TSZJL 7-2024 碳納米管纖維及絲束拉伸性能的測定

ICS59.100.20CCSQ53SZJL蘇州市計(jì)量測試學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/SZJL7—2024Testmethodfortensilepropertiesofcarbonnanotubefibersandfibertow2024-06-20發(fā)布 2024-07-01實(shí)施蘇州市量測會(huì) 發(fā)布T/SZJL7T/SZJL7—2024II目 次前 言 II引 言 III1范圍 12規(guī)性用件 13術(shù)和義 14原理 2試條件 2試和料 27儀設(shè)備 38樣品 39拉試步驟 510驗(yàn)據(jù)理 511驗(yàn)告 7T/SZJL7T/SZJL7—2024IIII前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件主要起草人：李清文、張永毅、勇振中、吳昆杰、趙靜娜、蹇木強(qiáng)、干靜、楊露。T/SZJL7T/SZJL7—2024IIIIII引 言碳納米管纖維是一種新型的納米碳纖維材料，碳納米管纖維絲束是由碳納米管纖維并股融合而成（T/SZJL7T/SZJL7—2024PAGEPAGE1碳納米管纖維及絲束拉伸性能的測定范圍（GB/T3362-2017碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗(yàn)方法GB/T29762-2013GB/T30019-2013GB/T31290-2022下列術(shù)語和定義適用于本文件。碳納米管纖維carbonnanotubefiber由碳納米管組裝而成的一維線性材料。碳納米管纖維絲束carbonnanotubefibertow由特定根數(shù)（10-3000根）的碳納米管纖維并股融合而成的有捻或無捻絲束。密度density在特定溫度下單位體積物質(zhì)的質(zhì)量，單位為g/cm3，或kg/m3，推薦溫度為23℃。線密度lineardensity在特定溫度下1000m長度物質(zhì)的質(zhì)量，單位為g/km，或tex，推薦溫度為23℃。等效直徑Effectivediameter在特定溫度下與材料橫截面積相等的圓形對(duì)應(yīng)的直徑，單位為mm或μm，推薦溫度為23℃。拉伸應(yīng)力Tensilestress指材料在拉伸載荷作用下單位面積承受的載荷，單位為N/mm2，或MPa。拉伸強(qiáng)度Tensilestrength指材料在拉伸載荷作用下單位面積承受的最大斷裂載荷，單位為N/mm2，或MPa。比強(qiáng)度Specificstrength指材料在拉伸載荷作用下最大斷裂載荷與線密度的比值，單位為N/tex。拉伸應(yīng)變Tensilestrain指材料在拉伸載荷作用下樣品長度的相對(duì)變化量（形變量與原長度的比值），用百分?jǐn)?shù)(%)表示。拉伸模量Electricalconductivity在拉伸載荷作用下，材料在彈性變形范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，單位是MPa。比模量Specificelectricalconductivity在拉伸載荷作用下，材料在彈性變形范圍內(nèi)拉伸力與應(yīng)變的比值與線密度之比。單位是N/tex。原理將纖維試樣夾持在合適的試驗(yàn)機(jī)上，勻速拉伸至試樣破壞，記錄載荷-位移曲線。根據(jù)載荷-位移曲線和纖維的橫截面積計(jì)算拉伸強(qiáng)度和拉伸模量。拉伸模量以彈性變形段兩個(gè)指定點(diǎn)的應(yīng)力差除以對(duì)應(yīng)的應(yīng)變差計(jì)算得到。纖維橫截面積，可通過測量纖維線密度、密度計(jì)算得到，或者通過光學(xué)/掃描電子顯微鏡測定纖維直徑后根據(jù)圓柱體橫截面積公式計(jì)算。溫度(23±10)℃，相對(duì)濕度(50±20)%。試驗(yàn)前，將試樣在上述環(huán)境下放置不少于12小時(shí)。推薦1200目砂紙L0，如圖0.1mmL1圖1試樣襯示意圖及尺寸注：L0:纖維10mm±0.1mm，絲束50mm±0.5mmL1:≥5mmL2:5mm±0.1mmL3:20mm±0.5mm制樣材料包括試樣襯、膠帶（輔助材料）、膠黏劑、加強(qiáng)片。膠帶）能將纖維暫時(shí)固定在試樣襯上的材料（如標(biāo)簽紙）。膠黏劑任何能將纖維或絲束牢固粘在試樣襯上的材料（如強(qiáng)力速干膠）。用于覆蓋并壓緊膠黏劑，使纖維樣品與試樣襯結(jié)合得更為牢固（推薦1200目砂紙）。力值傳感器測力范圍0.4%FS-100%FS，精度不低于0.5級(jí)；位移分辨率不低于1μm?！撝背?。最小分度1mm?！⒘刻炱?。分辨力0.01mg?！芏忍荻葍x。分辨力0.001g/cm3?！弑讹@微鏡。最大放大倍數(shù)不小于1000倍?！嫦?。控溫精度不小于1℃。樣品取樣從碳納米管纖維/絲束樣品中截取合適長度的待測試樣品，取樣間隔不小于10cm，每個(gè)樣品長度大于試樣襯長度L2，取樣數(shù)量5個(gè)以上，確保5個(gè)有效數(shù)據(jù)。注：碳納米管纖維不同于碳纖維只有絲束狀態(tài)，可以以不同直徑的單纖維狀態(tài)單獨(dú)制備，取樣過程無需從絲束中進(jìn)行纖維單絲分離。26749-202235%-50%2圖2纖維樣品示意圖黏貼纖維樣品時(shí)，注意使纖維處于試樣襯開孔中心位置，以保證纖維拉伸過程中軸向受力。AB注：碳納米管纖維相對(duì)于碳纖維單絲載荷偏高，黏貼樣品過程應(yīng)盡量保證L1直接進(jìn)行拉伸測試，碳纖維絲束必須浸膠處理后進(jìn)行測試。L（1m±0.01m或2m±0.01m或3m±0.01m或4m±0.01m5m0.01m10cm0.1cm20cm0.1cm或30cm0.1cm或40cm0.1cm50cmt取長度為L的纖維樣品（碳納米管纖維長度為1m±0.01m，碳納米管纖維絲束樣品長度為10cm±GB/T30019-20136.2B或6.3C33個(gè)按照GB/T29762-2013中第5章方法A進(jìn)行（適用于大部分纖維樣品及碳納米管纖維絲束樣品）測量纖維與纖維絲束線密度、密度，通過計(jì)算獲得纖維與纖維絲束等效直徑d，計(jì)算方法見10.1。采用光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡測定纖維直徑。其中，圓形截面的纖維樣品按照GB/T29762-2013中第6章方法B測試，不規(guī)則截面的纖維樣品按照GB/T29762-2013中第7章方法C測試。通過光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡測量纖維軸向側(cè)面兩個(gè)邊緣之間的距離得到纖維的表觀直徑，按照GB/T29762-2013中第6章方法B測試。注：光學(xué)顯微鏡方法的準(zhǔn)確度受限于衍射效應(yīng)，當(dāng)纖維直徑小于10μm時(shí)不建議使用該方法。ImageJGB/T29762-20137C注：獲得碳納米管纖維、絲束的等效直徑后，通過計(jì)算得出纖維橫截面積，計(jì)算方法見10.2。根據(jù)需求輸入相關(guān)的參數(shù)，樣品直徑、拉伸速率（如：0.1mm/min、0.5mm/min、1mm/min等）、樣品長度等相關(guān)信息。夾緊試樣時(shí)，確保樣品模板與夾具加載時(shí)軸線同軸。測試開始前，剪斷模板兩側(cè)支撐部分。若樣品在夾具中破壞，則判為無效數(shù)據(jù)，重新取樣測試；重復(fù)進(jìn)行測試，得到至少5組有效測量結(jié)果。按照GB/T29762-2013碳纖維纖維直徑和橫截面積的測定第5章方法A進(jìn)行（適用于大部分纖維樣品及碳納米管纖維絲束樣品）計(jì)算碳納米管纖維、纖維絲束的等效直徑d：??=√4??(1)?????式中:?? 被測維與維束線度單位特斯(tex)；?? (g/cm3)。根據(jù)10.1計(jì)算得到的等效直徑，結(jié)合圓形面積計(jì)算公式（2）計(jì)算纖維或絲束的橫截面積。??=????2(2)4式中:?? 被測維或束品橫面，單為方米（mm2）；?? （μm）（3）????

=??(3)??式中：σf 被纖或束樣的伸力單為兆斯卡(MPa)；?? (N)；?? （mm2）。根據(jù)拉伸強(qiáng)度定義，材料所承受的最大斷裂載荷（Fb）與橫截面積（S）的比值，σb按照公式（4）計(jì)算纖維及絲束拉伸強(qiáng)度。根據(jù)公式（4）計(jì)算纖維拉伸強(qiáng)度。????

=????(4)??式中：σb 被纖絲束品拉強(qiáng)，位為帕卡(MPa)；(N)；?? （mm2）。根據(jù)比強(qiáng)度定義，纖維單位細(xì)度（tex）承受的載荷，σS按照公式（5）計(jì)算纖維及絲束比強(qiáng)度。????

=????(5)??式中被測維束樣的強(qiáng)，位牛頓/克（N/tex）；(N)；?? (tex)；??=Δ??(6)??式中：?? 被測纖絲束品拉應(yīng)，百分表示(%)；Δ?? (mm)；??0 。-??=????2?????1??2???1

(7)式中：?? 被測纖絲束伸量單為帕斯（MPa）；被測纖維或絲束樣品應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性變形段與兩個(gè)指定數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)拉伸應(yīng)力，單位為兆帕斯卡（MPa）；??1、被測纖維或絲束樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈變段與兩個(gè)指定據(jù)點(diǎn)對(duì)的伸應(yīng)變，用百分?jǐn)?shù)（%）表示。??′??′=