TC11纖維增強《三維機織碳纖維預制體增強樹脂基復合材料 纖維體積含量的測定》-編制說明（征求意見稿）

“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

一、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CSTMLX

031100818—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(xù)、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(yōu)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(lián)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(yōu)異的性能，在工程中的應用近年來迅速得到

開發(fā)，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(shù)依據(jù)。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(yè)的發(fā)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

0

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(guī)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(yè)專業(yè)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(xié)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(fā)函開展意見征求，征集了相關企業(yè)家，項目組根據(jù)

相關建議對標準文本稿進行了完善修訂。

二、編制原則和主要技術內容的說明，包括技術參數(shù)與指標的確定依據(jù)、修訂

標準的各修訂點及其理由等

1.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(guī)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(fā)、

應用的需求，促進行業(yè)技術進步與發(fā)展。既能體現(xiàn)標準的先進性，又要具有可操

作性。

2.主要技術內容

2.1.標準編制原則和主要內容

2.1.1.基本原則

1

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(fā)、生產的實際需求，促進行業(yè)技術進步與發(fā)展。既能體現(xiàn)標準的先

進性，又要具有可操作性。

2.1.2.主要內容的修訂和確定依據(jù)

2.1.2.1.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。

2.1.2.2.規(guī)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（TestMethodfor

DensityofSolidPitch—HeliumPycnometerMethod）

三、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(shù)據(jù)，并進行對比分析，作為本方

法的參考依據(jù)。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

檢測結果

檢測方法試樣序號

單值(%)平均值(%)變異系數(shù)(%)

2

150.68

250.74

本標準方法350.8750.850.67

450.48

551.48

152.41

基體分解法252.91

ISO14127-351.6252.561.17

2008方法A452.38

553.47

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(jù)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(shù)據(jù)偏大導致的，因此該結果作為本方法的參考依據(jù)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：

三維機織碳纖與設計值偏差

檢測結果（%）設計值

維預制體復合（%）

（%）

材料板編號單值平均值單值平均值

55.930.77

155.3955.6156.701.311.09

55.501.20

58.620.96

258.6258.4057.660.960.74

57.960.30

56.720.80

357.4757.0057.520.050.52

56.830.69

55.100.56

454.7554.7355.660.910.93

54.351.31

54.660.08

554.7154.580.13

54.840.26

3

54.620.04

51.030.54

650.6951.570.88

50.351.22

51.740.97

751.9452.710.77

52.130.58

56.860.63

857.1157.490.38

57.360.13

56.320.28

956.4756.6156.040.430.57

57.051.01

53.441.04

1053.6853.5754.480.80.91

53.590.89

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。

四、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。

五、產業(yè)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(yè)的飛速發(fā)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(yè)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