片材， 固化温度为20-35°C，固化时间为18-30h;
[0014] (3)将步骤（2)中所述碳纤维布片材裁成单向碳纤维布样条，在所述样条的两端 一次性固化成型树脂型加强片，制备拉伸性能测试样条；其中，固化成型的树脂型加强片长 50mm，宽15mm，厚度为2~6mm，并且所述树脂型加强片与样条端点平齐的一端为直角，另一 端为15-90度导角；固化温度为20-35°C，固化时间为6-8天。
[0015] 所述的方法，步骤（1)中所述张力装置包括前置夹具2、后置夹具5;其中，所述前 置夹具2固定在前固定支架1上；后置夹具5通过牵引钢丝绳6绕过滑轮8连接一个可调 节重量的配重块7。
[0016] 在上述方法中，其中，步骤（1)中所述环氧树脂的A、B两部分的质量比为3:1-5:1。
[0017] 在上述方法中，其中，步骤（1)中所述环氧树脂的A、B两部分的质量比为4:1。
[0018] 在上述方法中，其中，步骤（2)中所述的固化温度为23°C，固化时间为24h。
[0019] 在上述方法中，其中，步骤（3)中所述的固化成型的树脂型加强片厚度为4_。
[0020] 在上述方法中，其中，步骤（3)中所述的固化温度为23°C，固化时间为7天。
[0021] 在上述方法中，其中，步骤（3)中所述一次性固化成型树脂型加强片在加强片成 型模具中完成；其中，所述加强片成型模具由结构完全相同的A模和B模构成；A模和B模 闭合后，形成一个哑铃形状的空腔；所述空腔的深度为15mm，长度为230~250mm;在空腔 的两端有两个长度为50mm，宽度为3~5mm的凹槽；其中，所述凹槽内侧边与水平面的夹角 为15~90度；同时，哑铃型空腔的中间的狭长部分，作为单向碳纤维布样条的固定腔。
[0022] 在上述方法中，其中，一种单向碳纤维布拉伸性能测试的制样方法步骤还包括裁 剪单向碳纤维布试样、清洗工具和模具、调胶。
[0023] 相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
[0024] 1、在浸渍树脂的过程中，将裁剪好的单向碳纤维布试样固定在张力装置上，在单 向碳纤维布试样受到炜向方向张力作用的情况下，沿受力方向用金属滚筒滚压碳纤维布试 样，使得环氧树脂充分浸渍碳纤维布试样；由于碳纤维布炜向方向的张力作用使得碳纤维 丝束保持平行和伸直状态，进而使得拉伸性能测试样条在拉伸测试过程中实现了碳纤维丝 束断裂的同时进行，提高了拉伸性能测试样条的拉伸强度准确性和可靠性；同时，单向碳纤 维布片材和拉伸性能测试样条的合格率可达100% ;
[0025] 2、在制备成型单向碳纤维布片材时，浸渍和涂覆环氧树脂的单向碳纤维布试样盖 上树脂片赶出两树脂片之间的气泡后，在玻璃平板上放置标尺，然后再加盖玻璃平板压实 固化浸渍和涂覆环氧树脂的单向碳纤维布试样，使得单向碳纤维布片材以及片材裁剪后所 得单向碳纤维布样条的树脂分布均匀，不会产生淤积，进而消除在拉伸测试过程中的拉伸 性能测试样条的应力集中现象，降低测试样条提前破坏情况的发生几率；同时将环氧树脂 分两部分分别浸渍和涂覆碳纤维布，进一步促使环氧树脂能充分接触碳纤维布，固化过程 中环氧树脂分布均匀，减弱单向碳纤维布片材以及单向碳纤维布样条产生树脂淤积的情况 发生；
[0026] 3、在单向碳纤维布样条的两端一次性固化成型树脂型加强片代替外加的铝片或 纤维增强树脂等传统加强片，不仅仅去掉了对外加传统加强片的处理步骤，缩短了测试验 周期，更消除了外粘贴传统加强片过程中出现的一系列工艺问题对测试结果造成的偏差；
[0027] 4、在单向碳纤维布样条的两端一次性固化成型树脂型加强片制备拉伸性能测试 样条，更进一步解决了外加加强片中存在的偏向拉伸、应力-变形曲线不规则等技术问题， 提高了测试结果的准确性和可靠性。
【附图说明】
[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
[0029] 图1.单向碳纤维布试样张力装置的主视图；
[0030] 1-前固定支架；2-前置样品夹具；3-玻璃平板或垫板；4-单向碳纤维布；5-后置 样品夹具；6-钢丝绳；7-配重块；8-滑轮；9-操作平台；
[0031] 图2.单向碳纤维布试样张力装置的俯视图；
[0032]图3.单向碳纤维布拉伸性能测试样条及其一次性固化成型的树脂型加强片示意 图；
[0033] 1-树脂型加强片；
[0034] 图4.单向碳纤维布样条一次性固化成型树脂型加强片成型模具的主视图；
[0035] 图5.单向碳纤维布样条一次性固化成型树脂型加强片成型模具的俯视图；
[0036]图6.单向碳纤维布样条树一次性固化成型树脂型加强片成型模具的使用状态横 截面示意图；
[0037] 1-A模；2-B模；3-单向碳纤维布样条固定腔；4-加强片成型空腔；
[0038] 图7.本发明实施例1的制样方法与现有制样方法制备的拉伸性能测试样条的拉 伸应力-变形曲线；
[0039]曲线1-现有制样方法制备的拉伸性能测试样条的拉伸应力-变形曲线；
[0040]曲线2-本发明实施例的制样方法制备的拉伸性能测试样条的拉伸应力-变形曲 线；
[0041]图8.本发明实施例1的制样方法制备的拉伸性能测试样条的截面照片；
[0042]图9.现有制样方法制备的拉伸性能测试样条的截面