聚丙烯腈（PAN）基碳纤维是一种以PAN原丝为前驱体，经过1000℃ 以上高温处理制得的碳含量在90%以上的无机纤维材料，因具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀等优异性能，因此是航空、航天等尖端领域不可缺少的关键战略材料，更是支撑世界高技术产业发展的重要材料。随着碳纤维在国防和工业领域应用的迅速增加，以及从T300级、T700级向T800级碳纤维的跨越，完整的性能指标、科学的表征方法成为与高性能碳纤维研制重要的配套体系，二者需紧密结合、同步发展。碳纤维表征和评价体系的发展，促进了碳纤维技术的进一步完善，加快了碳纤维的应用和推广。

碳纤维复丝拉伸性能的测试值与制样及测试条件密切相关，本研究考察了夹具类型对不同型号碳纤维拉伸性能的影响，以期探讨选择适合碳纤维复合材料的夹具类型。

1、 实验部分

1.1 原料

QZ5526级碳纤维（规格12K，线密度445g/km，体密度1.78g/cm3），QZ6026级碳纤维（规格12K，线密度485g/km，体密度1.80g/cm3）

1.2 样条的制备

按照GB/T 3362—2017要求，剪取一根长约500mm的碳纤维复丝，缠绕在复丝架上，然后浸于25℃的胶液中静置5min，采用E51环氧树脂浸渍碳纤维复丝，放入120℃电热鼓风干燥箱，固化后得到碳纤维复合材料样条。分别采用E44环氧树脂和504树脂作为加强树脂，牛皮纸、砂纸、工业纸板作为加强片粘接在碳纤维复合材料样条的两端，得到加强的碳纤维样条，用于碳纤维复丝拉伸性能测试，试样有效距离为150mm。

1.3 性能测试

1.3.1 力学性能测试

按照GB/T 3362—2017，分别采用带气动夹具和带液压夹具的万能材料试验机，对样条施加5N的载荷，然后以10mm/min的加载速率测定样条的拉伸性能。

2、 结果与讨论

2.3夹具类型对碳纤维拉伸性能的影响

修订后的GB/T 3362—2017对夹具的选用增加了新的要求，标准指出：夹具应适合于夹持纸质加强片的试样，宜采用气动夹具。为了比较夹具类型对碳纤维样条力学性能的影响，以QZ5526为研究对象，采用E44树脂作为加强树脂，牛皮纸作为加强片，分别采用带气动夹具和液压夹具的万能材料试验机对样条进行测试。

图1 夹具类型对QZ5526样条拉伸性能(a)和CV值(b)的影响

图1为夹具类型对QZ5526拉伸性能和CV（拉伸强度离散系数）值的影响。从图可以看出：采用气动夹具测得的拉伸强度比液压夹具测得的普遍偏高，并且气动夹具测得的CV值远低于液压夹具，液压夹具测得的CV值均大于6%，有的甚至高达10%。这可能是因为液压夹具的夹持力大，更加适用于金属试件或复合材料试件的测试。而碳纤维作为一种脆性材料，采用液压夹具夹持时，常常对加强部位的纤维样条造成损伤或破坏，导致拉伸过程中断裂发生在加强片内或者夹具钳口处，导致测得的拉伸强度低、CV值大。ASTM D3039《Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials》指出影响复合材料拉伸性能的影响因素之一：由于夹持引起的破坏有很高的百分比，尤其是材料数据的分散很大时，说明试件的夹持出现问题。这也更加可以确定夹具是影响碳纤维拉伸强度和CV值的一个重要因素。因此，测试碳纤维拉伸性能时建议采用气动夹具。