一種測(cè)定碳纖維體積電阻率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于碳纖維體積電阻率的測(cè)量方法，屬于分析測(cè)試的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐熱、耐腐蝕、導(dǎo)電等一系列優(yōu)良性能，是一種具 有高力學(xué)性能的增強(qiáng)材料，在20世紀(jì)90年代中期W前，航天、航空工業(yè)與體育休閑領(lǐng)域一直 是高性能碳纖維的主要市場(chǎng)。在高速工業(yè)化的背景下，碳纖維開(kāi)始深入應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域的 核屯、，替代金屬和混凝上材料等來(lái)滿足環(huán)保、安全、節(jié)能等要求。例如在上木工程和建筑領(lǐng) 域，碳纖維在抗震修補(bǔ)和增強(qiáng)措施中使用。在高速公路建設(shè)中，采用碳纖維增強(qiáng)材料給高速 公路"強(qiáng)筋健體"。深?？碧?、風(fēng)力發(fā)電、機(jī)器部件、醫(yī)療器械、家用電器及半導(dǎo)體相關(guān)設(shè)備等 都需要用碳纖維復(fù)合材料來(lái)增加強(qiáng)度、防靜電、電磁波。碳纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域用做車 身W及剎車片、傳動(dòng)軸和燃料箱材料及環(huán)保汽車用的壓縮天然氣氣瓶等，使汽車的安全性 實(shí)現(xiàn)飛躍。碳纖維產(chǎn)品價(jià)格昂貴，一旦材料失效，會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，因此碳纖維產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)與性能的準(zhǔn)確檢測(cè)，對(duì)于碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量管理和安全應(yīng)用都非常重要。體積電阻率是 碳纖維一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，提高碳纖維體積電阻率的測(cè)量準(zhǔn)確度，對(duì)碳纖維的安全使用具 有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于碳纖維體積電阻率的測(cè) 量方法，使用交流阻抗技術(shù)，W碳纖維單絲為測(cè)試樣品，消除了束絲樣品測(cè)試時(shí)毛絲、斷絲 等導(dǎo)致的測(cè)試誤差。該方法具有可操作性強(qiáng)，測(cè)試精度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種用于碳纖維體積電阻率的測(cè)量方法，包括如下步 驟： (1) 樣品制備:將碳纖維單絲用導(dǎo)電膠固定在樣品架上，所述樣品架由絕緣板和電極組 成，絕緣板中間開(kāi)一小孔，單絲兩端用導(dǎo)電膠固定，然后干燥、固化； (2) 測(cè)定碳纖維單絲的直徑D; (3) 使用交流阻抗儀在0. lHz-100 K化頻率范圍內(nèi)、2-lOmV交流擾動(dòng)電壓下測(cè)定，得到 樣品的電阻R; (4) 通過(guò)如下公式計(jì)算出纖維的體積電阻率式中L為碳纖維單絲的有效 冷k、 長(zhǎng)度，D為碳纖維單絲的直徑。
[0005] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，絕緣板中間小孔的孔徑2.5mm-5mm，絕緣板是 紙板或塑料板，厚度0.1-lmm;電極使用銅錐，厚度0.1-0.05mm;碳纖維單絲的有效長(zhǎng)度控制 在2〇-30mm,導(dǎo)電膠的體積電阻率小于1*10-4Ω · cm。
[0006] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，碳纖維單絲的直徑D采用光學(xué)顯微鏡測(cè)定，碳 纖維單絲的有效長(zhǎng)度采用精度0.5mm的尺子測(cè)量。
[0007] 本發(fā)明使用的專用樣品架是針對(duì)碳纖維單絲比較脆、容易斷裂的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，現(xiàn) 有碳纖維單絲測(cè)試的樣品框架通常如圖1所示，單絲樣品完全懸空放在框架上，操作過(guò)程中 纖維容易斷裂，本發(fā)明中將樣品架中間的開(kāi)孔減少到孔徑2.5mm-5mm，減少了在后續(xù)操作過(guò) 程中纖維斷裂的可能性，又不影響光學(xué)顯微鏡對(duì)纖維直徑的測(cè)試。本發(fā)明的樣品架的銅錐 電極與絕緣板之間采用膠粘劑固定。
[000引制備樣品時(shí)，固定單絲纖維的導(dǎo)電膠的電阻率小于1*10-4Ω . cm,避免導(dǎo)電膠本身 電阻過(guò)大導(dǎo)致測(cè)試誤差。纖維樣品的有效長(zhǎng)度L采用精度0.5mm的尺子測(cè)量。纖維樣品的有 效長(zhǎng)度控制在20-30mm，運(yùn)樣的范圍利于操作，有效長(zhǎng)度是指樣品框架上導(dǎo)電膠之間的纖維 長(zhǎng)度(如圖3所示）。使用交流阻抗儀測(cè)量電阻時(shí)，交流擾動(dòng)電壓信號(hào)選定在2-lOmv,頻率范 圍0.1 Hz-100 KHz,在此頻率范圍內(nèi)采集數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，可W采集20-30個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，在 Nyquist圖中取其低頻區(qū)虛部阻抗近似為零的數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值作為樣品的電阻R，通過(guò)公式 計(jì)算出樣品電阻率P。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的W碳纖維單絲為測(cè)試樣品、采用交流阻抗技術(shù)測(cè) 試碳纖維電阻的方法，消除了束絲樣品中斷絲、毛絲帶來(lái)的測(cè)試誤差，專用樣品架的使用減 少了纖維單絲在操作過(guò)程中的斷裂可能性，同時(shí)交流阻抗儀也具有更高的測(cè)試精度。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1現(xiàn)有碳纖維單絲樣品架； 圖2本發(fā)明的樣品架； 圖3本發(fā)明的固定有單絲樣品的樣品。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本 發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，而不構(gòu) 成對(duì)本發(fā)明的限制。
[001^ 實(shí)施例1 選用Ξ種典型的碳纖維為例，樣品編號(hào)為〔。1八。2八。3，將各樣品按圖3所示固定在絕 緣框架上，絕緣框架為厚度0.5mm紙板。每個(gè)樣品取15根單絲制成測(cè)試樣本，樣本有效長(zhǎng)度 20mm。先用上海光學(xué)儀器六廠的XSP-BM19A型Ξ目生物光學(xué)顯微鏡及SG-1X3.0版圖像分析 軟件測(cè)試每一根單絲的直徑，然后采用美國(guó)普林斯頓應(yīng)用研究所生產(chǎn)的263A型恒電位儀和 5230鎖相放大器進(jìn)行交流阻抗測(cè)試。交流擾動(dòng)電壓為5mV，頻率范圍0.1化-100 Hz,采集30 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。測(cè)試得到的各樣品電阻率P平均值見(jiàn)表1。
[OOU] 對(duì)比例1 選用同實(shí)施例1相同的Ξ種典型碳纖維〔。1八。2八。3，^束絲為測(cè)試樣本，測(cè)試儀器及 測(cè)試條件同實(shí)施例1，結(jié)果見(jiàn)表1。
[0014]表1各碳纖維樣品力學(xué)性能和電阻率測(cè)試結(jié)果
對(duì)比例2 選用同實(shí)施例1相同的碳纖維CF3，W單絲為測(cè)試樣本，采用圖1所示現(xiàn)有碳纖維單絲樣 品架制備15根測(cè)試樣本，樣本有效長(zhǎng)度20mm，測(cè)試儀器及測(cè)試條件同實(shí)施例1，測(cè)試結(jié)束后 統(tǒng)計(jì)操作過(guò)程中纖維斷裂的樣本數(shù)目，列于表2,實(shí)施例1中CF3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果也列于表2。
[0015] 表2使用不同樣品架時(shí)碳纖維斷裂數(shù)目統(tǒng)計(jì)
從表1結(jié)果可W看到，束絲電阻率比單絲電阻率偏高，運(yùn)是由于束絲中有一些斷裂的毛 絲影響了測(cè)試結(jié)果。從表2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可W看出，本發(fā)明的樣品架顯著減少了測(cè)試過(guò)程樣本 纖維的斷裂率。
[0016] W上【具體實(shí)施方式】描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該 了解，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受上述實(shí)施例的限制，任何不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或者 替換，都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該W權(quán)利要求書所 限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于碳纖維體積電阻率的測(cè)量方法，其特征在于，使用交流阻抗技術(shù)，以碳纖維 單絲為測(cè)試樣品。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 樣品制備:將碳纖維單絲用導(dǎo)電膠固定在樣品架上，所述樣品架由絕緣板和電極組 成，絕緣板中間開(kāi)一小孔，單絲兩端用導(dǎo)電膠固定，然后干燥、固化； (2) 測(cè)定碳纖維單絲的直徑D; (3) 使用交流阻抗儀在O.lHz-lOO KHz頻率范圍內(nèi)、2-10mV交流擾動(dòng)電壓下測(cè)定，得到 樣品的電阻R; (4) 通過(guò)如下公式計(jì)算出纖維的體積電阻率P:p:=fp，式中L為碳纖維單絲的有效長(zhǎng) 度，D為碳纖維單絲的直徑。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于，絕緣板中間小孔的孔徑2.，絕 緣板是紙板或塑料板，厚度0.1-lmm;電極使用銅箱，厚度0.1-0.05mm;碳纖維單絲的有效長(zhǎng) 度控制在20-30mm,導(dǎo)電膠的體積電阻率小于1*10- 4Ω · cm。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于，碳纖維單絲的直徑D采用光學(xué)顯微鏡 測(cè)定，碳纖維單絲的有效長(zhǎng)度采用精度〇. 5mm的尺子測(cè)量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于碳纖維體積電阻率的測(cè)量方法，使用交流阻抗技術(shù)，以碳纖維單絲為測(cè)試樣品，消除了束絲樣品測(cè)試時(shí)毛絲、斷絲等導(dǎo)致的測(cè)試誤差。該方法具有可操作性強(qiáng)，測(cè)試精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01R27/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105629068
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510966599
【發(fā)明人】田艷紅, 張學(xué)軍, 楊延風(fēng), 張為芹
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月22日