由于碳纖維為束絲狀纖維，一束碳纖維往往由數(shù)千根甚至上萬根單絲組成，因此碳纖維的拉伸性能測試方法包括兩種：復(fù)絲拉伸和單絲拉伸。本文主要介紹了碳纖維單絲拉伸方法及主要設(shè)備。

 

　　碳纖維單絲拉伸強度的實驗測試與通常的力學(xué)拉伸強度實驗方法不同，因其脆性的物理特性使得很難通過采用試驗機夾頭進行夾持纖維單絲，此外通過直接夾持測試其拉伸強度亦會對碳纖維造成一定的傷害，這常使得實驗的斷裂模式常發(fā)生在夾持處，造成了實驗結(jié)果的失效。

 

　　碳纖維單絲拉伸強度檢測過程分為：分絲、固定片加固、檢測三個步驟，第一步分絲過程比較麻煩，纖維直徑僅僅幾微米，因此很難分辨是一根還是兩根，第二步將挑選后單絲在紙片上進行加固，一旦操作不慎就會導(dǎo)致纖維斷裂，在最后測試過程中被測試樣的一端夾持在電子式碳纖維強力儀的上夾持器上，試樣另一端夾持在下夾持器上，采用恒定的拉伸速度拉伸試樣，直至試樣斷裂。

 

　　寧波材料所碳纖維及其復(fù)合材料團隊擁有德國FAVIMAT+型單絲纖維萬能測試儀，該裝置采用氣動夾持，半自動測試的方式，其測量綜合裝置可以測定普通化纖、高強高模芳綸、高強高模聚乙烯、碳纖維、金屬纖維、玻璃纖維、工程用短纖維等高性能纖維（拉伸強度、模量、斷裂伸長率）力學(xué)性能。

 

　　

 

　　單絲纖維萬能物性測試儀

 

　　以碳纖維單絲力學(xué)性能測試為例，對同一根碳纖維單絲的橫截面和拉伸強度的組合測量可以將力-伸長率曲線直接轉(zhuǎn)化為應(yīng)力-伸長率曲線。這是通過將每根碳纖維的單個橫截面的cN力歸一化來完成的，以在拉伸測試過程中接受以GPa表示的應(yīng)力。同樣，這些應(yīng)力-伸長率曲線的導(dǎo)數(shù)也可以直接以GPa為單位獲得，從而可以立即測量。

 

　　

 

　　使用FAVIMAT在20根碳纖維樣品上測得的最大力-伸長率，應(yīng)力-伸長率和模量

 

　　通過上述設(shè)備還可利用振法測定纖維線密度，可直接顯示線密度單值、平均值和變異系數(shù)。在線密度測試時，儀器會在確定的張力和振蕩長度下自動確定基本橫向振蕩的共振頻率。鑒于被測材料的密度，可以容易地確定有效橫截面，其精度通常比通過光學(xué)手段確定的精度更好。可以將測量原理擴展到完整的振動分析，以便確定其他參數(shù)，例如彎曲剛度。

 

　　作為一種通用測試儀，F(xiàn)AVIMAT+型單絲纖維萬能測試儀適用于所有類型的纖維，而其優(yōu)異的長度和力分辨率（低至0.1 µN）使其成為一種有趣的測試儀器，也可用于其他應(yīng)用，例如對納米非織造布的拉伸測試。該設(shè)備測試符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16256-1996、國際標(biāo)準(zhǔn)ISO1973-1995和國際化學(xué)纖維標(biāo)準(zhǔn)化局（BISFA）的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，適用于單根纖維的線密度測定，可廣泛應(yīng)用于纖維、紡織等生產(chǎn)企業(yè)、檢驗機構(gòu)和科研單位。

 

　　

 

　　碳纖維單絲拉伸性能測試往往需要進行20根單絲甚至更多，才能獲得有效值，碳纖維由成千上萬根單絲組成，因此單絲拉伸性能很難反映碳纖維拉伸性能真實值，但單絲拉伸性能測試后可以通過單絲強度分度區(qū)間對纖維離散性進行綜合分析。