专利名称：Pbo纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法
技术领域：
本发明属于测试技术领域，涉及化学分析测试技术，特别涉及PBO纤维树脂基复合材料化学成分测试技术。
背景技术：
酸蚀法检测复合材料树脂含量方法是将复合材料试样放入95%浓硫酸中，使树脂基体在200°C、6h内完全分解，称量残余纤维质量，通过酸蚀前后试样的质量差计算出复合材料树脂含量。鉴于浓硫酸的强氧化性，以及PBO纤维在200°C易被氧化腐蚀的特点，该方法不能适用于PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测。针对PBO纤维增强复合材料中树脂含量的相关测试方法未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法。本发明的目的是这样实现的，采用不具有氧化性的中等浓度的硫酸水溶液进行试样处理，消化树脂基体；采用同样的纤维作空白参比，扣除空白PBO纤维的损失率，计算复合材料中的树脂含量。本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，包括试样准备、消化剂配制、消化、消化体系处理、空白试验与计算过程:
(1)试样准备:复合材料试样厚度不大于3mm，准确称量精确至0.1mg(G1)；
(2)消化剂配制:以质量含量45%-65%的硫酸水溶液，作为消化剂；
(3)消化:将试样放入不少于50ml消化剂中消化，消化温度120-180°C，消化时间45min-3h,得到消化体系；
(4)消化体系处理:将蒸馏水缓慢滴加到消化体系中，至消化体系分层，液相澄清，纤维浮至溶液表面。过滤，清洗、干燥纤维，称量纤维得到样品中PBO纤维质量(G2)；
(5)空白试验:将相同规格的PBO纤维精确称重至0.1mg(Gfl)，按步骤(3)、(4)处理，得到空白试验残留纤维质量(Gf2)；
(6)计算:按式(I)计算纤维损失率(M1)，按式(2)计算PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量(Mr):
纤维损失率 M1= (Gfl-Gf2)/Gfl X 100%.......................................(I)；
树脂含量 Mr=El-G2Ai1 (1-M1)] X 100%.......................................(2)。本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，对胺固化环氧体系，所述消化剂硫酸的浓度介于45%-60%(wt)之间，消化温度120-150°C，消化时间为 45min_l.5h。本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，对于酸酐固化环氧树脂体系，所述消化剂硫酸的浓度介于55%-65%(wt)之间，消化温度为150-180°C，消化时间为 2h-3h。本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，所述消化体系处理过程消化终点的判断方法为以步骤(4)消化后的纤维按步骤(3)操作，保温IOmin,体系不浑池。本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，所述消化体系处理过程重复处理2次。本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，树脂基体消化完全，纤维损失少，操作简单，测试周期短，检测准确度高。适用于易氧化纤维增强环氧树脂复合材料的树脂含量测定，特别适用于PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的测定。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1
将PBO增强TDE-85/DDM(亚甲基二苯胺)复合材料加工成5个长15mm、宽5mm、厚3mm的样品，质量 G1 分别为 0.4644g、0.4710g、0.4613g、0.4662g、0.4727g。质量含量45%的硫酸水溶液作为消化剂。在5个250ml锥形瓶中，分别加入消化剂150ml和试样，120°C消化1.5h得到消化体系，用蒸馏水对逐个样品的消化体系缓慢稀释至体系澄清并冷却，真空抽滤，至消化液澄清。将纤维放入150ml消化剂中，120°C消化lOmin，体系保持澄清。用蒸馏水清洗纤维，干燥纤维称量质量 G2 分别为 0.3978g、0.4030g、0.3951g、0.3998g、0.4073g。截取同规格3段PBO纤维作为空白试样，质量Gfl分别为2.1920g、2.2318g、2.1531g，重复上述操作，得到空白试验残留纤维质量Gf2分别为2.1733g、2.2127g、2.1348g，按式(I)计算纤维损失率，3个样品分别为0.85%,0.85%,0.84%，均值为0.85%%)。按式⑵计算样品的树脂含量，五个样品分别为13.6%、13.7%、13.6%、13.5%、
13.1%，平均树脂含量为13.5% (Mr)。该检测方法硫酸浓度低、消化时间短，对纤维损伤小；测试结果离散系数�。鑫�0.017，准确度高。实施例2
将PBO增强AG-80/MPDA(间苯二胺)复合材料加工成5个长15mm、厚2mm的半圆拱形样品，质量 G1 分别为 0.4071g、0.4132g、0.4176g、0.4085g、0.4283g。质量含量60%的硫酸水溶液作为消化剂。在5个250ml锥形瓶中，分别加入消化剂150ml和试样，150°C消化45min得到消化体系，用蒸馏水对逐个样品的消化体系缓慢稀释至体系澄清并冷却，真空抽滤，至消化液澄清。将纤维放入150ml消化剂中，150°C消化lOmin，体系保持澄清。用蒸馏水清洗纤维，干燥纤维称量质量 G2 分别为 0.2538g、0.2568g、0.2608g、0.2575g、0.2662g。截取同规格3段PBO纤维作为空白试样，质量Gfl分别为2.0988g、2.1344g、2.1085g,重复上述操作，得到空白试验残留纤维质量Gf2分别为2.0805g、2.1156g、2.0901g。按式(I)计算纤维损失率，3个样品分别为0.87%,0.88%,0.87%，均值为0.87%%)。按式(2)计算样品的树脂含量，五个样品分别为37.1%、37.3%、36.9%、36.4%、
37.3%，平均树脂含量为37% (Μ,)。该检测方法硫酸浓度低、消化时间短，对纤维损伤�。徊馐越峁肷⑾凳。鑫�0.011，准确度高。实施例3
将PBO增强TDE-85/THPA(四氢苯酐)复合材料加工成5个半径为7.5mm的圆形薄片样品，质量 G1 分别为 0.5169g、0.5024g、0.5184g、0.5215g、0.5088g。质量含量55%的硫酸水溶液作为消化剂。在5个250ml锥形瓶中，分别加入消化剂150ml和试样，150°C消化3h得到消化体系，用蒸馏水对逐个样品的消化体系缓慢稀释至体系澄清并冷却，真空抽滤，至消化液澄清。将纤维放入150ml消化剂中，150°C消化lOmin，体系保持澄清。用蒸馏水清洗纤维，干燥纤维称量质量 G2 分别为 0.2846g、0.2786g、0.2901g、0.2876g、0.2831g。截取同规格3段PBO纤维作为空白试样，质量Gfl分别为2.9448g、2.8741g、2.9591g，重复上述操作，得到空白试验残留纤维质量Gf2分别为2.9209g、2.8511g、2.9345g。按式(I)计算纤维损失率，3个样品分别为0.81%,0.80%,0.83%，均值为0.81%%)。按式⑵计算样品的树脂含量，五个样品分别为44.5%、44.1%、43.6%、44.4%、
43.9%，平均树脂含量为44.l%(Mr)。该检测方法硫酸浓度低、消化时间短，对纤维损伤�。徊馐越峁肷⑾凳。鑫�0.008，准确度高。实施例4
将PBO增强E-51/MeHHPA (甲基六氢苯酐)复合材料加工成5个长10mm、宽4臟、厚2mm的样品，质量 G1 分别为 0.5326g、0.5232g、0.5193g、0.5471g、0.5384g。质量含量60%的硫酸水溶液作为消化剂。在5个250ml锥形瓶中，分别加入消化剂150ml和试样，165°C消化2.5h得到消化体系，用蒸馏水对逐个样品的消化体系缓慢稀释至体系澄清并冷却，真空抽滤，至消化液澄清。将纤维放入150ml消化剂中，165°C消化lOmin，体系保持澄清。用蒸馏水清洗纤维，干燥纤维称量质量 G2 分别为 0.4124g、0.4083g、0.4113g、0.4247g、0.4244g。截取同规格3段PBO纤维作为空白试样，质量Gfl分别为2.5551g、2.7461g、2.5946g，重复上述操作，得到空白试验残留纤维质量Gf2分别为2.5334g、2.7233g、
2.5725g。按式(I)计算纤维损失率，3个样品分别为0.85%,0.83%,0.85%，均值为0.84%%)。按式⑵计算样品的树脂含量，五个样品分别为21.8%、21.3%、20.1%、21.7%、
20.5%，平均树脂含量为21.08% (Mr)。
该检测方法硫酸浓度低、消化时间短，对纤维损伤�。徊馐越峁肷⑾凳。鑫�0.036，准确度闻。实施例5
将PBO增强E-51/HK-021 (甲基四氢苯酐)复合材料加工成5个半径为5_的圆形薄片样品，质量 G1 分别为 0.4981g、0.4836g、0.4895g、0.4971g、0.4931g。质量含量65%的硫酸水溶液作为消化剂。在5个250ml锥形瓶中，分别加入消化剂150ml和试样，180°C消化Ih得到消化体系，用蒸馏水对逐个样品的消化体系缓慢稀释至体系澄清，纤维中仍有树脂颗粒。分别加入150ml消化剂，180°C消化45min，用蒸馏水分别稀释、澄清消化体系，真空抽滤至消化液澄清。将纤维放入150ml消化剂中，180°C消化lOmin，体系保持澄清。用蒸馏水清洗纤维，干燥纤维称量质量 G2 分别为 0.2285g、0.2243g、0.2343g、0.2339,0.2282g。截取同规格3段PBO纤维作为空白试样，质量Gfl分别为2.5202g、2.4163g、
2.395lg，重复上述操作，得到空白试验残留纤维质量Gf2分别为2.4976g、2.395lg、
2.3733g。按式(I)计算纤维损失率，3个样品分别为0.90%,0.88%,0.91%，均值为
0.89%%)。 按式(2)计算样品的树脂含量，五个样品分别为53.7%、53.2%、51.7%、52.5%、
53.3%，平均树脂含量为52.88% (Mr)。该检测方法硫酸浓度低、消化时间短，对纤维损伤小；测试结果离散系数�。鑫�
0.015，准确度闻。
权利要求
1.一种PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，包括试样准备、消化剂配制、消化、消化体系处理、空白试验与计算过程: (1)试样准备:复合材料试样厚度不大于3mm，准确称量精确至0.1mg(G1)； (2)消化剂配制:以质量含量45%-65%的硫酸水溶液，作为消化剂； (3)消化:将试样放入不少于50ml消化剂中消化，消化温度120-180°C，消化时间45min-3h,得到消化体系； (4)消化体系处理:将蒸馏水缓慢滴加到消化体系中，至消化体系分层，液相澄清，纤维浮至溶液表面；过滤，清洗、干燥纤维，称量纤维得到样品中PB0纤维质量(G2); (5)空白试验:将相同规格的PBO纤维精确称重至0.1mg(Gfl)，按步骤(3)、(4)处理，得到空白试验残留纤维质量(Gf2)； (6)计算:按式(I)计算纤维损失率(M1)，按式(2)计算PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量(Mr): 纤维损失率 M1= (Gfl-Gf2)/Gfl X 100%........................(I)； 树脂含量 Mr=El-G2Ai1 (1-M1) ] X 100%...........................(2)。
2.根据权利要求1所述的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，对胺固化环氧体系，所述消化剂硫酸的浓度介于45%-60%(wt)之间，消化温度120-150°C，消化时间为45min_l.5h。
3.根据权利要求1所述的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，对于酸酐固化环氧树脂体系，所述消化剂硫酸的浓度介于55%-65%(wt)之间，消化温度为150-180°C，消化时间为 2h-3h。
4.根据权利要求1、2或3所述的任一PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，所述消化体系处理过程消化终点的判断方法为以步骤(4)消化后的纤维按步骤(3)操作,保温IOmin,体系不浑池。
5.根据权利要求4所述的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，所述消化体系处理过程重复处理2次。
全文摘要
本发明属于测试技术领域。本发明涉及的PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的检测方法，采用不具有氧化性的中等浓度的硫酸水溶液进行试样处理，消化树脂基体；采用同样的纤维作空白参比，扣除空白PBO纤维的损失率，计算复合材料中的树脂含量。检测方法，包括试样准备、消化剂配制、消化、消化体系处理、空白试验与计算过程。该测试方法，树脂基体消化完全，纤维损失少，操作简单，测试周期短，检测准确度高。适用于易氧化纤维增强环氧树脂复合材料的树脂含量测定，特别适用于PBO纤维增强环氧树脂复合材料中树脂含量的测定。
文档编号G01N5/04GK103149117SQ201310085400
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者郑志才, 王尚, 葛林海, 陈艳, 王强, 孙士祥, 孟祥武 申请人:中国兵器工业集团第五三研究所
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