TCSTM00818--2022三维机织碳纤维预制体增强树脂基复合材料纤维体积含量的测定

ICS83.120

CCSQ23

团体标准

T/CSTM00818—2022

三维机织碳纤维预制体增强树脂基复合材料纤维

体积含量的测定

Threedimensionalwovencarbonfiberpreformreinforcedresinmatrix

composites—Determinationoffibervolumecontent

全国团体标准信息平台

2022-12-27发布2023-03-27实施

中关村材料试验技术联盟发布

T/CSTM00818-2022

三维机织碳纤维预制体增强树脂基复合材料纤维体积含量的测定

1范围

本文件规定了三维机织碳纤维预制体增强树脂基复合材料（以下简称“复合材料）纤维体积含量测

定的术语和定义、原理、试样制备、仪器和材料、试验步骤、复合材料纤维体积含量计算及判定和试验

报告等。

本文件适用于以聚合物为基体，三维机织碳纤维预制体（以下简称“预制体”）为增强材料的复合

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/T7690.1增强材料纱线试验方法第1部分：线密度的测定

GB/T40724碳纤维及其复合材料术语

GB/T41063—2021玻璃纤维密度的测定

3术语和定义

GB/T40724界定的术语和定义适用于本文件。

4原理

根据波义耳定律，密闭气体体积的降低与压力的增加成正比。惰性气体在室温下具有理想气体的性

质，通过对两个已知体积的仓室通入惰性气体，进行两个压力的精密测量，根据气体压力的变化来确定

样品的体积，从而得到复合材料、碳纤维、树脂浇铸体的密度。

假设复合材料中的碳纤维全部被树脂浸渍和填充，则有Vf+Vr=1,复合材料的质量等于碳纤维的质量

加上树脂的质量，由此导出纤维在复合材料中的体积含量仅与复合材料、碳纤维和树脂的密度相关。通

过使用真密度仪测定复合材料、碳纤维和树脂浇铸体的密度，测得纤维在复合材料中的体积含量。

注：Vf——纤维体积含量，Vr——树脂体积含量。

5试样制备

5.1全国团体标准信息平台碳纤维

在碳纤维丝束卷装上每隔5m取约70g作为1个试样，试样数量至少为3个。经有机溶剂萃取去除上浆

剂并烘干后放入干燥器中备用。

5.2树脂浇铸体

1

T/CSTM00818—2022

取与被测复合材料相同的树脂制作树脂浇铸体试样，按树脂的固化条件进行固化处理。制作树脂浇

铸体时，应采取抽真空等措施，尽量减少树脂浇铸体内部的气泡。推荐树脂浇铸体试样尺寸为

60mm×40mm×40mm，试样数量至少为3个。

5.3复合材料

在复合材料上有代表性的部位或按特定要求的部位切取无明显肉眼可见缺陷的试样，推荐试样尺寸

不小于60mm×40mm×原厚度，应在其长度和宽度方向上至少包括两个单胞尺寸，试样数量至少为3个。

用有机溶剂去除表面油污或污渍。

5.4试样状态调节

试验前，试样应在温度23℃±2℃，相对湿度50%±10%的标准环境条件下放置至少24h。其他条

件可由利益相关方商定，并应在报告中注明。

6仪器和材料

6.1分析天平

最小分度值为0.1mg。

6.2真密度仪

符合GB/T41063的规定。

6.3恒温水浴

带有水循环功能，能使温度保持在23℃±0.5℃。

6.4气体

高纯氮气（纯度≥99.99%）或高纯氦气（纯度≥99.99%）。

7试验步骤

7.1碳纤维密度测定

按GB/T41063—2021方法A的规定，测试3个试样，取平均值，记为ρf。

7.2树脂浇铸体和复合材料密度测定

7.2.1取一个树脂浇铸体或复合材料试样于分析天平（6.1）上称取其质量，精确至0.1mg，然后放入真

密度仪（6.2）的样品仓中，将质量数据输入真密度仪。

7.2.2将样品仓放入真密度仪并将样品仓密封，调节恒温水浴（6.3）使样品仓的温度保持在23℃±0.5℃。

通入气体（全国团体标准信息平台6.4）多次脉冲吹扫以去除样品仓和附加仓中的空气。

7.2.3按真密度仪操作程序测量树脂浇铸体或复合材料试样的密度。

7.2.4重复7.2.1~7.2.3直至完成至少3个树脂浇铸体试样和3个复合材料试样密度的测定，分别取平均值，

记为ρr和ρc。

2

T/CSTM00818-2022

8复合材料纤维体积含量计算及判定

8.1结果计算

按公式（1）计算复合材料纤维体积含量：

cr

Vf„„„„„„„„（1）

fr

式中：

ρc——复合材料密度；

ρr——树脂浇铸体密度；

ρf——碳纤维密度。

复合材料纤维体积含量设计值的计算按附录A的规定。

8.2结果判定

当复合材料纤维体积含量测试值与设计值相差超过4%时，应考虑复合材料内孔隙的影响，则该测

试结果无效。

9试验报告

试验报告应当包括下列内容：

a）本文件名称和编号；

b）试验项目名称；

c）试样来源及批号；

d）试验结果；

e）试验数量；

f）试验人员、日期及其他；

g）试样状态的调节和时间

h）测试试样的温度；

i）环境温度和湿度。

全国团体标准信息平台

3

T/CSTM00818—2022

附录A

（规范性）

复合材料纤维体积含量设计值计算方法

A.1碳纤维丝束线密度测定

按GB/T7690.1的规定，测定去除上浆剂后碳纤维丝束的线密度。

A.2纱线弯曲系数测定

截取在预制体中经向和纬向每层各20根相邻列纱线进行测试，纱线截取长度不短于10倍单胞长度，

测量截取前长度，并将这段长度的经纱和纬纱拉直后测量其长度，按公式（A.1）和（A.2）计算各层经

纱和纬纱弯曲系数均值：

20

L2

1„„„„„„„„（A.1）

Kjn=20

L1

1

20

L2

1„„„„„„„„（A.2）

Kwm20.

L1

1

式中：

Kjn——预制体中第n层经纱弯曲系数；

Kwm——预制体中第m层纬纱弯曲系数；

L2——自预制体上截取的各层经纱和纬纱拉直后的长度；

L1——纱线在预制体中截取前的经向和纬向长度。

A.3复合材料纤维体积含量设计值计算

按公式（A.3）计算复合材料纤维体积含量设计值。该公式基于三维机织碳纤维预制体复合材料生

产工艺，依据碳纤维丝束线密度和机织工艺参数计算单位体积内所用碳纤维的总质量，再用碳纤维总质

量除以密度，获得碳纤维的总体积，进而获取纤维体积含量的设计值：

C

jCw

0.0001TexMjKjnTjn+MwKwmTwm

nm11

Vf.……（A.3）

fh

式中：全国团体标准信息平台

Tex——去除上浆剂后碳纤维丝束的线密度（g/km）；

-1

Mj——预制体中经纱密度（根·cm）；

Cj——预制体中经纱层数；

4

T/CSTM00818-2022

Kjn——预制体中第n层经纱弯曲系数；

Tjn——预制体中第n层经纱规格，指丝束中单丝根数（k）；

-1

Mw——预制体中纬纱密度（根·cm）；

Cw——预制体中纬纱层数；

Kwm——预制体中第m层纬纱弯曲系数；

Twm——