ICS 83.120 CCS Q 23 团 体 标 准 T/CSTM 00818—2022 三维机织碳纤维预制体增强树脂基复合材料 纤维 体积含量的测定 Three dimensional woven carbon fib er preform reinforced resin matrix composites — Determination of fiber volume content 2022-12-27发布 2023-03-27 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00818— 2022 I 前 言 本文件参照GB/T 1.1 —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。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国材料与试验标准 化委员会建筑材料标准化领域委员会（ CSTM/FC03 ）提出。 本文件由中国材料与试验标准化委员会建筑材料 领域纤维增强复合材料标准化技术委员会 （CSTM/FC03/TC11 ）归口。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00818-2022 1 三维机织碳纤维预制体增强树脂基复合材料 纤维体积含量的测定 1 范围 本文件规定了三维机织碳纤维预制体增强树脂基复合材料（以下简称“复合材料）纤维体积含量测 定的术语 和定义、原理、试样制备、仪器 和材料、试验步骤、复合材料纤维体积含量计算 及判定和试验 报告等。 本文件适用于以聚合物为基体，三维机织碳纤维预制体（以下简称“预制体”）为增强材料的复合 材料。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中， 注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GB/T 7690.1 增强材料 纱线试验方法 第1部分：线密度的测定 GB/T 40724 碳纤维及其复合材料术语 GB/T 41063 —2021 玻璃纤维 密度的测定 3 术语和定义 GB/T 40724 界定的术语 和定义适用于本文件。 4 原理 根据波义耳定律，密闭气体体积的降低与压力的增加成正比。 惰性气体在室温下具有理想气体的性 质，通过对两个已知体积的仓室通入惰性气体，进行两个压力的精密测量，根据气体压力的变化来确定 样品的体积，从而得到复合材料、碳纤维、树脂 浇铸体的密度。 假设复合材料中的 碳纤维全部被树脂浸渍和填充， 则有 Vf+V r=1,复合材料的质量等于 碳纤维的质量 加上树脂的质量，由此导出纤维在复合材料中的体积含量仅与复合材料、 碳纤维和树脂的密度相关。通 过使用真密度仪测定复合材料、 碳纤维和树脂 浇铸体的密度，测得纤维在复合材料中的体积含量。 注： Vf——纤维体积含量， Vr——树脂体积含量 。 5 试样制备 5.1 碳纤维 在碳纤维丝束卷装上每隔 5m取约70g作为1个试样， 试样数量至少为 3个。经有机溶剂萃取去除上浆 剂并烘干后放入干燥器中备用。 5.2 树脂浇铸体 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00818— 2022 2 取与被测复合材料相同的树脂制作树脂浇铸体试样，按树脂的固化条件进行固化处理。制作树脂浇 铸体时，应采取抽真空等措施，尽量减少树脂浇铸体内部的气泡。推荐树脂浇铸体试样尺寸为 60mm×40mm×40mm，试样数量至少为 3个。 5.3 复合材料 在复合材料上有代表性的部位或按特定要求的部位切取无明显肉眼可见缺陷的试样， 推荐试样尺寸 不小于60mm ×40mm×原厚度 ，应在其长度和宽度方向上至少包括两个单胞尺寸，试样数量至少为 3个。 用有机溶剂去除表面油污或污渍。 5.4 试样状态调节 试验前，试样应在温度 23℃± 2℃，相对湿度 50%±10%的标准环境条件下放置至少 24h。其他条 件可由利益相关方商定，并应在报告中注明。 6 仪器和材料 6.1 分析天平 最小分度值为 0.1 mg。 6.2 真密度仪 符合 GB/T 41063 的规定。 6.3 恒温水浴 带有水循环功能，能使温度保持在 23℃±0.5℃。 6.4 气体 高纯氮气（纯度 ≥99.99%）或高纯氦气（纯度 ≥99.99%）。 7 试验步骤 7.1 碳纤维密度测定 按GB/T 41063 —2021方法 A的规定，测试 3个试样，取平均值， 记为ρf。 7.2 树脂浇铸体和复合材料密度测定 7.2.1 取一个树脂 浇铸体或复合材料试样于分析天平（ 6.1）上称取其质量，精确至 0.1mg，然后放入真 密度仪（ 6.2）的样品仓中 ，将质量数据输入真密度仪。 7.2.2 将样品仓放入 真密度仪并将样品仓密封， 调节恒温水浴 （ 6.3） 使样品仓的温度保持在 23℃±0.5℃ 。 通入气体（ 6.4）多次脉冲吹扫以去除样品仓和附加仓中的空气。 7.2.3 按真密度仪操作程序测量 树脂浇铸体或复合材料试样的密度。 7.2.4 重复 7.2.1~7.2.3 直至完成 至少 3个树脂浇铸体试样和3个复合材料试样密度 的测定，分别取平均值， 记为ρr和ρc。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00818-2022 3 8 复合材料纤维体积含量计算及判定 8.1 结果计算 按公式（ 1）计算复合材料纤维体积含量： cr f frV  „„„„„„„„（ 1） 式中： ρc——复合材料密度； ρr——树脂 浇铸体密度； ρf——碳纤维密度。 复合材料纤维体积含量设计值 的计算按附录 A的规定。 8.2 结果判定 当复合材料纤维体积含量测试 值与设计值 相差超过 4%时，应考虑复合材料内孔隙的影响，则 该测 试结果无效。 9 试验报告 试验报告应当包括下列内容： a） 本文件名称和编 号； b） 试验项目名称； c） 试样来源及批号； d） 试验结果； e） 试验数量； f） 试验人员、日期及其他； g） 试样状态的调节和时间 h） 测试试样的温度； i） 环境温度和湿度。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00818— 2022 4 附录 A （规范性） 复合材料纤维体积含量设计值计算方法 A.1 碳纤维丝束线密度测定 按GB/T 7690.1 的规定，测定去除上浆剂后碳纤维丝束的线密度 。 A.2 纱线弯曲系数测定 截取在预制体中经向和纬向每层各 20根相邻列纱线进行测试， 纱线截取长度不短于 10倍单胞长度， 测量截取前长度，并将这段长度的经纱和纬纱拉直后测量其长度，按公式（ A.1）和（A.2 ）计算各层经 纱和纬纱弯曲系数均值： 20 2 1 20 1 1=jnL K L  „„„„„„„„ （A.1） 20 2 1 20 1 1wmL K L  . „„„„„„„„ （A.2） 式中： Kjn——预制体中第 n层经纱弯曲系数； Kwm——预制体中 第m层纬纱弯曲系数； L2——自预制体上截取的各层经纱和纬纱拉直后的长度； L1——纱线在预制体中截取前的经向和纬向长度。 A.3 复合材料纤维体积含量设计值计算 按公式（ A.3）计算复合材料纤维体积含量设计值。该公式基于三维机织碳纤维预制体复合材料生 产工艺，依据碳纤维丝束线密度和机织工艺参数计算单位体积内所用碳纤维的总质量，再用碳纤维总质 量除以密度，获得碳纤维的总体积，进而获取纤维体积含量的设计值：     11 f0.0001 +j wC C j jn jn w wm wm nm fTex M K T M K T Vh       . ……（A.3） 式中： Tex——去除上浆剂后 碳纤维丝束的线密度（ g/km）； Mj——预制体中经纱 密度（根 · cm-1）； Cj——预制体中经纱层数； CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00818-2022 5 Kjn——预制体中 第n层经纱弯曲系数； Tjn——预制体中 第n层经纱规格，指丝束中单丝 根数（ k）； Mw——预制体中 纬纱密度（根 · cm-1）； Cw——预制体中纬纱层数； Kwm——预制体中 第m层纬纱弯曲系数； Twm——预制体中 第m层纬纱规格，指丝束中单丝 根数（ k）； ρf——碳纤维密度（g· cm-3）； h——复合材料的 实际厚度（ mm）。 CSTMhQÆ