[发明专利]一种高导热高模量碳纤维中高温热膨胀性能测试装置

说明书

本发明公开了一种高导热高模量碳纤维中高温热膨胀性能测试装置，包括：固定平台、激光扫描位移测量仪、炉壳升降装置、炉壳、测量主体、加热炉体、被测样件和恒温基准台；其中，炉壳升降装置设置于固定平台的上部；炉壳升降装置与炉壳相连接，炉壳升降装置能够带动炉壳上下移动；激光扫描位移测量仪、炉壳和恒温基准台均设置于固定平台的上部；激光扫描位移测量仪、炉壳、测量主体、加热炉体、被测样件和恒温基准台位于炉壳升降装置内部；测量主体位于炉壳内，测量主体与加热炉体相连接；被测样件与测量主体相连接；加热炉体套于被测样件的外表面。本发明实现室温至1000℃中高温条件下对该类纤维类材料轴向线膨胀系数的精确测试。

技术领域

本发明属于纤维及丝状类材料热膨胀性能测试技术领域，尤其涉及一种高导热高模量碳纤维中高温热膨胀性能测试装置。

背景技术

中间相沥青基高导热碳纤维具有模量高、稳定性好，热导率高，热膨胀系数小、可制得零膨胀制品等突出优点。在高超声速临近空间飞行器、通信卫星等有迫切需求，成为军用关键原材料之一。由于其高度敏感性，需要集中优势力量进行专项研发。

材料的热膨胀性能反应的是其受热(冷)情况下材料尺寸的变化，一般以线膨胀系数进行表征，即与温度变化相对应的试样单位长度的长度变化。工程上为便于计算，常以平均线膨胀系数进行表征。材料的线膨胀系数具有可设计性，对于以长纤维增强的复合材料，其复合材料的线膨胀系数与各自组分的线膨胀系数、体积百分比及纤维与测量方法的夹角有关。

由于中间相沥青基高导热碳纤维的热膨胀系数小、可设计制得零膨胀的复合材料制品，但必须输入这一类材料的线膨胀系数才能进行设计，因此其不同温度的线膨胀系数测试不缺缺少，是其中关键的一项性能指标。

中间相沥青基高导热碳纤维有别于聚丙烯晴基和石墨基碳纤维，其模量更高，韧性更差，弯曲夹角不能小于90⁰，否则容易折断。之前为聚丙烯晴基和石墨基碳纤维建立的测试装置(专利号ZL201410217002.6)和测试标准DqES433-2009，不适用于该类高导热碳纤维。因为该专利中需要将被测碳纤维穿过支杆和顶杆孔洞，并绕两圈如图8所述，其折叠夹角不大于5⁰。该专利仅适用于聚丙烯晴基和石墨基碳纤维，对中间相沥青基高导热碳纤维将导致纤维折断，不能获得相对应的线膨胀系数测试结果。因此，为满足该类碳纤维线膨胀系数测试，需要专门开发一类适用的测试装置。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高导热高模量碳纤维中高温热膨胀性能测试装置，实现室温至1000℃中高温条件下对该类纤维类材料轴向线膨胀系数的精确测试。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种高导热高模量碳纤维中高温热膨胀性能测试装置，包括：固定平台、激光扫描位移测量仪、炉壳升降装置、炉壳、测量主体、加热炉体、被测样件和恒温基准台；其中，所述炉壳升降装置设置于所述固定平台的上部；所述炉壳升降装置与所述炉壳相连接，所述炉壳升降装置能够带动所述炉壳上下移动；所述激光扫描位移测量仪、所述炉壳和恒温基准台均设置于所述固定平台的上部；激光扫描位移测量仪、炉壳、测量主体、加热炉体、被测样件和恒温基准台位于炉壳升降装置内部；所述测量主体位于所述炉壳内，所述测量主体与所述加热炉体相连接；所述被测样件与所述测量主体相连接；所述加热炉体套于所述被测样件的外表面。

上述高导热高模量碳纤维中高温热膨胀性能测试装置中，所述固定平台的下端面分别焊接1个抽真空管接头、1个不少于10芯的航空密封接头、2个水冷电极、1个充放气管接头和循环恒温冷却水进出接头；其中，真空管接头的直径为25mm，真空管接头通过抽真空用橡胶软管与外部的机械泵连接；2个水冷电极外接220V,电流不大于15A的电源；充放气管接头与外部的放气阀相连接。

上述高导热高模量碳纤维中高温热膨胀性能测试装置中，所述激光扫描位移测量仪包括激光发射装置、激光接受装置和数据处理与控制仪表；其中，激光发射装置和激光接受装置分别置于炉壳的两侧，并通过螺钉固定于固定平台上。