测定丝束表观强度和模量的实验

1.实验目的

（1）了解万能实验机的使用方法。

（2）掌握丝束表观强度和表观模量测定方法。

2.实验原理

丝束（复丝）是一个多元体，如果直接加载拉伸，则丝束中的纤维断裂参差不齐，不容易表征其强度和模量。因此，需要将丝浸上树脂，让其黏结为一个整体，再测试其表观强度和表观模量。纤维和树脂掺杂组成的整体不是一个均匀体，该测试仅能说明丝束的基本性能。

按下式分别计算丝束的表观强度σt、表观模量E a和股强度f：式中，D为断裂载荷（N）；ρ为纤维线密度（玻璃纤维和碳纤维的线密度分别为2.55 g／cm3和1.87 g／cm3）；t为丝束的线密度，t=m／L（g／mm或g／m），L为丝束长度，m为丝束质量；A为丝束的横截面积（mm2），A=t／ρ；L 0为测试规定的标距（mm）；P为弹性变形结束时的载荷值（N）；L a为该点处丝束拉伸后的长度（mm）；ΔL为该点丝束的伸长量（mm），ΔL=L a-L 0，n为丝束中所含纱的股数。

3.实验仪器和材料

万能试验机、牛皮纸、环氧树脂及固化剂。

4.实验步骤

1）丝束试样准备

选定已知支数和股数的玻璃纤维或碳纤维，使之浸渍于常温固化的环氧树脂和固化剂的混合物（如E-51型环氧树脂100 g、丙酮20 g、二乙烯三胺10 g）中。然后将已浸树脂的丝束剪成长度为360 mm左右的试样（共10根），并排放在脱膜纸上，保证丝束有200 mm长的平直段，用夹子夹住丝束两头，并拴一小重物使丝束伸直，在两头粘上牛皮纸（30 mm）加强（见图2-2），放置8 h固化定形。

图2-2　纤维束拉伸试验试样

1—纤维束；2—脱模纸。

2）丝束基本物理性质的测定

（1）用万分之一电子天平称量丝束的质量m，用千分尺测量丝束的伸直长度L 0。

（2）将万能试验机的量程设为0～500 N，拉伸速度设为2 mm／min。(www.xing528.com)

（3）将试样上的牛皮纸加强部位夹在试验机的上下夹头处。取规定的标距（标距长度视仪器配置的应变片卡而定），精确到0.5 mm。用应变片卡或位移计和记录仪记录拉伸时的伸长量。

（4）记录每个样品的断裂载荷D和负荷变形曲线。注意断裂在夹头处的样品作废，有效试样数不能低于5个。

（5）依编号拉伸，记录每个丝束的直径、原始长度、断裂载荷、弹性变形阶段结束时a点丝束所承受的载荷和丝束此时的长度。

（6）学生可以测定一组不浸胶丝束的强度，观察断裂模式的不同。

5.实验结果

（1）将测得的丝束的质量、直径、原始长度、断裂载荷、a点载荷以及a点变形量等数据记录在表2-2中。

（2）依据式（2-3）至式（2-5）计算丝束的表观强度、表观模量以及股强度。

（3）计算丝束表观强度、表观模量以及股强度的算术平均值、标准差和离散系数。

表2-2　数据记录及计算

6.思考题

（1）分析丝束表观强度与单丝强度的区别，并用实验数据予以说明。

（2）丝束浸胶和不浸胶在拉伸实验中有什么不同现象？对数据分散性有何影响？