TC11纖維增強(qiáng)《三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料 纖維體積含量的測定》-編制說明（征求意見稿）

“三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料纖維體積含量的測定”編

制說明

一、工作簡況

1任務(wù)來源

經(jīng)中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會（以下簡稱：CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會）建筑材料

領(lǐng)域委員會審查，CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會批準(zhǔn)CSTM標(biāo)準(zhǔn)《三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合

材料纖維體積含量的測定》立項，標(biāo)準(zhǔn)項目歸口管理委員會為CSTM/FC03/TC11

建筑材料領(lǐng)域委員會纖維增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)委員會，標(biāo)準(zhǔn)計劃編號為CSTMLX

031100818—2021，標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位為南京玻璃纖維研究設(shè)計院有限公司。

2目的、意義

三維機(jī)織碳纖維復(fù)合材料是由碳纖維三維空間連續(xù)、取向交織構(gòu)成的預(yù)制體

經(jīng)RTM工藝復(fù)合成型而得到的高性能復(fù)合材料。碳纖維由于具有高比強(qiáng)度，高比

模量，阻燃，耐腐蝕，質(zhì)輕等優(yōu)良特性，已在航空、航天、建筑等眾多領(lǐng)域得到

應(yīng)用。三維織物由于形狀適應(yīng)性好，能在機(jī)織過程中直接形成整體結(jié)構(gòu)，層間剪

切強(qiáng)度高，克服了層合織物垂直于層合面方向上（即第三維方向上）機(jī)械性能差，

二次成型時聯(lián)接界面機(jī)械性能差的弱點，廣泛地應(yīng)用于工程領(lǐng)域，尤其是復(fù)合材

料領(lǐng)域。碳纖維機(jī)織復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能，在工程中的應(yīng)用近年來迅速得到

開發(fā)，例如捷安特等自行車公司采用碳纖維三維織物作高級賽車的骨架，航空、

航天上使用的一些特殊部件采用碳纖維三維織物作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。國外

還有用碳纖維機(jī)織成人行天橋的骨染，一次復(fù)合成人行天橋等等。

三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料的纖維體積含量是一個表征其性能的重要指

標(biāo)，對復(fù)合材料的拉伸、彎曲、壓縮等力學(xué)性能有較大的影響，是決定機(jī)織復(fù)合

材料各項性能的重要參數(shù)依據(jù)。目前國內(nèi)外尚無確切的檢測標(biāo)準(zhǔn)可以測量三維機(jī)

織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料的纖維體積含量，可直接或間接測定纖維體積含量的方

法主要有顯微鏡法、基體分解法、灼燒法和導(dǎo)電性能法，這些方法均不適用或者

存在許多不足。

隨著航天工業(yè)的發(fā)展，復(fù)合材料的應(yīng)用由次承力件擴(kuò)展到主承力件，這就要

求材料具有很高的損傷容限和可靠性，同時對其增強(qiáng)材料的抗沖擊性和結(jié)構(gòu)完整

0

性要求更加嚴(yán)格，對于碳纖維機(jī)織復(fù)合材料的需求進(jìn)一步加大，為了規(guī)范和完善

三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料纖維體積含量的技術(shù)要求和檢驗工作，提供合適

的試驗方法，有必要結(jié)合當(dāng)前工作實際，編制三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料纖

維體積含量的測試標(biāo)準(zhǔn)。制訂《三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料纖維體積含量的

測定》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)是非常必要的。

3主要工作過程，包括分工、征求意見、各階段工作過程等編制過程

2021年8月召開了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組成立會暨第一次工作研討會，會上討論了

標(biāo)準(zhǔn)草稿和工作大綱，對工作組成員進(jìn)行了分工安排。參會人員按會議議程進(jìn)行

了各項工作的討論，初步形成標(biāo)準(zhǔn)初稿。

2021年8-10月對標(biāo)準(zhǔn)要求中指標(biāo)的驗證試驗分析。

2021年11月與行業(yè)專業(yè)技術(shù)骨干及專家進(jìn)行充分討論交流，經(jīng)工作組成員

單位共同協(xié)商，最終達(dá)成一致意見，形成標(biāo)準(zhǔn)“征求意見稿”和編制說明。

2021年12月，項目組發(fā)函開展意見征求，征集了相關(guān)企業(yè)家，項目組根據(jù)

相關(guān)建議對標(biāo)準(zhǔn)文本稿進(jìn)行了完善修訂。

二、編制原則和主要技術(shù)內(nèi)容的說明，包括技術(shù)參數(shù)與指標(biāo)的確定依據(jù)、修訂

標(biāo)準(zhǔn)的各修訂點及其理由等

1.編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格遵照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和

編寫》的有關(guān)規(guī)定，以實際情況真實編寫。本著保證制定適用于三維機(jī)織碳纖維

預(yù)制體復(fù)合材料纖維體積含量測試方法，符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則來開展

本標(biāo)準(zhǔn)研制工作，力求制定的標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料研發(fā)、

應(yīng)用的需求，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。既能體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性，又要具有可操

作性。

2.主要技術(shù)內(nèi)容

2.1.標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容

2.1.1.基本原則

1

本著保證三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料產(chǎn)品質(zhì)量、符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合

理的原則來開展本標(biāo)準(zhǔn)研制工作，力求制定的標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足國內(nèi)三維機(jī)織碳纖維

復(fù)合材料研發(fā)、生產(chǎn)的實際需求，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。既能體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的先

進(jìn)性，又要具有可操作性。

2.1.2.主要內(nèi)容的修訂和確定依據(jù)

2.1.2.1.適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)適用于三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料纖維體積含量的測定。

2.1.2.2.規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日

期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修

改單）適用于本文件：

ASTMD4892固體瀝青的密度測定方法—氦氣體密度儀法（TestMethodfor

DensityofSolidPitch—HeliumPycnometerMethod）

三、主要試驗（或驗證）情況分析

1、總則

首先對不同碳纖維復(fù)合材料層壓板采取基體分解法（ISO14127-2008方法A）

與本標(biāo)準(zhǔn)里的方法進(jìn)行測試，獲得所需的試驗數(shù)據(jù)，并進(jìn)行對比分析，作為本方

法的參考依據(jù)。由于目前國內(nèi)外均無可以適用于測量三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合

材料纖維體積含量的標(biāo)準(zhǔn)，因此利用本標(biāo)準(zhǔn)里的方法對三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)

合材料纖維體積含量進(jìn)行測試，再與材料設(shè)計值對比分析。

2.碳纖維復(fù)合材料層壓板結(jié)果分析

對碳纖維復(fù)合材料層壓板采取基體分解法（ISO14127-2008方法A）與本標(biāo)

準(zhǔn)里的方法進(jìn)行測試，檢測結(jié)果如下表所示：

表2.1碳纖維復(fù)合材料層壓板纖維體積含量測試結(jié)果

檢測結(jié)果

檢測方法試樣序號

單值(%)平均值(%)變異系數(shù)(%)

2

150.68

250.74

本標(biāo)準(zhǔn)方法350.8750.850.67

450.48

551.48

152.41

基體分解法252.91

ISO14127-351.6252.561.17

2008方法A452.38

553.47

結(jié)論：碳纖維復(fù)合材料層壓板采取基體分解法(ISO14127-2008方法A)與本

標(biāo)準(zhǔn)里的方法進(jìn)行測試，基體分解法相較于本校準(zhǔn)方法略微偏大3.25%?；w分

解法是利用溶劑去除復(fù)合材料中的基體部分，然后依據(jù)消解后纖維的質(zhì)量計算的，

由于高分子樹脂都具有溶脹性，用溶劑徹底去除樹脂很困難，殘留的樹脂影響使

得數(shù)據(jù)偏大導(dǎo)致的，因此該結(jié)果作為本方法的參考依據(jù)是合理的。

3.三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料結(jié)果分析

利用本標(biāo)準(zhǔn)里的方法對三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料纖維體積含量進(jìn)行測

試，再與材料設(shè)計值對比，檢測結(jié)果如下表所示：

三維機(jī)織碳纖與設(shè)計值偏差

檢測結(jié)果（%）設(shè)計值

維預(yù)制體復(fù)合（%）

（%）

材料板編號單值平均值單值平均值

55.930.77

155.3955.6156.701.311.09

55.501.20

58.620.96

258.6258.4057.660.960.74

57.960.30

56.720.80

357.4757.0057.520.050.52

56.830.69

55.100.56

454.7554.7355.660.910.93

54.351.31

54.660.08

554.7154.580.13

54.840.26

3

54.620.04

51.030.54

650.6951.570.88

50.351.22

51.740.97

751.9452.710.77

52.130.58

56.860.63

857.1157.490.38

57.360.13

56.320.28

956.4756.6156.040.430.57

57.051.01

53.441.04

1053.6853.5754.480.80.91

53.590.89

結(jié)論：本標(biāo)準(zhǔn)的方法測量三維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料纖維體積含量結(jié)果，

與設(shè)計值相比非常接近，因此推斷本標(biāo)準(zhǔn)可以作為一種測試方法，進(jìn)行三維機(jī)織

碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料纖維體積含量的測量。

四、標(biāo)準(zhǔn)中如果涉及專利，應(yīng)有明確的知識產(chǎn)權(quán)說明

本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專利。

五、產(chǎn)業(yè)化情況、推廣應(yīng)用論證和預(yù)期達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效果等情況

隨著航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，復(fù)合材料的應(yīng)用由次承力件擴(kuò)展到主承力件，

這就要求材料具有很高的損傷容限和可靠性，同時對其增強(qiáng)材料的抗沖擊性和結(jié)

構(gòu)完整性要求更加嚴(yán)格。因此三維整體紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生，且隨著國家

對大飛機(jī)事業(yè)的重視，復(fù)合材料是中國民機(jī)項目的制約瓶頸之一，我國確定了復(fù)

合材料要占大飛機(jī)體重20%~25的目標(biāo)，三維機(jī)織復(fù)合材料可以提高復(fù)合材料的層

間強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度等多種性能，適合全面替代制作飛機(jī)機(jī)身，機(jī)翼的

二維復(fù)合材料，以提高飛機(jī)的安全性，因此有非常大的市場需求。然而目前國內(nèi)

外尚無確切的檢測標(biāo)準(zhǔn)可以測量三維機(jī)織碳纖維復(fù)合材料的纖維體積含量，《三

維機(jī)織碳纖維預(yù)制體復(fù)合材料纖維體積含量的測定》標(biāo)準(zhǔn)將引導(dǎo)三維機(jī)織碳纖維

復(fù)合材料改進(jìn)設(shè)計、完善工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而