0 研究背景

碳纤维是国家列入加快培育和发展的战略性新兴材料，是国家短期内迫切需要取得技术突破的高性能纤维品种［1］。碳纤维浸胶纱拉伸性能作为评价碳纤维的一种重要手段，为各碳纤维生产企业和研究单位所重视。浸胶纱拉伸试验［2］是指将纱线均匀浸胶固化后，利用试验机匀速加载，直至试样断裂。拉伸试验过程中预加载的设定直接影响拉伸试验模量的测试结果，由于拉伸试验应力-应变曲线是非线性变化，计算模量的应变段取值范围亦直接影响拉伸模量的计算。相关国际、国内标准规定不一，无法协同采用。为进一步积累制修订碳纤维浸胶纱拉伸测试标准的试验数据，组织行业循环比对试验，得到测试方法的重复性和再现性，给出丰富试验方法的精密度数据显得尤为重要。通过循环比对试验可以获知试验结果的可靠性、误差范围，从而评价实验室自身测试能力［3］。

保持操作人员、机器设备、测试试样、环境条件不变的情况下获得的测试结果变化称为重复性，重复性是描述变异最小的情况。在上诉因素都不相同时获得的测试结果变化称为再现性，再现性是描述变异最大的情况。二者均用标准差来衡量。近年来国内已有相关机构研究碳纤维浸胶纱拉伸测试方法的重复性与再现性，但国际标准与国内标准仍然缺乏足够研究数据，因此进一步研究碳纤维浸胶纱拉伸试验方法意义重大。

我国碳纤维技术和产业化取得突破性进展，目前国内已实现T800级碳纤维千吨级量产［4］。因此我们选择研究T800碳纤维浸胶纱拉伸测试方法，通过对拉伸强度、拉伸模量、拉伸断裂伸长率数据的分析检验，从而获得试验方法的重复性与再现性。

新的“江海故事”仍在书写中。记者了解到，在北仑、镇海两个港区基础上，明年穿山港区的铁路支线也将开通，届时这座东方大港将再写下海铁联运新篇章。

1 研究方案

1.1 方案设计

按照GB/T6379.2-2004《确定标准测量方法的重复性与再现性的基本方法》要求［5］，组织国内碳纤维生产、应用、研究等15家单位，开展碳纤维循环比对试验，具体流程如下：

1.2.1 拉伸强度

确定试验方法→制定作业指导书→制样→组织会议→宣贯检验细则→分发试样→测试→数据汇总→一致性检验。

各实验室拉伸数据的汇总、整理、检验过程按GB / T 6379. 2的规定进行，采用图方法进行数据的一致性检验。该方法分别从实验室间和实验室内2个维度进行检验，用以描述测量方法的变异，需要用到称为曼德尔的h统计量和k统计量。h统计量描述实验室间的一致性统计量，方法是用对单元平均值的离差除以单元平均值的标准差。k统计量描述实验室内的一致性统计量。然后对 h值和k值按实验室代码顺序描点，作柱状-折线图［9］。这可以发现实验室之间的数据是否存在明显不同。

1.2.2 拉伸模量

图1 浸胶纱制样机

1.2 数据整理

试验按照GB/T 26749-2011碳纤维浸胶纱拉伸方法要求［6］，测定浸胶纱拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率。为保持测试方法一致性，规定拉伸试验一次性完成，即拉伸模量和断裂伸长率采用引伸计测量，其他测量方式，如横梁位移作为应变源、或用拉伸强度和弹性模量计算断裂伸长率所得到的测试值无效。并且统一规定拉伸模量为弦模量，计算区间应变段选用0.1%～0.6%［7］，各实验室每项需提交10个有效测试数据。

共11家实验室报出符合要求用引伸计测得的拉伸模量，原始数据见表2。其中，CF 15只报出6个有效数据，不满足数据要求，不符合检验条件，予以剔除；经一致性检验，实验室代码为 CF13的k图出界，故CF13的测试值为离群值，予以剔除。剔除离群值后，符合一致性检验的数据的h 图见图4，k图见图5。

1.2.3 拉伸断裂伸长率

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共12家实验室报出拉伸强度测试值，原始数据见表1。首次一致性检验，实验室代码为 CF 11的k图出界，再次检验CF 12的实验室h图出界，故CF 11与CF 12的测试值为离群值，予以剔除。剔除离群值后，符合一致性检验的数据的h 图见图2，k 图见图3。

表1 T800碳纤维浸胶纱拉伸强度

实验室 标准差/MPa代码 强度/MPa 平均值/MPa变异系数/%CF01 5296,5136,4963,4912,5146 4859,4845,4768,4859,4773 4956 178.3 3.6 CF05 5456,5480,5493,5530,5551 5303,5419,5351,5372,5402 5436 80.35 1.5 CF06 5413,5167,5529,5384,5278 5235,4836,5061,5114,5157 5217 198.0 3.8 CF07 5179,5070,5131,5014,4917 4937,5078,4771,4848,5086 5003 130.8 2.6 CF08 5467,5683,5420,5415,5494 5620,5579,5658,5622,5432 5539 104.4 1.9 CF09 5256,5258,5144,5415,5201 5022,5380,5050,5082,5022 5183 143.4 2.8 CF10 5559,5663,5811,5514,5387 5653,5416,5490,5594,5561 5565 125.1 2.2 CF11 4480,4633,5032,5163,4417 4973,4482,4601,4606,4599 4699* 260.0 5.5 CF12 4446,4666,4446,4366,4615 4139,4252,4303,4633,4625 4439* 175.3 3.9 CF13 5062,5155,4934,4973,5563 5024,4949,5079,4974,5191 5090 187.0 3.7 CF14 5212,5240,5497,5431,5487 5352,5342,5165,5251,5448 5342 120.7 0.02 CF15 5622,5246,5227,5662,5640 5758,5552,5406,5409,5707 5523 189.7 3.4

图2 T800碳纤维拉伸强度h图

图3 T800碳纤维拉伸强度k图

*：离群值，剔除。

循环比对试验由组织单位南京玻璃纤维研究设计院质检中心统一制样，采用机械浸胶的方式［8］，见图1，T800碳纤维纱浸胶缠绕20组纱架。每组纱架的试样数量约40根。浸胶纱树脂体系采用HEXION公司生产的环氧树脂，主剂为RIMR135，固化剂为RIMH137。所有试样制备完成后，经外观检验和树脂含量测试，保留符合GB/T 26749-2011要求的试样。采用分层抽样的方法，从一个型号的20组纱架保留的试样中随机抽取一根试样，组成20根试样为一组样本，从而保证每个实验室所获取的样品的一致性。最后随机发放至各实验室。

对异常数据的处理原则：h图和k图中的数据点超出显著性水平1%的临界值的为异常值予以剔除，数据点落在显著性水平1%～5%临界值之间的为歧离值，予以保留，落在显著性水平5%临界值以内的为正常值。只要数据点在h图和k图中有一图出界，该组数据就应剔除，并重新对余下的数据进行检验，直至所有数据符合一致性要求。

表2 T800碳纤维浸胶纱拉伸模量

*：离群值，剔除

实验室代码模量/GPa平均值/GPa标准差/GPa变异系数/%CF01 272.9,271.2,274.6,271.2,273.7 273.8,269.6,271.3,273.8,274.3 272.6 1.69 0.62 CF05 284.9,281.9,284.3,284.5,281.2 282.4,281.9,278.2,290.2,278.6 282.8 3.46 1.2 CF06 287.7,290.1,289.7,287.3,289.7 286.9,282.8,287.3,285.7,285.3 287.2 2.3 0.80 CF07 280.4,284.5,280.9,284.4,285.5 287.3,283.7,279.9,283.5,282.0 283.2 2.38 0.84 CF08 279.3,275.0,280.3,273.2,281.0 275.9,282.0,277.9,276.3,278.8 278.0 2.84 1.0 CF09 283.9,285.3,291.9,287.0,287.5 284.1,288.2,292.6,285.7,285.2 287.1 3.03 1.1 CF11 274,283,281,281,288,282,280 280,277,279,278 280 3.77 1.35 CF12 279.8,282.1,280.1,283.1,279.0 274.4,274.1,279.6,279.8,283.2 279.5 3.15 1.1 CF13 286.6,295.9,280.1,297.3,293.2 285.7,301.7,300.6,282.5,289.5 291.3* 7.5 2.6 CF14 228.3,283.0,288.8,284.3,288.6 285.3,281.9,296.4,284.2,285.2 286.0 4.34 0.02 CF15 240.8,243.8,242.4,241.0,239.4 238.1 240.7* 2.20 0.01

图4 T800碳纤维拉伸模量h图

图5 T800碳纤维拉伸模量k图

日子一天天过去，阿巴又和从前一样喜欢到沙滩上去画船了，每一次海浪把他画的船带走的时候，他都是欢欢喜喜，像是送出了珍贵的礼物。阿巴学习上并没有退步，尤其是默写，几乎全是满分……

1.2.3 其他药物 可酮替芬,或阿司咪唑、曲尼斯特等新一代H1受体拮抗剂,适用于季节性哮喘及轻症哮喘患者,也适用于β2受体激动剂不良反应者或联合应用[6]。还可采用白细胞三烯拮抗剂,如5-脂氧酶抑制剂、半胱氨酰白三烯受体拮抗剂,常用孟鲁司特,10 mg,1次/d,或扎鲁司特20 mg,2次/d。

共11家实验室报出断裂伸长率，符合要求用引伸计测得的断裂伸长率共8家，原始数据见表3。其中，CF01、CF14、CF15利用横梁位移测试断裂应变，不符合试验条件，予以剔除；经一致性检验，实验室代码为 CF09的k图出界，故CF09的测试值为离群值，予以剔除。剔除离群值后，符合一致性检验的数据的h 图见图6，k 图见图7。

表3 T800碳纤维浸胶纱拉伸断裂伸长率

*：离群值，剔除；*：未用引伸计，剔除

实验室代码 模量/GPa 平均值/GPa标准差/GPa变异系数/%CF01 2.21,2.15,2.06,1.97,2.17 2.09,1.93,1.86,2.09,2.06 2.06** 0.11 5.3 CF05 1.88,1.81,1.85,1.78,1.81 1.90,1.84,1.81,1.87,1.90 1.84 0.042 2.3 CF06 1.88,1.78,1.91,1.87,1.82 1.82,1.71,1.76,1.79,1.81 1.82 0.06 3.8 CF07 1.68,1.62,1.70,1.58,1.57 1.57,1.63,1.55,1.52,1.72 1.61 0.068 4.2 CF08 1.78,1.88,1.77,1.87,1.77 1.85,1.79,1.85,1.86,1.78 1.82 0.045 2.5 CF09 1.97,1.65,1.79,1.68,1.59 1.61,1.76,1.53,1.59,1.58 1.68* 0.13 7.7 CF11 1.50,1.43,1.62,1.67,1.36 1.57,1.42,1.56,1.53,1.54 1.52 0.095 6.3 CF12 1.46,1.54,1.46,1.40,1.51 1.40,1.44,1.42,1.52,1.47 1.46 0.049 3.4 CF13 1.48,1.63,1.54,1,53,1.76 1.51,1.48,1.53,1.51,1.57 1.55 0.085 5.5 CF14 2.10,2.09,2.23,2.29,2.33 2.28,2.22,2.16,2.21,2.34 2.22** 0.088 4.0 CF15 1.91,1.78,1.77,1.92,1.91 1.95,1.88,1.83,1.83,1.93 1.87** 0.064 3.4

图6 T800碳纤维拉伸断裂伸长率h图

图7 T800碳纤维拉伸断裂伸长率k图

表4 重复性和再现性：T800碳纤维浸胶纱

注：重复性限： r = Ksr，再现性限： R = KSR，置信区间 95%，包含因子K取2. 8［10］

再现性限 R拉伸强度/MPa 5285 150.8 268.8 422.2 752.6拉伸模量/GPa 281.9 3.09 5.63 8.65 15.76断裂伸长率/% 1.66 0.066 0.173 0.185 0.484测试项目 平均值 重复性标准差sr再现性标准差sR重复性限 r

1.3 重复性与再现性

根据各实验室提供的试验数据，经过一致性检验，计算得出T800碳纤维浸胶纱拉伸试验方法的重复性限与再现性限见表4。

有谁注意过一杭呢？有谁明白此刻他那纷乱的心思呢？那棵不动声色的黄桷树吗？即便懂，也不会说。收荒匠们代步的破自行车在墙根斜靠着——一杭老是觉得，其中一辆很像是去年自己在楼下丢的。有时，他会装作不经意地走近去看，却又怕被人看出自己的用意，不敢看得太仔细，所以，每次都不能确定，这就成了一个谜。虽然他也知道，即使是自己的，又能如何呢，却还是忍不住要想。

2 结束语

经研究，本文对 GB / T 26749-2011《碳纤维浸胶纱拉伸性能的测定》标准的重复性和再现性数据进行了补充，丰富了碳纤维浸胶纱拉伸性能的精密度数据，为各行业测试部门评价自身测试能力提供了参考依据，也为相关国家标准、国际标准的制修订积累了数据。为国产T800级碳纤维的稳定量产提供技术支持。

参考文献

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［3］陈建明.碳纤维拉伸性能测试方法的探讨［J］.玻璃纤维,2012（3） ：1-5.

［4］钱伯章.T800级碳纤维实现千吨级量产［J］.合成纤维工业,2018（1） ：62.

［5］全国统计方法应用标准化技术委员会. GB/T 6379.2-2004测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)第2部分： 确定标准测量方法重复性与再现性的基本方法［S］.北京：中国标准出版社,2004.

［6］全国玻璃纤维标准化技术委员会.GB/ T 26749-2011碳纤维浸胶纱拉伸性能的测定［S］.北京：中国标准出版社,2011.

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［9］陈建明,陈尚,王玉梅.碳纤维拉伸性能测试方法精密度研究［J］.高科技纤维与应用，2014，39（2）： 33-38.

［10］全国统计方法应用标准化技术委员会. GB/T 6379.6-2009测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)第6部分： 准确度值的实际应用［S］.北京：中国标准出版社,2009.