[实用新型]一种碳纤维集束制样装置

说明书

本实用新型公开了一种碳纤维集束制样装置，该碳纤维集束制样装置，包括：预压拉直组件、约束环组件和切边组件；预压拉直组件用于压紧并拉直形成碳纤维集束的碳纤维，以获得圆柱形的碳纤维集束；约束环组件包括：上约束环和下约束环；所述上约束环和下约束环为两个卡扣形式的半圆环，其对接后形成一个整圆作为约束环用于约束碳纤维集束；切边组件包括用于夹持约束环的夹持装置和用于对夹持后的碳纤维集束进行切边处理的刀具。通过预压拉直组件能够使碳纤维集束状态的平顺性、准直性更加符合实验要求；通过约束环能够使碳纤维集束试样得到精确的体积密度和外形尺寸；该制样装置能够极大的减小试样的制样环节对实验结果的干扰。

技术领域

实用新型涉及一种制样装置，具体涉及一种碳纤维集束制样装置。

背景技术

碳纤维被誉为当今工业界综合性能最好的材料之一。它是一种化学组成中含碳元素质量分数在90％以上的新型碳材料。碳纤维及其改性复合材料已经广泛应用于航天航空、机械制造、纺织、化工、土木以及医疗卫生等许多领域，不论碳纤维本身还是其复合材料实际应用价值巨大。

热导率是评价碳纤维热学特性的重要物性参数之一，准确测量得到碳纤维的轴向热导率对于开发、制备和评估不同热学特性的碳纤维及其复合材料具有重要的指导意义。

材料的导热性能测试方法很多，大体可分为稳态法与瞬态法两大类。其中稳态法根据 Fourier方程直接测量导热系数，但温度范围与导热系数范围较窄，主要适用于在中等温度下测量中低导热系数材料。瞬态法则应用范围较为宽广，尤其适合于高导热系数材料以及高温下的测试，其中发展最快、最具代表性、得到国际热物理学界普遍承认的方法是闪光法 (FlashMethod)，亦称为激光法或激光闪射法。

传统的碳纤维轴向导热性测量方法主要包括直流通电法、T形法、3ω法等电学方法。然而单根碳纤维径向尺寸过小(通常只有几微米)，且各项异性，直接准确测量单根碳纤维热导率有一定的难度。何凤梅等采用激光闪射法获得碳纤维热扩散率及导热系数，证实了激光闪射法测量碳纤维热扩散率的可行性。

现行的国家标准GB/T 22588—2008《闪光法测量热扩散系数或导热系数》等同采用ASTM E1461—2001《Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the FlashMethod》。该测试方法适用于对基本上完全致密，均匀和各向同性的固体材料进行的测量，所述材料对所施加的能量脉冲是不透明的。然而，在某些情况中，用于多孔疏松试样时，也产生可接受的结果。所以，对于径向尺寸微小、各项异性的碳纤维，需要通过严格和适当的实验设计，适应与这些严格准则的某些偏差来进行碳纤维的轴向导热测试。

ASTM E1461—2013《Standard Test Method for Thermal Diffusivity by theFlash Method》要求测试试样通常为一个圆形的薄片，其前表面面积小于能量束的面积。通常情况下，测试试样的直径为10至12.5毫米(特殊情况下，直径小至6毫米，直径大至30毫米已有成功使用的报告)。最佳厚度取决于估计的热扩散率的大小，并且应该选择使得达到最大温度一半的时间在10至1000ms范围内。在更高的温度下需要更薄的试样以最小化热损失校正；然而，试样通常应该足够厚以代表测试材料。通常，厚度在1至6毫米范围内。

因此，采用激光闪射法测试碳纤维轴向导热性能(热扩散率和导热系数)时，必须使碳纤维沿径向集束(多根轴向平行的碳纤维排列成圆柱状)，然后沿轴向截取一定长度制备成一个圆形的薄片试样，试样及其制备是应用闪光法测量热扩散系数的关键环节。