聲速模量法

用聲速法測定碳纖維生產過程中的模最變化方法簡單、方便，測定準確、快速，還不破壞樣品。可以藉此來確定氧化和碳化條件，而且可以實現連續化生產中線上監控預氧化程度和檢查碳化質量，以利於進行科學化生產，穩定碳纖維質量。用此方法還可以協助選擇原絲配方和最佳工藝條件以及進行機理性研究工作。

基本介紹

• 中文名：聲速模量法
• 外文名：Sound velocity modulus method
• 一級學科：工程技術
• 二級學科：紡織學
• 原理：聲速法
• 作用：計算材料的取向度和模量

簡介

國內碳纖維的生產發展很快，質量不穩定是個關鍵性的問題，所以在生產過程中，線上實時進行質量監控和檢測成為迫切需要解決的課題。一般是在生產過程中或生產結束後抽樣進行測定，測試方法麻煩，費時間，不能及時反應問題，而且還影響連續化生產。文獻中曾試圖用.碳纖維生產過程中密度的變化進行檢測，但這種方法不能用於線上監控。

由於模量是碳纖維質量的重要標誌，也是檢測的重要指標，採用聲速法測定模量，可以實時觀測碳纖維生產過程中的結構變化，以利於確定最佳工藝條件，制出優質碳纖維，也有助於研究碳纖維的製造過程及其機理。

測量原理

聲速法是通過對聲波在材料中傳播速度的測定，來計算材料的取向度和模量的。其原理是由於纖維材料中大分子鏈取向而導致聲波傳播的各向異性。在理想的取向情況下，在聲波沿纖維軸方向傳播時，其傳播方向與纖維大分子鏈平行，此時聲波是通過大分子內的主價鍵的振動傳播的，其聲速值最大。而當聲波傳播方向與纖維分子鏈垂直時，依靠大分子間次價鍵的振動而傳播，此時聲速最小。實際上大分子鍵總不是沿纖維軸成理想的取向襖態，因此各種纖維的實際聲速值總是小於理想的聲速值。圖為聲波在纖維中傳播的示意圖。

聲波在纖維中傳播

聲速測定儀

聲速測定儀包括樣品支架和電氣控制箱兩部分組成。圖為樣品支架示意圖。樣品支架的兩端分別裝有發射晶體和接收晶體換能器，被測纖維試樣的一端被固定夾持，另一端通過小滑輪掛一個夾持法碼，形成一定的張力，然後將試樣輕輕地放在發射晶體和接收晶體換能器上，使其接觸良好。接收晶體換能器可通過直流電機的轉動以改變測試距離。

樣品支架

環形振盪器輸出具有一定幅度和寬度的脈衝，分成兩路。一路經功放電路後去推動發射晶體，另一路去控制單穩電路，使之輸出寬度固定的脈衝。當試樣支架上放上纖維試樣時，由發射晶體產生的聲脈衝經試樣立即傳遞到接收晶體換能器並轉換成電信號，經放大以後來控制單穩電路，使單穩電路按照測試要求提前恢復到穩定狀態。單穩電路從進入暫態到提前恢復到穩定狀態時間T就是所測的試樣聲速值。此試樣聲速值經單片機計算處理以後，顯示和列印出來。