碳纤维管密度的新型测量方式科普

碳纤维管密度的新型测量方式科普

碳纤维复合材料作为近几十年新型材料的代表，在工业轻量化发展的进程中扮演着举足轻重的作用。航空航天和军工领域作为前沿，已经尝到了它的甜头，所以更多的领域中出现了它的身影。

碳纤维管、板、箱体和多种异形件，已经成功帮助各种机械设备、制品减重，究其原因还是因为碳纤维的密度小。究竟有多小，我们拿碳纤维管来说明，然后再延伸一下，做一个碳纤维管密度测量的方式科普。

碳纤维管密度是多少？

首先需要明确一下问题，碳纤维管并不是纯粹由碳纤维原丝制成的，当然碳纤维原丝也没法制成管。碳纤维管其实是碳纤维复合材料制成的，碳纤维复合材料由碳纤维原丝和树脂通过各种方式混合而成。碳纤维原丝的密度基本是固定的，而树脂的范围就比较广，密度相差的就比较大了。通俗的来说，就是碳纤维复合材料的密度并不是固定的，得实际情况实际测量分析而知。

拿目前市面上用的较多的碳纤维增强热固环氧树脂复合材料来说，密度大约在1.6g/cm^3左右，因此环氧树脂的碳纤维管的密度也在这个范围上下。

单数这个密度，估计大家还无法理解，得着个参照物，比如钢管。钢管由合金钢制成，合金钢的密度基本固定，在7.8g/cm^3，换算成同样强度的碳纤维管和钢管，重量相差就可以达到42倍，差距就是这么大。

碳纤维管密度的新型测量方式

学习过物理的人，可能还记的测量物体密度的一些方法，比如浮沉法，就是把物体泡在水里，得到溢出的水的重量，才测量计算，得到物体的体积，再用重量/体积，得到物体的平均密度。这个方法在测量较小的碳纤维管还可以使用，但是较多。另外还有液体置换法和密度梯度柱法，都是前人智慧的结晶。

给大家科普的新型测量方法，叫气体容积法，其实这个方式已经出来有些年头了，但是确实比上面几种要新，而且可操作也更好。

气体容积法是用惰气体取代液体来精确和可靠地测定纤维、粉末等材料的密度，它是根据波义耳定律，密闭气体体积的降低与压力的增加成正比，惰气体例如氮气和氦气在室温下具有理想气体的能，通过对两个已知体积的仓室通入惰气体，进行两个压力的精密测量，根据气体压力的变化来确定样品的体积，从而得到其密度。

气体容积法的优势有4点，1是降低环境污染；2是可批量进行；3是傻瓜式自动化操作；4是精确度更高。因此气体容积法得到了更广泛的认可和使用，随着ISO 10119：2020《碳纤维 密度的测定》国际标准的发布和推行，气体容积法这个碳纤维密度测定的新方法将会在全球广泛地为碳纤维生产和应用企业所采用。