《三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的測定》團體標準編制說明起草編制組2021年12月15日“三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的測定”編制說明工作簡況1任務來源經中國材料與試驗團體標準委員會（以下簡稱：CSTM標準委員會）建筑材料領域委員會審查，CSTM標準委員會批準CSTM標準《三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的測定》立項，標準項目歸口管理委員會為CSTM/FC03/TC11建筑材料領域委員會纖維增強復合材料技術委員會，標準計劃編號為CSTMLX031100818—2021，標準牽頭單位為南京玻璃纖維研究設計院有限公司。2目的、意義三維機織碳纖維復合材料是由碳纖維三維空間連續、取向交織構成的預制體經RTM工藝復合成型而得到的高性能復合材料。碳纖維由于具有高比強度，高比模量，阻燃，耐腐蝕，質輕等優良特性，已在航空、航天、建筑等眾多領域得到應用。三維織物由于形狀適應性好，能在機織過程中直接形成整體結構，層間剪切強度高，克服了層合織物垂直于層合面方向上（即第三維方向上）機械性能差，二次成型時聯接界面機械性能差的弱點，廣泛地應用于工程領域，尤其是復合材料領域。碳纖維機織復合材料因其優異的性能，在工程中的應用近年來迅速得到開發，例如捷安特等自行車公司采用碳纖維三維織物作高級賽車的骨架，航空、航天上使用的一些特殊部件采用碳纖維三維織物作為復合材料的增強材料。國外還有用碳纖維機織成人行天橋的骨染，一次復合成人行天橋等等。三維機織碳纖維預制體復合材料的纖維體積含量是一個表征其性能的重要指標，對復合材料的拉伸、彎曲、壓縮等力學性能有較大的影響，是決定機織復合材料各項性能的重要參數依據。目前國內外尚無確切的檢測標準可以測量三維機織碳纖維預制體復合材料的纖維體積含量，可直接或間接測定纖維體積含量的方法主要有顯微鏡法、基體分解法、灼燒法和導電性能法，這些方法均不適用或者存在許多不足。隨著航天工業的發展，復合材料的應用由次承力件擴展到主承力件，這就要求材料具有很高的損傷容限和可靠性，同時對其增強材料的抗沖擊性和結構完整性要求更加嚴格，對于碳纖維機織復合材料的需求進一步加大，為了規范和完善三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的技術要求和檢驗工作，提供合適的試驗方法，有必要結合當前工作實際，編制三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的測試標準。制訂《三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的測定》團體標準是非常必要的。3主要工作過程，包括分工、征求意見、各階段工作過程等編制過程2021年8月召開了標準起草工作組成立會暨第一次工作研討會，會上討論了標準草稿和工作大綱，對工作組成員進行了分工安排。參會人員按會議議程進行了各項工作的討論，初步形成標準初稿。2021年8-10月對標準要求中指標的驗證試驗分析。2021年11月與行業專業技術骨干及專家進行充分討論交流，經工作組成員單位共同協商，最終達成一致意見，形成標準“征求意見稿”和編制說明。2021年12月，項目組發函開展意見征求，征集了相關企業家，項目組根據相關建議對標準文本稿進行了完善修訂。編制原則和主要技術內容的說明，包括技術參數與指標的確定依據、修訂標準的各修訂點及其理由等編制原則本標準嚴格遵照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫》的有關規定，以實際情況真實編寫。本著保證制定適用于三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量測試方法，符合技術先進、經濟合理的原則來開展本標準研制工作，力求制定的標準能夠滿足三維機織碳纖維預制體復合材料研發、應用的需求，促進行業技術進步與發展。既能體現標準的先進性，又要具有可操作性。主要技術內容標準編制原則和主要內容基本原則本著保證三維機織碳纖維預制體復合材料產品質量、符合技術先進、經濟合理的原則來開展本標準研制工作，力求制定的標準能夠滿足國內三維機織碳纖維復合材料研發、生產的實際需求，促進行業技術進步與發展。既能體現標準的先進性，又要具有可操作性。主要內容的修訂和確定依據適用范圍本標準適用于三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的測定。規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件：ASTMD4892固體瀝青的密度測定方法—氦氣體密度儀法（TestMethodforDensityofSolidPitch—HeliumPycnometerMethod）主要試驗（或驗證）情況分析1、總則首先對不同碳纖維復合材料層壓板采取基體分解法（ISO14127-2008方法A）與本標準里的方法進行測試，獲得所需的試驗數據，并進行對比分析，作為本方法的參考依據。由于目前國內外均無可以適用于測量三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的標準，因此利用本標準里的方法對三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量進行測試，再與材料設計值對比分析。2.碳纖維復合材料層壓板結果分析對碳纖維復合材料層壓板采取基體分解法（ISO14127-2008方法A）與本標準里的方法進行測試，檢測結果如下表所示：表2.1碳纖維復合材料層壓板纖維體積含量測試結果檢測方法試樣序號檢測結果單值(%)平均值(%)變異系數(%)本標準方法150.6850.850.67250.74350.87450.48551.48基體分解法ISO14127-2008方法A152.4152.561.17252.91351.62452.38553.47結論：碳纖維復合材料層壓板采取基體分解法(ISO14127-2008方法A)與本標準里的方法進行測試，基體分解法相較于本校準方法略微偏大3.25%。基體分解法是利用溶劑去除復合材料中的基體部分，然后依據消解后纖維的質量計算的，由于高分子樹脂都具有溶脹性，用溶劑徹底去除樹脂很困難，殘留的樹脂影響使得數據偏大導致的，因此該結果作為本方法的參考依據是合理的。3.三維機織碳纖維預制體復合材料結果分析利用本標準里的方法對三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量進行測試，再與材料設計值對比，檢測結果如下表所示：三維機織碳纖維預制體復合材料板編號檢測結果（%）設計值（%）與設計值偏差（%）單值平均值單值平均值155.9355.6156.700.771.0955.391.3155.501.20258.6258.4057.660.960.7458.620.9657.960.30356.7257.0057.520.800.5257.470.0556.830.69455.1054.7355.660.560.9354.750.9154.351.31554.6654.7154.580.080.1354.840.2654.620.04651.0350.6951.570.540.8850.351.22751.7451.9452.710.970.7752.130.58856.8657.1157.490.630.3857.360.13956.3256.6156.040.280.5756.470.4357.051.011053.4453.5754.481.040.9153.680.853.590.89結論：本標準的方法測量三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量結果，與設計值相比非常接近，因此推斷本標準可以作為一種測試方法，進行三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的測量。標準中如果涉及專利，應有明確的知識產權說明本標準不涉及專利。產業化情況、推廣應用論證和預期達到的經濟效果等情況

隨著航空航天工業的飛速發展，復合材料的應用由次承力件擴展到主承力件，這就要求材料具有很高的損傷容限和可靠性，同時對其增強材料的抗沖擊性和結構完整性要求更加嚴格。因此三維整體紡織結構復合材料應運而生，且隨著國家對大飛機事業的重視，復合材料是中國民機項目的制約瓶頸之一，我國確定了復合材料要占大飛機體重20%~25的目標，三維機織復合材料可以提高復合材料的層間強度，抗壓強度，疲勞強度等多種性能，適合全面替代制作飛機機身，機翼的二維復合材料，以提高飛機的安全性，因此有非常大的市場需求。然而目前國內外尚無確切的檢測標準可以測量三維機織碳纖維復合材料的纖維體積含量，《三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的測定》標準將引導三維機織碳纖維復合材料改進設計、完善工藝，提高產品質量，從而進一步推動行業的發展，對貫徹落實國家產業政策具有重大意義。預期作用：如果《三維機織碳纖維預制體復合材料纖維體積含量的測定》形成團體標準后，將為三維機織碳纖維復合材料的研發、設計、工藝、檢驗提供重要的依據，解決三維機織碳纖維預制體復合材料在纖維體積含量測量標準上的空白，將促進中國三維機織碳纖維復合材料進一步發展，加快三維機織復合材料研發、產業化的速率，必將產生良好的經濟效益和社會效益。采用國際標準和國外先進標準情況，與國際、國外同類標準水平的對比情況，國內外關鍵指標對比分析或與測試的國外樣品、樣機的相關數據對比情況尚未查到同類標準。與現行相關法律、法規、規章及相