第三次碳纤维拉伸 试验报告

第三次碳纤维拉伸 试验报告

指导老师 试验成员

一、试验目的

1.测试改良后的碳纤维管与铝接头的胶接工艺稳定性。

2.测试不同长度的胶接段对拉断力的影响。

3.测试新胶水DP490，积累数据与经验。

二、试件工艺

1.采用3K直纹碳纤维管22mm*1mm

2.胶接段长度：三件为25mm，第四件为30mm，第五件为35mm

3.胶接间隙0.15mm

4.接头做喷砂处理

5.碳纤维管内壁用丙酮清洗

6.管内壁用砂纸打磨

7.使用直径0.15mm的铁丝保证同轴度

8.管内壁与接头均涂胶

9.使用通气孔，φ2mm，直接打在碳纤维管中间

10.有一件长度为25mm的接头使用DP490胶水，其余4件仍沿用DP460

三、试验原理

1、接头的材料我们采用7075铝，其伸长率为5％，接头最小接合面长度25mm，所以最大

应变量为2.5mm。应变速率根据铝的弹性模量决定为

符合标准6~60， 《GB+T288 2008金属材料室温下拉伸试验方法》。

2、我们制作5根试样，接头插入碳纤维管中，其配合间隙均为0.15mm，连接使用3M公司

进口DP460高强度结构胶，其24°C时抗剪切强度为4650psi（32.06MPa）。

3、结合面长度。因为根据《工程结构的胶接技术》，双搭接头两端受力大，中间段受力较小

或基本为零，有效结合面大约在15mm。考虑到胶水和粘接形式的不同，适当扩大长度，5件试样中三件为25mm，一件30mm，一件35mm。

6、试验过程静力加载最大值为5吨。依据是，如果是按15mm等效粘接长度来计算，DP460

所能承受的最大拉力为

约合3.1吨。

胶水受力形式为两端承受不同方向的非线性剪切力（以抛物线代替）。接头使用7075铝，屈服强度445Mpa，抗拉强度508Mpa，所能承受的最大拉力为

约为16.3吨。

因为F2>F1，所以接头安全，碳纤维管抗拉能力不确定，根据经验远大于接头与胶水。又因为胶水能承受的最大拉力仅3.1吨，故可以使用10T的万能试验机。

四、试验设备

1.10t万能试验机

2.拉伸试样5件

五、试验步骤

1.调整试验机的参数，并选用合适的夹头

2.在电脑上设置试验参数

3.安装试件，先上后下（上夹头是活动的），且试件要对中，使受的力从试件中心线贯穿，

避免偏心拉伸引起误差

4.进行拉伸试验，加载速度2mm/min，最大载荷5t

5.得出性能曲线，进行数据处理

六、试验结果

试样1

试样2

试样3

试样4

试样5

试样编号 胶接长度（mm） 拉断力（kN）破坏发生段 结论

1 25 3.54 胶接面分离(DP490)拉断力不足，失败

2 25 10.66 胶接面分离 成功

3 25 17.61 胶接面分离 成功

4 30 37.33 碳管通气孔处拉断成功

5 35 17.08 胶接面分离 成功

七、试验小结

这一次试验基本上获得了成功，除去第一件试样因为采用了新胶水DP490，其余4件试样的拉断力均达到了我们的预期值10kN。但是我们仍然需要分析其中的成功与不足之处： 胶接间隙。第一次试验失败的主要原因，我们认为是胶接间隙过小（0.05mm），接合面上出现了胶水未涂满的情况（空鼓），影响胶结强度。而这一次我们参考了国外经验，采用0.15mm的间隙，试验的结果验证了我们的方案是正确的。

DP490的问题。此次测试的新胶水DP490，结果未能成功。观察接头后我们发现，尽管胶接间隙达0.15mm，还是出现了很多空鼓，这可能是拉断力不够的主要原因。我们在涂胶时发现，该胶水粘稠度明显比DP460大，很难涂匀，又不易流动以填满沟槽，虽然标称性能更好，但必须使用恰当。针对此种胶水，可能需要进一步增大间隙或者更加仔细地在接头与管内壁涂抹胶水。出于现在已积累的数据与经验，我们可以沿用DP460。

胶接段长度与胶接性能。这次试验数据总体较高，但十分离散，样本也不够多没有统计意义，因此并不能获知哪个胶接长度最好。但是针对试样4，我们能够通过计算受力得到一些信息。我们假设，如果胶水受力在长度上均匀分布，则平均应力为：

但是实际上胶水在拉伸方向的的受力并不是均匀的，而可能是呈类似抛物线的U型。为了获知等效的面积有多少，我们可以反推计算：

等效面积与实际面积的比值是较大的。针对这一现象我们归纳出两个猜测：1、胶水的实际性能偶然性的超过了标称值；2、胶水在胶接长度上的受力分布情况并非完全是我们设想的样子。如果假设二成立，我们就应当考虑加长胶接长度并对此搜集资料重新进行计算。

通气孔。此次打孔于碳纤维管中间，利用过剩的管件强度来保证接头的强度及加工容易度。以后做横臂考虑在管子靠两侧打孔，方向竖直，因为横臂可能有附加弯矩，通气孔会造成应力集中，管子两头弯矩较小，而弯曲方向应当是赛车前进方向也就是水平方向。

碳纤维管品质问题。由于碳纤维管抗拉强度极高，以往试验我们基本不考虑管子拉断的情况，但此次试样4的破坏发生在碳纤维管，虽然考虑到通气孔的应力集中，但是计算下来该管子抗拉强度也仅有566MPa，实属质量不佳。以后投入实际应用时，应该购买更好的碳纤维管材，考虑斜纹。

管内壁粗糙化处理。此次对管内壁使用粗砂纸手工进行打磨，效果不明显，打磨完的手感没有可感觉到的差别。但是此工序是必要的，今后需要继续想办法，既不能过多影响管内径，又要粗糙化。另外，打磨后内壁会有很多粉尘，应用丙酮彻底清洗，以免影响胶接，此