TSZJL 7-2024 碳纳米管纤维及丝束拉伸性能的测定

ICS59.100.20CCSQ53SZJL苏州市计量测试学会团体标准T/SZJL7—2024Testmethodfortensilepropertiesofcarbonnanotubefibersandfibertow2024-06-20发布 2024-07-01实施苏州市量测会 发布T/SZJL7T/SZJL7—2024II目 次前 言 II引 言 III1范围 12规性用件 13术和义 14原理 2试条件 2试和料 27仪设备 38样品 39拉试步骤 510验据理 511验告 7T/SZJL7T/SZJL7—2024IIII前 言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件主要起草人：李清文、张永毅、勇振中、吴昆杰、赵静娜、蹇木强、干静、杨露。T/SZJL7T/SZJL7—2024IIIIII引 言碳纳米管纤维是一种新型的纳米碳纤维材料，碳纳米管纤维丝束是由碳纳米管纤维并股融合而成（T/SZJL7T/SZJL7—2024PAGEPAGE1碳纳米管纤维及丝束拉伸性能的测定范围（GB/T3362-2017碳纤维复丝拉伸性能试验方法GB/T29762-2013GB/T30019-2013GB/T31290-2022下列术语和定义适用于本文件。碳纳米管纤维carbonnanotubefiber由碳纳米管组装而成的一维线性材料。碳纳米管纤维丝束carbonnanotubefibertow由特定根数（10-3000根）的碳纳米管纤维并股融合而成的有捻或无捻丝束。密度density在特定温度下单位体积物质的质量，单位为g/cm3，或kg/m3，推荐温度为23℃。线密度lineardensity在特定温度下1000m长度物质的质量，单位为g/km，或tex，推荐温度为23℃。等效直径Effectivediameter在特定温度下与材料横截面积相等的圆形对应的直径，单位为mm或μm，推荐温度为23℃。拉伸应力Tensilestress指材料在拉伸载荷作用下单位面积承受的载荷，单位为N/mm2，或MPa。拉伸强度Tensilestrength指材料在拉伸载荷作用下单位面积承受的最大断裂载荷，单位为N/mm2，或MPa。比强度Specificstrength指材料在拉伸载荷作用下最大断裂载荷与线密度的比值，单位为N/tex。拉伸应变Tensilestrain指材料在拉伸载荷作用下样品长度的相对变化量（形变量与原长度的比值），用百分数(%)表示。拉伸模量Electricalconductivity在拉伸载荷作用下，材料在弹性变形范围内应力与应变的比值，单位是MPa。比模量Specificelectricalconductivity在拉伸载荷作用下，材料在弹性变形范围内拉伸力与应变的比值与线密度之比。单位是N/tex。原理将纤维试样夹持在合适的试验机上，匀速拉伸至试样破坏，记录载荷-位移曲线。根据载荷-位移曲线和纤维的横截面积计算拉伸强度和拉伸模量。拉伸模量以弹性变形段两个指定点的应力差除以对应的应变差计算得到。纤维横截面积，可通过测量纤维线密度、密度计算得到，或者通过光学/扫描电子显微镜测定纤维直径后根据圆柱体横截面积公式计算。温度(23±10)℃，相对湿度(50±20)%。试验前，将试样在上述环境下放置不少于12小时。推荐1200目砂纸L0，如图0.1mmL1图1试样衬示意图及尺寸注：L0:纤维10mm±0.1mm，丝束50mm±0.5mmL1:≥5mmL2:5mm±0.1mmL3:20mm±0.5mm制样材料包括试样衬、胶带（辅助材料）、胶黏剂、加强片。胶带）能将纤维暂时固定在试样衬上的材料（如标签纸）。胶黏剂任何能将纤维或丝束牢固粘在试样衬上的材料（如强力速干胶）。用于覆盖并压紧胶黏剂，使纤维样品与试样衬结合得更为牢固（推荐1200目砂纸）。力值传感器测力范围0.4%FS-100%FS，精度不低于0.5级；位移分辨率不低于1μm。——钢直尺。最小分度1mm。——微量天平。分辨力0.01mg。——密度梯度仪。分辨力0.001g/cm3。——高倍显微镜。最大放大倍数不小于1000倍。——烘箱。控温精度不小于1℃。样品取样从碳纳米管纤维/丝束样品中截取合适长度的待测试样品，取样间隔不小于10cm，每个样品长度大于试样衬长度L2，取样数量5个以上，确保5个有效数据。注：碳纳米管纤维不同于碳纤维只有丝束状态，可以以不同直径的单纤维状态单独制备，取样过程无需从丝束中进行纤维单丝分离。26749-202235%-50%2图2纤维样品示意图黏贴纤维样品时，注意使纤维处于试样衬开孔中心位置，以保证纤维拉伸过程中轴向受力。AB注：碳纳米管纤维相对于碳纤维单丝载荷偏高，黏贴样品过程应尽量保证L1直接进行拉伸测试，碳纤维丝束必须浸胶处理后进行测试。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取长度为L的纤维样品（碳纳米管纤维长度为1m±0.01m，碳纳米管纤维丝束样品长度为10cm±GB/T30019-20136.2B或6.3C33个按照GB/T29762-2013中第5章方法A进行（适用于大部分纤维样品及碳纳米管纤维丝束样品）测量纤维与纤维丝束线密度、密度，通过计算获得纤维与纤维丝束等效直径d，计算方法见10.1。采用光学显微镜或扫描电子显微镜测定纤维直径。其中，圆形截面的纤维样品按照GB/T29762-2013中第6章方法B测试，不规则截面的纤维样品按照GB/T29762-2013中第7章方法C测试。通过光学显微镜或扫描电子显微镜测量纤维轴向侧面两个边缘之间的距离得到纤维的表观直径，按照GB/T29762-2013中第6章方法B测试。注：光学显微镜方法的准确度受限于衍射效应，当纤维直径小于10μm时不建议使用该方法。ImageJGB/T29762-20137C注：获得碳纳米管纤维、丝束的等效直径后，通过计算得出纤维横截面积，计算方法见10.2。根据需求输入相关的参数，样品直径、拉伸速率（如：0.1mm/min、0.5mm/min、1mm/min等）、样品长度等相关信息。夹紧试样时，确保样品模板与夹具加载时轴线同轴。测试开始前，剪断模板两侧支撑部分。若样品在夹具中破坏，则判为无效数据，重新取样测试；重复进行测试，得到至少5组有效测量结果。按照GB/T29762-2013碳纤维纤维直径和横截面积的测定第5章方法A进行（适用于大部分纤维样品及碳纳米管纤维丝束样品）计算碳纳米管纤维、纤维丝束的等效直径d：𝑑=√4𝑡(1)𝜋∙𝜌式中:𝑡 被测维与维束线度单位特斯(tex)；𝜌 (g/cm3)。根据10.1计算得到的等效直径，结合圆形面积计算公式（2）计算纤维或丝束的横截面积。𝑆=𝜋𝑑2(2)4式中:𝑆 被测维或束品横面，单为方米（mm2）；𝑑 （μm）（3）𝜎𝑓

=𝐹(3)𝑆式中：σf 被纤或束样的伸力单为兆斯卡(MPa)；𝐹 (N)；𝑆 （mm2）。根据拉伸强度定义，材料所承受的最大断裂载荷（Fb）与横截面积（S）的比值，σb按照公式（4）计算纤维及丝束拉伸强度。根据公式（4）计算纤维拉伸强度。𝜎𝑏

=𝐹𝑏(4)𝑆式中：σb 被纤丝束品拉强，位为帕卡(MPa)；(N)；𝑆 （mm2）。根据比强度定义，纤维单位细度（tex）承受的载荷，σS按照公式（5）计算纤维及丝束比强度。𝜎𝑠

=𝐹𝑏(5)𝑡式中被测维束样的强，位牛顿/克（N/tex）；(N)；𝑡 (tex)；𝜀=Δ𝐿(6)𝐿式中：𝜀 被测纤丝束品拉应，百分表示(%)；Δ𝐿 (mm)；𝐿0 。-𝐸=𝜎𝑓2−𝜎𝑓1𝜀2−𝜀1

(7)式中：𝐸 被测纤丝束伸量单为帕斯（MPa）；被测纤维或丝束样品应力-应变曲线上弹性变形段与两个指定数据点对应拉伸应力，单位为兆帕斯卡（MPa）；𝜀1、被测纤维或丝束样应力-应变曲线上弹变段与两个指定据点对的伸应变，用百分数（%）表示。𝐸′𝐸′=