国家标准计划《碳纤维丝束轴向平均线膨胀系数试验方法》由 TC572（全国碳纤维标准化技术委员会）归口 ，主管部门为国家标准委。

主要起草单位 北京航空航天大学 、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京市理化分析测试中心） 、中国空间技术研究院宇航物资保障事业部 。

碳纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀、抗疲劳等优异特性，作为一种关键的军民两用原材料在航空航天、交通、能源、电子、健康等领域中应用越来越广泛、作用越来越重要。

随着碳纤维及其复合材料应用环境和场景的丰富，其服役温度跨度逐渐增大，尺寸的温度稳定性也受到越来越多的关注。

尤其是碳纤维具有独特的轴向负膨胀行为，对其轴向线膨胀系数的精确掌握，有助于合理设计碳纤维复合材料的组分、结构，提高复合材料结构稳定性，开发具有可控热膨胀行为的材料结构。

军用卫星等太空飞行器在太空中向阳面及背阳面运行时，其温度环境差距极大。

导弹等高速军用武器在飞行过程中其表面温度也将快速升高，保持良好的结构尺寸稳定性对于这些产品的正常服役非常重要。

碳纤维作为这些国防装备的重要结构材料，也具有极小甚至负的膨胀系数，在近零膨胀结构上具有极大的应用潜力，准确评价其热膨胀系数是合理设计相关复合材料和结构的重要基础。

目前围绕线膨胀系数/热膨胀系数，已建立了许多测量装置和方法，如热机械分析法、顶杆法、激光位移法、激光干涉法、电子散斑法、光杠杆法等，这些方法原理和精度差异很大，对于试样的要求也各不相同。

其中有些方法尚处于研究阶段，成熟度不足，难以大范围推广；有些方法虽然已发展成熟，但却只适用于刚性固体材料而不适用于碳纤维这种柔性材料。

针对碳纤维丝束，目前应用最广泛的线膨胀系数测试方法是复合材料计算法和热机械分析法，其中复合材料计算法是一种间接方法，步骤繁琐，且受制备工艺、纤维体积分数、纤维微观状态等因素影响，复合材料本身的线膨胀系数测定准确性一般，分散性较大；热机械分析法虽相对比较成熟准确，但其测试气氛、测试温区和测量精度均可进一步改善以更好的满足当前材料研发及应用的需求。

在此背景下，迫切需要围绕碳纤维丝束线膨胀系数的测试，建立准确、适用性强、便于推广的方法标准。

本方法拟基于商业化热膨胀仪设备建立，可推广性强，前期已开展了大量的测试探究，且结合有限元等手段对测试相关影响因素进行了建模分析，具有成熟的设备支撑和较为坚实的研究基础。

本方法拟综合考虑试样制备、仪器参数设置等多方面因素，给出标准试验流程和推荐实验参数，为碳纤维丝束轴向线膨胀系数测试提供试验规范。

这将有助于帮助企业及研究单位准确掌握碳纤维丝束的热膨胀性能，促进相关材料研发、生产、应用的开展，进一步提高我国这一关键军民两用原材料及其制品的竞争力。

1. 范围： 本方法适用于1k~24k碳纤维丝束轴向平均线膨胀系数的测定，其他规格碳纤维丝束也可以参照执行。借鉴采用顶杆示差法原理，所适用的温度应综合考虑材料耐热温度及所使用仪器的温度范围。 2. 主要技术内容： 本方法主要采用配置拉伸夹具的单推杆式热膨胀仪，基于顶杆示差法原理，测量碳纤维丝束试样在加热炉中按控温程序进行温度变化时试样长度的变化量，由长度变化量和温度变化量进一步计算该变温区间内碳纤维丝束的轴向平均线膨胀系数。 本方法主要采用的仪器设备为热膨胀仪，此类设备为成熟的商用设备，由加热系统（炉子、恒温器和槽）、膨胀位移测量系统和温度测量系统组成。热膨胀仪应含有施加拉伸载荷的支架系统（夹具载体与拉杆或管），且配备气体流量计，可提供惰性气体吹扫气氛。 本方法检测的试样应为取向伸直、平铺的碳纤维丝束，长度应大于25 mm，中间不应有断裂、粘连等缺陷，并在试验开始前按照夹具尺寸进行裁切和放置，经裁切的试样应表面光滑、平直、无缺陷，裁剪断口平整。每组应测试不少于2个有效试样。 本方法在测试时首先需要参考仪器说明书进行仪器校正，扣除基线；之后将样品及其夹具装载在测试系统中并预加载荷，检查并调整试样，确保试样的有效夹持；之后设置测量程序，如名称、试样尺寸、校正标样文件（如有）、预加载荷（20mN~200mN），吹扫气流量（20mL/min~150mL/min）、控温模式、测试温度范围、升温速率（1℃/min~5℃/min）及急停温度；程序设置完成后，进行测试。 在测试结束时应评估试样的有效性，若试样或其结果曲线出现以下情况应判定为无效： a)试样单丝间出现扭曲； b)试样从夹具中间或夹头两侧滑出或断裂； c)？测试曲线剧烈抖动，出现尖形或梯形峰； d)？测试曲线严重不符合实际情况。 测试结束，根据有效曲线的数据，计算所需温度区间内的平均线膨胀系数。