[发明专利]碳纤维复合材料各向异性电导率及层间接触电阻率的测试方法

摘要

本发明公开一种碳纤维复合材料各向异性及层间接触电阻率的测试方法，包括制备碳纤维预浸料固化片、测试电极选取、去除温度和湿度影响、获取各向异性电导率及层间接触电阻率。本发明基于阻抗测量原理，采用频率扫描法，测量单层碳纤维预浸料固化片三个方向电阻值，并由电阻计算公式求得试件三个方向电阻率，结合坐标变化法推导出单向连续长纤维复合材料的电导率张量。根据碳纤维层合板的结构特点，结合隧道效应和电容耦合，确定厚度方向上的电流路径，并建立层合板厚度上的串联电路模型。根据所建电路模型，利用欧姆定律计算不同铺层板的层间接触电阻率。该测试方法有助于实现对碳纤维复合材料电学行为的系统分析和表征。

主权项

一种碳纤维复合材料各向异性电导率及层间接触电阻率的测试方法，其特征在于：具体步骤包括：步骤一：预浸料试样裁剪，将预浸料按照所需的形状和尺寸以及纤维的铺设方向进行裁剪；步骤二：预浸料固化片及层合板的制备，碳纤维预浸料固化片和碳纤维预浸料层合板的制作均采用预浸料铺层工艺，利用底板、脱模布、吸胶层和盖板将预浸料试样加在当中，在成型和固化时要从外界施加压力，以排除预浸料层间截留的空气并压实层叠件；步骤三：测试电极的选取及制备，根据碳纤维预浸料固化片和层合板的结构，结合碳纤维复合材料的导电特性，制备合适的试样测试电极，并确定测试电极的有效测量尺寸，试样的有效测量参数包括两电极间的有效长度L和截面积A；步骤四：去除温度和湿度的影响，对步骤一到四制作的所有测试件均放置于60℃的烘箱中干燥2±0.5小时，测试过程均在常温和非湿热环境下完成；步骤五：各向异性电阻的测量，采用阻抗分析仪和频率点扫描方式分别测量沿纤维方向、纤维横向和试件厚度方向的电阻Rx、Ry和Rz，根据测量对象的电极布置方式选取合适的测量夹具；步骤六：电导率张量的获取，根据步骤五中三个方向电阻值Rx、Ry和Rz，通过电阻计算公式：R＝ρL/A，计算三个方向的电导率σx、σy和σz，并通过坐标旋转法，建立单向连续长纤维复合材料在偏轴坐标系下的电导率关系：σ^=σxcos2θ+σysin2θσx-σy2sin2θ0σx-σy2sin2θσxsin2θ+σycos2θ000σz;]]>步骤七：层合板厚度方向上的电阻测试，根据步骤一到四，利用阻抗分析仪和频率点扫描方式测量不同铺层碳纤维层合结构在厚度方向的电阻值R′z；步骤八：获取层间接触电阻率，根据步骤六、七测得的电阻值，由串联电路模型得出层间接触电阻Rc与厚度方向电阻Rz和R′z之间的关系：Rc＝R′z‑2Rz，利用求得的接触电阻值Rc和测量的有效接触面积S，计算出层间接触面接触电阻率ρc：ρc＝Rc×S。