[发明专利]一种测定碳纤维体积电阻率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于碳纤维体积电阻率的测量方法，属于分析测试的技术领域。

背景技术

碳纤维具有高比强度、高比模量、耐热、耐腐蚀、导电等一系列优良性能，是一种具 有高力学性能的增强材料，在20世纪90年代中期以前，航天、航空工业与体育休闲领域一直 是高性能碳纤维的主要市场。在高速工业化的背景下，碳纤维开始深入应用到工业领域的 核心，替代金属和混凝土材料等来满足环保、安全、节能等要求。例如在土木工程和建筑领 域，碳纤维在抗震修补和增强措施中使用。在高速公路建设中，采用碳纤维增强材料给高速 公路“强筋健体”。深海勘探、风力发电、机器部件、医疗器械、家用电器及半导体相关设备等 都需要用碳纤维复合材料来增加强度、防静电、电磁波。碳纤维复合材料在汽车领域用做车 身以及刹车片、传动轴和燃料箱材料及环保汽车用的压缩天然气气瓶等，使汽车的安全性 实现飞跃。碳纤维产品价格昂贵，一旦材料失效，会造成重大经济损失，因此碳纤维产品结 构与性能的准确检测，对于碳纤维产品的质量管理和安全应用都非常重要。体积电阻率是 碳纤维一项重要性能指标，提高碳纤维体积电阻率的测量准确度，对碳纤维的安全使用具 有重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于碳纤维体积电阻率的测 量方法，使用交流阻抗技术，以碳纤维单丝为测试样品，消除了束丝样品测试时毛丝、断丝 等导致的测试误差。该方法具有可操作性强，测试精度高等优点。

本发明采用如下技术方案，一种用于碳纤维体积电阻率的测量方法，包括如下步 骤:

（1）样品制备：将碳纤维单丝用导电胶固定在样品架上，所述样品架由绝缘板和电极组 成，绝缘板中间开一小孔，单丝两端用导电胶固定，然后干燥、固化；

（2）测定碳纤维单丝的直径D；

（3）使用交流阻抗仪在0.1Hz-100KHz频率范围内、2-10mV交流扰动电压下测定，得到 样品的电阻R；

（4）通过如下公式计算出纤维的体积电阻率ρ：,式中L为碳纤维单丝的有效长度，D为碳纤维单丝的直径。

在本发明的一个优选的实施方式中，绝缘板中间小孔的孔径2.5mm-5mm，绝缘板是 纸板或塑料板，厚度0.1-1mm；电极使用铜箔，厚度0.1-0.05mm；碳纤维单丝的有效长度控制 在20-30mm,导电胶的体积电阻率小于1*10^-4Ω·cm。

在本发明的一个优选的实施方式中，碳纤维单丝的直径D采用光学显微镜测定，碳 纤维单丝的有效长度采用精度0.5mm的尺子测量。

本发明使用的专用样品架是针对碳纤维单丝比较脆、容易断裂的特点设计的，现 有碳纤维单丝测试的样品框架通常如图1所示，单丝样品完全悬空放在框架上，操作过程中 纤维容易断裂，本发明中将样品架中间的开孔减少到孔径2.5mm-5mm，减少了在后续操作过 程中纤维断裂的可能性，又不影响光学显微镜对纤维直径的测试。本发明的样品架的铜箔 电极与绝缘板之间采用胶粘剂固定。

制备样品时，固定单丝纤维的导电胶的电阻率小于1*10^-4Ω·cm，避免导电胶本身 电阻过大导致测试误差。纤维样品的有效长度L采用精度0.5mm的尺子测量。纤维样品的有 效长度控制在20-30mm，这样的范围利于操作，有效长度是指样品框架上导电胶之间的纤维 长度（如图3所示）。使用交流阻抗仪测量电阻时，交流扰动电压信号选定在2-10mv,频率范 围0.1Hz-100KHz，在此频率范围内采集数据比较稳定，可以采集20-30个数据点，在 Nyquist图中取其低频区虚部阻抗近似为零的数据点的平均值作为样品的电阻R，通过公式 计算出样品电阻率ρ。

与现有技术相比，本发明提出的以碳纤维单丝为测试样品、采用交流阻抗技术测 试碳纤维电阻的方法，消除了束丝样品中断丝、毛丝带来的测试误差，专用样品架的使用减 少了纤维单丝在操作过程中的断裂可能性，同时交流阻抗仪也具有更高的测试精度。

附图说明

图1现有碳纤维单丝样品架；

图2本发明的样品架；

图3本发明的固定有单丝样品的样品。

具体实施方式