[发明专利]一种碳纤维应用工艺性测试装置及测试方法

说明书

一种碳纤维应用工艺性测试装置，包括放卷装置、导向辊、第一毛丝收集装置、弯折导向装置、丝束展开装置、第二毛丝收集装置、丝束张力测量装置、碳纤维收丝装置；碳纤维纱筒固定于放卷装置上，碳纤维纱筒上的碳纤维束绕过导向辊后穿过第一毛丝收集装置；穿过第一毛丝收集装置的碳纤维束依次绕过导向辊、弯折导向装置、丝束展开装置后穿过第二毛丝收集装置；穿过第二毛丝收集装置的碳纤维束依次绕过导向辊、丝束张力测量装置后固定在碳纤维收丝装置上；所述碳纤维收丝装置牵引碳纤维束运动。一种碳纤维应用工艺性测试方法，利用碳纤维应用工艺性测试装置实现。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维应用工艺性测试装置及测试方法，属于碳纤维应用工艺性评价技术领域。

背景技术

碳纤维因其优异的比强度、比模量、耐高温、耐腐蚀等性能而备受关注，碳纤维的应用需要与树脂、陶瓷、金属等基体，在特定的成型工艺下进行复合，制备为先进复合材料。以碳纤维为增强体的先进复合材料已经在航空航天、交通、风电、体育休闲等领域获得了广泛的应用。以碳纤维增强树脂基复合材料为例，碳纤维在应用时需先加工为中间体。根据成型工艺的需要，中间体通常分为预浸料和干态织物两大类，分别适用于热压罐成型工艺和液体成型工艺。

碳纤维应用过程中产生的毛丝主要来源于两个方面，一是在碳纤维生产制备过程中，由于原丝质量波动以及机械磨损等，部分碳纤维会断裂而产生一些毛丝，此部分毛丝为伴随碳纤维出厂的初始毛丝；二是在制备预浸料或织物时，由于纤维受到磨损、拉伸、弯折等作用，也会引起纤维断裂而产生毛丝，尤其弯折作用对高模量碳纤维起毛会产生显著影响，此部分毛丝体现碳纤维的加工应用工艺性。此外，碳纤维在实际应用中通常需要根据纤维面密度要求对碳纤维进行展纤处理，展纤后纤维束内部毛丝更容易暴露出，故在进行毛丝量测试时，也应测量展纤后碳纤维的毛丝量。毛丝过多会降低最终复合材料制品的性能，影响碳纤维的性能转化率。因此，评价碳纤维的工艺性成为控制及改善碳纤维质量的重要研究方向之一。

当前，定量评价碳纤维工艺性的方法较少，尚未形成统一测试标准。而碳纤维工艺性往往是多个碳纤维性能指标的综合体现，其工艺性表现受到碳纤维模量、耐弯折性、耐磨性、断头率、表面上浆剂种类及含量等众多因素影响，这更加增加了碳纤维工艺性评价和研究的难度。中国专利CN 102304843 B中公开了一种碳纤维起毛量的测试装置和测试方法，但该方法未考虑展纤对毛丝量测试结果的影响。中国专利CN 105865964 A中公开了一种碳纤维展纤后碳纤维起毛量的测试装置和测试方法，但该方法未能区分碳纤维初始毛丝量和弯折、摩擦后的起毛量；此外，该方法未能考虑到碳纤维实际应用过程中的纤维弯折情况对不同模量碳纤维起毛量的影响，并不能全面准确地反映碳纤维的应用工艺性。中国专利CN104677910 A和CN 105445131 A中公开了一种碳纤维毛丝量和耐磨性的测试方法，但该方法所测试碳纤维长度较短，难以反映纤维长程性能情况，依靠CCD相机观察并记录毛丝个数，工作效率较低，且无法检测碳纤维束内部毛丝。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维应用工艺性测试装置，本发明提供的碳纤维应用工艺性测试装置设置了丝束展开装置、弯折导向装置、丝束张力测量装置，全面模拟碳纤维加工过程中实际工况，定量测试碳纤维的多个工艺性指标，包括初始毛丝量、开纤性及工艺起毛量。

本发明的另外一个目的在于提供一种碳纤维应用工艺性的测试方法，该方法能区分碳纤维初始毛丝和应用中的工艺起毛，并体现碳纤维模量、耐弯折性、耐磨性、幅宽、张力等因素对工艺起毛量的影响，为评价及研究碳纤维的应用工艺性提供较为全面有效的测试方法。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种碳纤维应用工艺性测试装置，包括放卷装置、导向辊、第一毛丝收集装置、弯折导向装置、丝束展开装置、第二毛丝收集装置、丝束张力测量装置、碳纤维收丝装置；