连续碳纤维单丝的应变电阻效应

应 力作 用 下 是 减 小 的 。 另 外 连 续 碳 纤 维 受 拉 时 ， 电 其
２ 实 验
２ １ 试 样 制 备 ．
阻的变化 由纤维 几何 尺 寸 及 电 阻率 的 变 化 引起 ， 主 但
要 是 由 几 何 尺 寸 的 变 化 而 引 起 的 。 同 时 ， 试 了连 续 测
的价 格高 ， 先进 结构 复 合 材 料 还 都 是选 用 连 续 碳 纤 维 作 为增强材 料［ 。 ５ ］
多年来 ， 国内外许 多学 者 对 碳 纤 维 的力 学 性 能 及 碳纤 维增 强 复 合材 料 的性 能 进 行 了研 究 ［ ， 有 关 ５ 但 ］ 连续碳 纤维本 身 的功 能特性 讨论 的却 不 多 。本 文研 究
５ ４ Ｍｃｏ ｅｔｒＭ 料试 验 机 上 ， 断菱 形 孔 洞 边缘 ８ ８ ｒ Ｔ ｓｅＴ 材 剪
连 接处 ， 碳纤 维 单 丝 施 加 拉 力直 至其 断裂 。用 位移 对 控 制 ， 载 速率 ０ ０ ｍｍ／ ｎ 试 验机 夹 头与试样 之 间 加 ．５ ｍｉ ， 用 聚脂 薄膜 隔 开 。用 ｋ ｉ ｌｙ２ ０ ｅｔ ｅ ４ ０数 字 源表 向试 样 ｈ 供 电， 恒 定 电 流 １ 通 Ａ， ｋ ｉ ｌ ７ ０数据 采集 系 用 ｅｔ ｅ ２ ０ ｈｙ
用 粘胶 粘贴 在载 体纸 中部 ， 同时 ， 银粉 导 电胶将 ４根 用 单 股铜 线粘 在碳 纤维 单丝 上 ， 为 ４个 电极 ， 图 １ 作 如 所
示 。
强度 、 高模量 、 高 温 、 腐 蚀 、 疲 劳 、 蠕 变 、 电 、 耐 耐 耐 抗 导
传热 、 密度小 、 量轻 等 特 性 的纤 维 材 料 ， 典 型 的 高 质 属
能材料 。 究 了连 续 碳 纤 维单 丝 的应 变 电 阻 效应 ， 研 分
析 了在 拉 应 力 作 用 下 其 电 阻 率 的 变 化 规 律 。 结 果 表
明 ： 续碳 纤维 单 丝 的 电 阻应 变 灵 敏 系数 为 １ ３ ， 连 ． ８ 比 常 用 电 阻应 变 片 的 要 低 ， 因 是 碳 纤 维 的 电 阻 率 在 拉 原
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助
财
斟
２０ 年第３ ３ 卷 ０８ 期（９ ）
连 续 碳 纤 维 单 丝 的 应 变 电 阻 效 应
郑 立 霞 ， 卓球 ， 显辉 ， 泳 李 宋 吕
（ 武汉 理 工大学 理 学 院 ， 湖北 武 汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 碳 纤 维是 一 种 十 分 重 要 的新 型 材 料 ， 先 进 是
２ １ １ 原 材 料 ．．
上海碳 素 有 限公 司 生 产 的 聚丙 烯 腈 （ ＡＮ） 碳 Ｐ 基 纤维（ 单丝 直径 ７ ｍ， 碳 量 ９ ） 载体 纸 ， 含 ３ ， 本地 产 多
股铜 芯线 ， 一般 粘胶 剂 ， 银粉 导 电胶 。 。 关键词 ： 连续 碳纤维 ； 变 ； 应 电阻 ； 灵敏 系数 中图分 类号 ： Ｔ ３ Ｂ２ 文献标 识码 ： Ａ
了连续碳 纤维 单 丝 的应 变 电 阻 效应 ， 对 其 电 阻率 的 并 变化 情况 进行 了分 析 ， 试 了连 续碳 纤 维 单 丝 的力 学 测 性能 ， 以期 获 得具 有 功 能 特 性 的连 续碳 纤 维增 强 复 合
材料 。
复 合 材 料 中最 重 要 的 增 强 材 料 之 一 ， 时 又 是 一 种 功 同
图 １ 试 样 结构及 测试 示 意 图
Ｆｇ １ ｉ Ｔｈ ｔ ｕ ｔ ｒ ｏ ｔ ｅ ｐ ｃｍｅ ｓ ｎ ｔ ｓ ｉ ｇ ｅ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｆ ｈ ｓ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｅ ｔ ｎ ｓ ｈ ｍ ａ ｉ ｉｇ ａ ｃ ｅ ｔ ｄ ａ ｒ ｍ ｃ
混 凝 土作 为土 木 结构 的修 补 材 料 ， 修 补 加 固破 损 结 在 构的 同时 ， 还可 利用 碳 纤 维 增 强 混 凝 土 的 压敏 性 长 期 在 线动态监 测 结构 的修 补 质 量 ； 纤 维增 强混 凝 土 作 碳 为路 面材料 可起融 雪化 冰 的作 用 等［ 。在 这些 功 能材 ４ ］
料中， 碳纤 维都是 以不 连续 形 式 （ 纤 维 长 度 一般 为 ５ 碳 １ ｍｍ） 在 的 ， ０ 存 而作 为增 强材 料 ， 连续碳 纤维 比短 切 碳纤 维有效 得 多 ， 以尽 管 连 续 碳纤 维 比短 切 碳 纤 维 所
～
２ ２ 测试 ．
将 试 样 中 的 载 体 纸 的 两 端 装 夹 在 Ｉｓｒｎ ｎ ｔｏ
技术产 品 ， 先进 复 合 材 料 中 最重 要 的结 构 增 强 材 料 是 之一 ， 如高性 能碳 纤 维增 强 聚 合 物基 复 合 材 料 用 于 飞
机上 ， 以减 轻飞 机 自重 ， 到 节 约燃 料 的 目的 ， 此 可 达 因 世界 各 国对发 展碳纤 维 都 给 予高 度 重 视［ 。碳 纤 维 １ 卅］ 增强 复合材料 已广泛 应用 于 宇航 、 体育 用 品 、 医疗 器 械 领域 、 工业领 域 、 交通 运输 领域 及 土木建 筑 领域 。 同时碳纤 维还 是一 种功 能材 料 ， 其作 为 导 电 相 将 适 量地 掺人混凝 土或 树脂 基体 中 ， 就能 得 到具 有传 感 、 屏 蔽或 电致发 热特性 的功 能材 料 ［ 。采 用 碳纤 维增 强 ３ ］
文 章 编 号 ：０ １９ ３ （０ ８ ０ — ４ ００ １ ０ －７ １ ２ ０ ） ３０ ４ —３
将 载体 纸 裁 成 ２ ｍｍ ×８ ｍｍ 长 条 ， 在 其 中 部 ０ ０ 并
１ 引 言
碳纤维 是 ２ Ｏ世纪 ６ Ｏ年 代发 展起 来 的一 种 具有 高
挖 出两 对角 线分 别长 ７和 １ ｍｍ 的菱 形孔 洞 ， Ｐ ７ 从 ＡＮ 基 碳纤 维束 中分 出长 ５ ｍｍ 左右 碳 纤维单 丝 ， 将其 ０ 并