ICS 81.060.30 CCS Q 30 团 体 标 准 T/CSTM 00443—2023 单根纤维拉伸性能测试方法 天平法 Test method of the tensile properties of single fiber —Balance meth od 2023-03-17发布 2023-06-17 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 00443— 2023 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》 ， GB/T 20001.4 《标准编写规则 第4部分：试验方法标准》的规定起草。 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 领域工业陶瓷标准化技术委员会 （ CSTM/FC03/TC14 ） 归口。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00443— 2023 II 引 言 本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时，可能涉及到ZL 201010604504.6 相关的专利的使用。 本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。 该专利持有人已向本文件的发布机构承诺，他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下，就 专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备。相关信息可以通过以下联系方式 获得： 专利持有人 姓名：包亦望、李坤明、邱岩等。 地址：北京市朝阳区管庄东里一号。 请注意除上述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00443— 2023 1 单根纤维拉伸性能测试方法 天平法 重要提示：使用本文件 的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问 题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。 1 范围 本文件规定了利用高精度天平称量载荷法逐步增加压缩载荷测试单根纤维拉伸 弹性模量的原理、 仪 器、样品制备、试验步骤、结果与计算和试验报告等内容。 本文件适用于单根纤维的弹性模量和拉伸强度的测试，包括金属或陶瓷纤维等纤维状材料。 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 26497 电子天平 GB/T 31290 碳纤维 单丝拉伸性能的测定 3 术语和定义 本文件没有需要界定的术语和定义。 4 原理 利用压缩加载装置对纤维形成单向拉伸应力，通过电子天平获得载荷增量值，利用显微视频图片获 得纤维伸长变形，根据纤维的截面积，得到相应的应力应变，计算得到纤维的拉伸弹性模量。当加载到 纤维断裂时，通过天平的保留峰值功能确定断裂载荷，依此计算出纤维的拉伸断裂强度。 5 仪器 5.1 电子天平 电子天平的精度不低于 0.1 mg，有保留峰值功能，符合 GB/T 26497 的要求。 5.2 加载装置 加载装置可以均匀加载，可以是自动加载或手动加载。夹具应保证样品能够垂直放置，且与其它部 件不接触，如图 1中所示。 5.3 夹具 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00443— 2023 2 纤维拉伸夹具如图 1所示。一个门形支架，中间有一开槽，开槽内侧贴有方格纸。 5.4 变形测量系统 纤维变形采用光学图像分析系统测量。用 50倍或者更高倍率镜头采集图像，镜头视野要覆盖纤维 的标距段。图像 分析系统可以测量 纤维变形量 ，精度与分辨率 不低于 1 μm。 5.5 显微镜 显微镜的放大倍率不低于 100倍，用于 准确测量纤维 横截面尺寸，精度不低于 1 μm。 标引序号说明： 1——加载装置； 2——滑块； 3——试样； 4——支架； 5——天平； 6——方格纸。 图1 纤维拉伸试验夹具及天平示意图 6 样品制备 6.1 取样 在长纤维上截取 100 mm~150 mm长的纤维，取不少于 3个样品，样品不得弯曲或扭转缠绕。 6.2 制样及设备 6.2.1 取一根纤维样品，放置在平整的方格纸上，纤维与方格纸上的某一根线重合或平行，两端用胶 带粘住。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00443— 2023 3 标引序号说明： 1——轻质刚性三角板； 2——试样； 3——标记点（ l=50 mm）。 图2 纤维固定示意图 6.2.2 在纤维中间部分，分别取两标距点，用少量胶水将细发丝垂直粘在纤维上，作为标记，然后剪 去多余部分。标记间距即为标距，标距一般取 50 mm，如图 2所示。 6.2.3 将纤维两端用 502胶水或其它胶黏剂分别粘在刚性等边三角板夹板上， 纤维应通过三角板顶角， 同时用相同的三角板盖住纤维，将纤维夹在中间，如图 2所示。（参见 GB/T 31290 碳纤维 单丝拉伸性 能的测定） 7 试验步骤 7.1 测量试样尺寸 试验前应检查试样 是否符合测试要求。将试样垂直放置，调整显微镜至合适的倍率，测试试样横截 面的直径或者长度和宽度，精度不低于 1 μm。 7.2 安装试样 7.2.1 称量下面的三角板和滑块的质量，作为初始载荷，可以将试样拉直。 7.2.2 按第5章将试样固定在刚性三角板中间。剪断连接的方格纸，再将试样垂直挂在夹具框架中央， 滑块三角槽轻轻顶住纤维的下方三角板，将拉直试样，检查试样，保证其与四周无接触。 7.3 测试 7.3.1 将天平放置在加载底座上，托盘中心与加载压头对齐。 7.3.2 调整天平水平，将装有试样的夹具平稳放置在天平中间，夹具受力位置与加载装置压头对准， 将天平读数清零。 7.3.3 将变形测量光学系统安装在可以调节前后和水平位置的平台上，放置在纤维正对面，调节位置 使图像可以覆盖试样的标距段。 7.3.4 加载前，采集一张图像。通过图像测量软件确定标记点与背景方格纸的相对位置，并分别测量 标记点与参照点的距离。 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00443— 2023 4 标引序号说明： 1——标记原始位置； 2——拉伸后标记位置 ; a——方格纸上标记水平线； b——方格纸下标记水平线。 图3 纤维加载前后标记位置示意图 7.3.5 通过加载装置匀速加载到一定的载荷后，待天平读数稳定后 ，3s~5s内记录载荷值并采集图像， 测量得到两个标记点与各自的参照点的距离。 7.3.6 在纤维的弹性范围内重复 步骤 6.3.5，测试点不少于 5个。纤维测试过程示意图如图 3所示。 7.3.7 上端位置1与a的距离记为 d1上，上端 2与a的距离记为和 d2上；下端位置 1与b的距离记为 d1下下端位置 2与b的距离记为 d2下，每次加载后变形量 dL按公式（１）计算 ： dL=d1上+d2下-d1下-d2上…………………………………… （1） 8 结果与计算 8.1 拉伸弹性模量按公式（ 2）计算： LdLS // FE ………………………………………… （2） 式中： E——弹性模量 ，单位为兆帕（ MPa）； F——加载载荷，单位为牛顿（ N）； S——试样截面积，单位为平方毫米（ mm2）； dL——试样伸长量，单位为毫米（ mm）； L——试样标距长度，单位为毫米（ mm）。 8.2 断裂强度计算 在弹性模量测试完后，均匀加载直到纤维断裂，记录下断裂时刻的临界载荷加上滑块自重，按照公 CSTMhQÆSÑ^Ou( 全国团体标准信息平台 T/CSTM 00443— 2023 5 式（3）计算强度。 f /PS …………………………………………… （3） 式中： f ——纤维的拉伸强度 ，单位为兆帕 （MPa）； P——纤维断裂时刻受到的最大载荷 ，单位为牛顿 （N） ， （临界载荷 +滑块自重） 。 9 试验报告 试验报告应当包括下列内容： a) 试验项目名称和执行标准文件号； b) 测试机构的名称、报告编号； c) 试样材料类型和批次； d) 试样名称、型 式、尺寸、数量和编号； e) 试验设备及仪器仪表型号、量程及使用情况； f) 弹性模量和强度的有效结果、算术平均值、标准偏差及离散系数； g) 试验人员、试验日期及其他 。 CSTMhQÆSÑ^O