一种测试复合材料中纤维体积含量的方法与流程

1.本发明属于复合材料技术领域，涉及一种测试复合材料中纤维体积含量的方法。


背景技术：

2.通常在实际工程中，通过测算复合材料的纤维体积含量评价材料力学性能、结构分析、失效分析等。现有的测试纤维体积含量的方法主要包括金相显微镜法、计算机图像处理法、煅烧法、化学溶解法、计算法等。如gb/t3365-2008标准中碳纤维体积含量的测试方法，是通过突显分析仪或光学显微镜测定观测面内纤维所占面积与观测面积的比值，即为纤维体积含量，面积测算存在较大误差，不适用于性能和精度要求高的产品设计。煅烧法能测试碳纤维或玻璃纤维单一增强的复合材料，对于两种或两种以上纤维增强的复合材料，不能将纤维分开测试。在实际工程中，一般是控制复合材料树脂体系的固含量，而在复合材料性能评价、设计分析时，往往是用纤维体积含量进行转换。因此对于复合材料，需要寻找一种简便精确的测试方法，以满足实际工程中测试的需求。
3.中国专利申请cn112540024a公开了一种复合材料纤维体积含量的测试方法，该方法采用化学溶解与物理煅烧法相结合的方法来测试复合材料中碳纤维、玻璃纤维的体积含量，通过碳纤维、玻璃纤维的质量可计算出纤维的体积含量，但是该方法操作流程繁琐，不能快速简单的测试出纤维体积含量。


技术实现要素：

4.本发明提供一种测试复合材料中纤维体积含量的方法。该方法通过测试复合材料的真密度间接计算纤维体积含量，解决了纤维体积含量难测定的问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种测试复合材料中纤维体积含量的方法，具体步骤如下：
7.第一步，确认复合材料中含有n种纤维，第i种纤维的密度为ρi，i＝1，2，
…
，n；
8.第二步，获得复合材料中n种纤维占总纤维的质量分数，第i种纤维占总纤维的质量分数为
ɑi；
9.第三步，取复合材料用树脂体系，按照复合材料固化制度，固化相同配比的树脂体系，固化结束后测试树脂体系的密度ρs；
10.第四步，取复合材料中各质量分数的纤维，混合后总纤维的真密度为ρ
总
；
11.第五步，取质量为m的待测纤维体积含量的复合材料，测试待测复合材料的真密度ρ，并计算待测复合材料的体积为v；
12.第六步，计算n种纤维的总体积v
总
，
13.第七步，计算第i种纤维的体积vi，vi＝ρ
总
*v
总
*
ɑi/ρi；
14.第八步，计算第i种纤维的体积含量vi，
15.本发明中，n为整数，且n≥1。
16.本发明中，总纤维的真密度ρ
总
和复合材料的真密度ρ采用真密度仪测试。
17.本发明中，复合材料中的纤维为本领域常见的纤维类型，包括但不限于碳纤维、玻璃纤维等。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.本发明通过复合材料的真密度间接获得复合材料中各纤维的体积含量，适用于单一纤维增强体复合材料以及多种增强体复合材料，适用范围广。本发明方法操作方便，为复合材料实际工程中通过测算纤维体积含量，进而评价材料力学性能、结构分析、失效分析提供了一种简易便捷的方法。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例对本发明作进一步详述。
21.实施例1
22.本实施例以碳纤维缠绕制样的nol复合材料为例，测试其中碳纤维的体积含量，详细步骤如下：
23.第一步，确认复合材料中含有1种碳纤维，碳纤维的ρ1为1.7921g/cm3；
24.第二步，取复合材料用缠绕树脂体系，按照复合材料固化制度，固化相同配比的树脂体系，固化结束后测试树脂体系的密度ρs为1.1g/cm3；
25.第三步，取待测纤维体积含量的复合材料，称取mg，其中m为17.486g，采用真密度仪测试待测复合材料的真密度ρ为1.5824g/cm3，并计算待测复合材料的体积v为11.05ml；
26.第四步，计算碳纤维体积v1，计算v1＝7.7ml；
27.第五步，计算碳纤维的体积含量v1，计算v1＝69.68％。
28.实施例2
29.本实施例以碳纤维和单向玻璃纤维混合铺层，真空灌注制得复合板材为例，测试其中碳纤维和玻璃纤维的体积含量，具体步骤如下：
30.第一步，确认复合材料中含有2种纤维，碳纤维的密度ρ1为1.7872g/cm3，玻璃纤维的密度ρ2为2.6115g/cm3；
31.第二步，复合材料中2种纤维的用量，碳纤维的质量分数为
ɑ1＝40％，玻璃纤维的质量分数为
ɑ2＝60％；
32.第三步，取复合材料用树脂体系，按照复合材料固化制度，固化相同配比的树脂体系，固化结束后测试树脂体系的密度ρs为1.1g/cm3；
33.第四步，取复合材料中各纤维质量分数的纤维，混合后纤维的真密度ρ
总
＝2.2233g/cm3；
34.第五步，取待测纤维体积含量的复合材料，称取mg，其中m为15.376g，采用真密度仪测试待测复合材料的真密度ρ为1.8871g/cm3，并计算待测复合材料的体积为v＝8.1480ml；
35.第六步，计算复合材料中2种纤维的总体积v
总
，计算v
总
＝5.7093ml；
36.第七步，计算纤维的体积vi，vi＝ρ
总
*v
总
*
ɑi/ρi，得到v
碳纤
＝2.8410ml，v
玻纤
＝
2.9164ml；
37.第八步，计算纤维的体积含量vi，计算v
碳纤
＝34.9％，v
玻纤
＝35.8％。


技术特征：
1.一种测试复合材料中纤维体积含量的方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步，确认复合材料中含有n种纤维，第i种纤维的密度为ρ
i
，i＝1，2，
…
，n；第二步，获得复合材料中n种纤维占总纤维的质量分数，第i种纤维占总纤维的质量分数为
ɑ
i
；第三步，取复合材料用树脂体系，按照复合材料固化制度，固化相同配比的树脂体系，固化结束后测试树脂体系的密度ρ
s
；第四步，取复合材料中各质量分数的纤维，混合后总纤维的真密度为ρ
总
；第五步，取质量为m的待测纤维体积含量的复合材料，测试待测复合材料的真密度ρ，并计算待测复合材料的体积为v；第六步，计算n种纤维的总体积v
总
，第七步，计算第i种纤维的体积v
i
，v
i
＝ρ
总
*v
总
*
ɑ
i
/ρ
i
；第八步，计算第i种纤维的体积含量v
i
，2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，n为整数，且n≥1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，总纤维的真密度ρ
总
和复合材料的真密度ρ采用真密度仪测试。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，复合材料中的纤维为碳纤维或玻璃纤维。

技术总结
本发明公开了一种测试复合材料中纤维体积含量的方法。本发明通过复合材料的真密度间接获得复合材料中各纤维的体积含量，适用于单一纤维增强体复合材料以及多种增强体复合材料，适用范围广。本发明方法操作方便，为复合材料实际工程中通过测算纤维体积含量，进而评价材料力学性能、结构分析、失效分析提供了一种简易便捷的方法。简易便捷的方法。


技术研发人员：郭鹏宗 徐源锴 葛国杰 李果
受保护的技术使用者：中复神鹰（上海）科技有限公司
技术研发日：2022.02.21
技术公布日：2022/5/25