众所周知，碳纤维通常为束丝产品，一束碳纤维中往往由成千上万根单丝组成，而有时候防止束丝中单纤维损伤或断丝经常会被忽视。但是，在碳纤维生产和下游工艺的使用中，这是一个极其重要的因素。

导致碳纤维束丝中纤维发生损伤的因素很多，主要包括：锐角重定向、未使用具有适当表面光洁度的导轨、张力过大、静态接触点等等。纤维损伤后产生的断丝不仅会降低碳纤维的强度，还会导致加工问题，严重时甚至会导致生产停工。

纤维断丝产生后，由于生产的连续运行，断丝会滞留在旋转部件上，并迅速堆积，越积越多形成明显的毛团，这不仅需要操作员人工干预，还可能导致停产或产品出现缺陷。

对于这种纤维损伤带来的不利影响往往不能进行及时地评估，其主要原因在于尚且没有定量的方法来量化纤维损伤的程度。目前国外一家公司推出了一种在线分析仪可以对其进行定量分析，现在我们来了解一下它的原理和应用实例。

用于纤维断丝在线测试的设备

这台设备名称为Carbon Fiber Analyzer（CFA），该仪器专门用于测量碳纤维束丝中的纤维损坏。它们的灵敏度足以检测单根碳纤维丝的断裂。CFA可以实时输出单丝损伤报告，以便准确定位纤维损坏的特定区域或时间。

报告可以.csv格式提供数据，从而便于后续的结果分析。此外，包括纤维宽度或摩擦系数等在内的其他数据也可以通过先进的系统收集。

根据运行状态，CFA主要分成两种系统CFA-Lite（用于在线监控）和CFA-F（用于离线监测）。CFA-Lite主要用于在线碳纤维生产质量监控，采用了光学千分尺宽度传感器，监测范围内的碳纤维最大宽度为25mm，最大速度为10m/min。

CFA-F系统用于离线碳纤维分析。使用主要目的可包括质量控制、研发、客户过程模拟等。监测范围内的碳纤维最大宽度为60mm，最大速度为10m/min。进料辊为2-7个辊系统，具体可取决于张力要求。

CFA装置也可用于确定纤维损伤的原因，它们也可以脱机用于质量控制目的。它也是用于使用不同纤维涂层/上浆的兼容性试验，或用于测试新开发的纤维等研发的常用工具。

CFA在纤维断丝测试的实例

测试时使用了CFA-Lite系统，通过以市售的12K规格碳纤维为原材料，使用四种类型的导向配置以45度角对纤维进行重定向：仅陶瓷孔眼、陶瓷孔眼和平辊、梳齿平辊和凹槽辊。

以5 m/min的线速度记录5分钟的纤维损伤情况，也就是针对每个配置条件下在纤维长度为25米的范围内进行纤维损伤测试。主要测试结果如下：

（a）仅陶瓷孔眼=1000+次断丝

（b）陶瓷孔眼和平辊=300+次断裂

（c）梳齿和平辊=100+次断裂

（d）槽辊=500+次断裂

因此，通过上述结果可以看出，仅使用陶瓷孔眼显然不是纤维重定向的首选方法，其他几种情况在减少纤维损伤方面会更好。

文章来源： 钱鑫博士碳纤维及其复合材料技术