由于碳纖維為束絲狀纖維，一束碳纖維往往由數(shù)千根甚至上萬根單絲組成，因此碳纖維的拉伸性能測試方法包括兩種：復(fù)絲拉伸和單絲拉伸。本文主要介紹了碳纖維單絲拉伸方法及主要設(shè)備。

 

　　碳纖維單絲拉伸強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)測試與通常的力學(xué)拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法不同，因其脆性的物理特性使得很難通過采用試驗(yàn)機(jī)夾頭進(jìn)行夾持纖維單絲，此外通過直接夾持測試其拉伸強(qiáng)度亦會(huì)對(duì)碳纖維造成一定的傷害，這常使得實(shí)驗(yàn)的斷裂模式常發(fā)生在夾持處，造成了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的失效。

 

　　碳纖維單絲拉伸強(qiáng)度檢測過程分為：分絲、固定片加固、檢測三個(gè)步驟，第一步分絲過程比較麻煩，纖維直徑僅僅幾微米，因此很難分辨是一根還是兩根，第二步將挑選后單絲在紙片上進(jìn)行加固，一旦操作不慎就會(huì)導(dǎo)致纖維斷裂，在最后測試過程中被測試樣的一端夾持在電子式碳纖維強(qiáng)力儀的上夾持器上，試樣另一端夾持在下夾持器上，采用恒定的拉伸速度拉伸試樣，直至試樣斷裂。

 

　　寧波材料所碳纖維及其復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)擁有德國FAVIMAT+型單絲纖維萬能測試儀，該裝置采用氣動(dòng)夾持，半自動(dòng)測試的方式，其測量綜合裝置可以測定普通化纖、高強(qiáng)高模芳綸、高強(qiáng)高模聚乙烯、碳纖維、金屬纖維、玻璃纖維、工程用短纖維等高性能纖維（拉伸強(qiáng)度、模量、斷裂伸長率）力學(xué)性能。

 

　　

 

　　單絲纖維萬能物性測試儀

 

　　以碳纖維單絲力學(xué)性能測試為例，對(duì)同一根碳纖維單絲的橫截面和拉伸強(qiáng)度的組合測量可以將力-伸長率曲線直接轉(zhuǎn)化為應(yīng)力-伸長率曲線。這是通過將每根碳纖維的單個(gè)橫截面的cN力歸一化來完成的，以在拉伸測試過程中接受以GPa表示的應(yīng)力。同樣，這些應(yīng)力-伸長率曲線的導(dǎo)數(shù)也可以直接以GPa為單位獲得，從而可以立即測量。

 

　　

 

　　使用FAVIMAT在20根碳纖維樣品上測得的最大力-伸長率，應(yīng)力-伸長率和模量

 

　　通過上述設(shè)備還可利用振法測定纖維線密度，可直接顯示線密度單值、平均值和變異系數(shù)。在線密度測試時(shí)，儀器會(huì)在確定的張力和振蕩長度下自動(dòng)確定基本橫向振蕩的共振頻率。鑒于被測材料的密度，可以容易地確定有效橫截面，其精度通常比通過光學(xué)手段確定的精度更好?？梢詫y量原理擴(kuò)展到完整的振動(dòng)分析，以便確定其他參數(shù)，例如彎曲剛度。

 

　　作為一種通用測試儀，F(xiàn)AVIMAT+型單絲纖維萬能測試儀適用于所有類型的纖維，而其優(yōu)異的長度和力分辨率（低至0.1 µN）使其成為一種有趣的測試儀器，也可用于其他應(yīng)用，例如對(duì)納米非織造布的拉伸測試。該設(shè)備測試符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16256-1996、國際標(biāo)準(zhǔn)ISO1973-1995和國際化學(xué)纖維標(biāo)準(zhǔn)化局（BISFA）的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，適用于單根纖維的線密度測定，可廣泛應(yīng)用于纖維、紡織等生產(chǎn)企業(yè)、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和科研單位。

 

　　

 

　　碳纖維單絲拉伸性能測試往往需要進(jìn)行20根單絲甚至更多，才能獲得有效值，碳纖維由成千上萬根單絲組成，因此單絲拉伸性能很難反映碳纖維拉伸性能真實(shí)值，但單絲拉伸性能測試后可以通過單絲強(qiáng)度分度區(qū)間對(duì)纖維離散性進(jìn)行綜合分析。