本文件描述了采用声脉冲传播法测定化学纤维长丝动态弹性模量的试验方法。 本文件适用于化学纤维长丝，包括预取向丝、中取向丝、高取向丝、牵伸丝、单丝、工业丝等不同加工方式长丝，也包括聚酯纤维、锦纶、丙纶、腈纶、粘胶以及芳纶、超高分子量聚乙烯等不同材质长丝。其他纱、条、带以及薄膜材料等参照本文件执行。 本文件不适用于氨纶长丝以及拉伸变形丝（DTY）。

ICS 59.060.20
CCS W 50
中华人民共和国国家标准
GB/T 43013—2023
化学纤维
动态弹性模量的测定
声脉冲传播法
Man-made fibre-Determination of dynamic elastic modulus-Sonic-pulsepropagation method2023-09-07发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-04-01实施
GB/T43013—2023
」第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国化学纤维标准化技术委员会（SAC/TC586）提出并归口。本文件起草单位：新风鸣集团股份有限公司、武汉纺织大学、上海市纺织工业技术监督所、中国化学纤维工业协会、浙江古纤道股份有限公司、新兴际华（北京)材料技术研究院有限公司、上海化工研究院有限公司、桐昆集团股份有限公司、浙江昊能科技有限公司、中国石化仪征化纤有限责任公司、江苏恒力化纤股份有限公司、无锡金通高纤股份有限公司、宁波大发新材料有限公司、浙江古纤道绿色纤维有限公司、上海纺织集团检测标准有限公司、江苏省纺织产品质量监督检验研究院、江苏国望高科纤维有限公司、桐昆集团浙江恒超化纤有限公司、常州市华纺纺织仪器有限公司。本文件主要起草人：李红杰、庄耀中、刘洪涛、卢宏庆、李德利、李蓉、田琨、许海霞、孙燕琳、王亦涵、龚柳柳、陈瑞、钱琦渊、邢喜全、杨志超、朱庆芳、柴林玉、王献波、戚黎洲、孙伟平、章四岁、曾成。1范围
化学纤维动态弹性模量的测定
声脉冲传播法
GB/T43013—2023
本文件描述了采用声脉冲传播法测定化学纤维长丝动态弹性模量（以下简称声模量）的试验方法。本文件适用于化学纤维长丝，包括预取向丝、中取向丝、高取向丝、牵伸丝、单丝、工业丝等不同加工方式长丝，也包括聚酯纤维、锦纶、丙纶、腈纶、粘胶以及芳纶、超高分子量聚乙烯等不同材质长丝。其他纱、条、带以及薄膜材料等参照本文件执行。本文件不适用于氨纶长丝以及拉伸变形丝（DTY）。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T1033.2塑料非泡沫塑料密度的测定第2部分：密度梯度柱法GB/T4146（所有部分）纺织品化学纤维GB/T 6502
GB/T6503
GB/T6529
GB/T9994
GB/T14343
3术语和定义
化学纤维长丝取样方法
化学纤维回潮率试验方法
纺织品调湿和试验用标准大气
纺织材料公定回潮率
化学纤维长丝线密度试验方法
GB/T4146（所有部分）界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
动态弹性模量dynamic elasticmodulus使用振动或声频等动态方法测定得到的弹性模量。［来源：LY/T2382—2014,3.3］3.2
声模量
sonicmodulus
根据脉冲声波扰动所致纤维试样的微小应力和应变测得的动态弹性模量。注：声模量反映了纤维材料的刚性。3.3
声波旅行时间
sonicwavetraveltime
声波穿过被测纤维试样的真实传播时间与仪器固有的延迟时间之和。1
GB/T43013—2023
注：声波旅行时间由装置直接读取。3.4
延迟时间
delaytime
零距离时间
zerotime
声电信号互换、递转、输运和传播等过程所消耗在仪器电路的时间。注1：延迟时间不能直接读取，需计算得到注2：一般认为T。与声波旅行/传播距离即换能器隔距无关，3.5
声波传播时间
sonic wave propagation time
声波在被测纤维试样中的真实传播时间。注1：声波传播时间不能直接读取，而由计算得到。注2：声波传播时间的计算公式，如下所示。T,= T,-T.
式中：
声波传播时间；
T——声波旅行时间；
T。———延迟时间。
piezoelectric transducer
压电换能器
利用某些单晶材料的压电效应和某些多晶材料的电致伸缩效应将电能与声能进行相互转换的器件。
声波从共振频率为3kHz～10kHz的发射端换能器（电一声转换）开始，沿着纤维试样长度方向旅行，经过一段隔距和时间后，到达接收端换能器（声一电转换），根据声波旅行时间，扣除延迟时间后得到真实传播时间，从而计算得到声波传播速度（简称声速)以及声模量已知所测纤维的无规取向声速，可进一步计算声速法取向参数（取向度/取向因子、取向角），见附录A。
5仪器设备
仪器结构
测量仪器应能测量声波在纤维试样中的传播速度。图1为仪器结构示意图，它能测量在发射端换能器和接收端换能器之间被测纤维试样中的声波传播速度。2
标引序号说明：
被测试样；
声波；
发射端换能器；
接收端换能器；
换能器驱动单元；
声波旅行时间测量装置；
声波振动方向；
换能器边缘；
换能器；
换能器边缘半径；
换能器隔距。
图1用于测量声波在纤维试样中传播速度的仪器结构示意图5.2换能器
GB/T43013—2023
共振频率为3kHz～10kHz的两个压电换能器被安装在两端固定的试样架上，其中一个压电换能器（声波发射端）固定不动，另一个压电换能器（声波接收端）可沿试样架自由移动，使两个压电换能器之间隔距在测试范围内连续可调，测量精度为士0.5mm。5.3换能器驱动单元
换能器驱动单元为发射端压电换能器提供脉冲电压以产生脉冲声波（以下简称声波）.并沿被测纟维试样长度方向，往接收端换能器传播。5.4声波旅行时间测量装置
测量和读取声波在两个压电换能器之间旅行的时间，从换能器驱动单元开始，到接收端换能器结束，精确至士0.5us。
6试验准备
6.1取样
按GB/T6502的规定取样，每个卷装取5个试样。长丝直接从被检卷装上随机取出长约700mm试样，试样应无皱褶或其他可见缺陷。6.2调湿和试验用标准大气
按GB/T6529的规定执行。
6.3调湿时间
按照GB/T9994规定的试样的公定回潮率和表1规定的调湿时间，在调湿和试验用标准大气中调3
GB/T43013—2023
湿试样。对于新型的或未知公定回潮率的其他纤维，可采用纤维状态的标准回潮率代替公定回潮率。标准回潮率的测定按GB/T6503的规定执行。表1调湿时间
试样的公定回潮率或标准回潮率（R。）%免费标准下载网bzxz
>2～13
6.4预张力
最少调湿时间（t)
6.4.1根据纤维品种和名义线密度，选择适当的预张力。若名义线密度未知，按GB/T14343测定纤维试样的线密度。试样的预张力按公式（1)计算。F=P×T
式中：
F——预张力，单位为厘牛（cN）；P—单位线密度的预张力，单位为厘牛每分特（cN/dtex)；T
试样的名义线密度，单位为分特（dtex）。6.4.2推荐的几种纤维的单位线密度预张力为：涤纶牵伸丝、高取向丝、预取向丝、中取向丝：0.05cN/dtex～0.20cN/dtex；锦纶牵伸丝：0.10cN/dtex~0.20cN/dtex；粘胶长丝、腈纶长丝：0.15cN/dtex~0.25cN/dtex；涤纶单丝、丙纶单丝：0.10cN/dtex～0.20cN/dtex。（1）
当无法确定纤维品种单位线密度的预张力时，优选0.10cN/dtex～0.20cN/dtex，对于不适合0.10cN/dtex～0.20cN/dtex预张力规定的长丝，可由有关各方协商确定预张力大小。6.5制样
经过调湿处理的试样备用。每个卷装测试5个试样，第一个试样取完，要将卷装上的丝去掉至少2m再取第二个试样。当纤维试样具有导电性时，不能直接与压电换能器探头接触，可用一小滴绝缘胶黏剂间接粘合以防短路。
7试验步骤
7.1仪器准备
开启仪器电源预热。
7.2试样安装
试样架一端夹紧纤维试样的一端，试样沿试样架方向经过发射端、接收端压电换能器且接触良好以确保声波能量足以测量声波旅行时间，再经由转向滑轮垂向地面，并施加预张力，使试样架上两个压电换能器之间的纤维试样水平伸直但未被拉伸。4
7.3测定声波传播速度C
7.3.1多点外推法测定声波传播速度C（比两点法更精确）GB/T43013—2023
7.3.1.1发射端压电换能器产生的声波在纤维试样中旅行，调节可移动的接收端压电换能器位置，使其隔距为L1，测量第一段隔距的声波旅行时间T1。7.3.1.2改变两个压电换能器之间的隔距，测量第i段隔距L：的声波旅行时间T（i=2，3，，n),n≥8。
7.3.1.3以声波旅行时间T：为横坐标，以对应的换能器隔距L；为纵坐标，在直角坐标系标注各散点，采用最小二乘法拟合一条直线，如图2所示。该直线的斜率即为多点外推法测量的声波传播速度C。以隔距L；为横坐标，以对应的声波旅行时间Tt为纵坐标，在直角坐标系标注各散点，采用最小二乘法拟合一条直线，如图3所示。外推该直线至L；为0，其在纵坐标轴上的截距即为延迟时间T。。L.:/mm
C=tanα
标引序号说明：
L.—换能器隔距；
T.——声波旅行时间；
—声波旅行时间一换能器隔距拟合直线与X坐标轴的夹角；声波传播速度。
Tu/μs
2多点外推法测定声波传播速度C（拟合直线斜率）图2
GB/T43013—2023
标引序号说明：
Te/us320
换能器隔距；
声波旅行时间；
延迟时间。
图3多点外推法测定延迟时间T（拟合直线截距）L./mm
7.3.1.4重复测试4个试样。每个试样重复测量在隔距L：（i=2,3，…，n）的声波旅行时间Tti。根据7.3.1.3得到4个试样的声波传播速度。7.3.1.5计算5个试样声波传播速度的平均值作为该卷装的声波传播速度C，保留小数点后两位。7.3.2两点法测定声波传播速度C（适用于相对比较）测量第1段隔距L，的声波旅行时间Tt7.3.2.1
取第一个试样按7.3.1.1同样方法测量第1段隔距L，的声波旅行时间T1。7.3.2.2测量第2段隔距L2的声波旅行时间Tz2改变两个压电换能器之间的隔距至L2（L2>L,），按7.3.1.1同样方法测量第2段隔距L2的声波旅行时间Tt2。
7.3.2.3重复测试
按7.3.2.1、7.3.2.2再重复测试4个试样。每次测量的隔距L1、L2维持不变。7.3.2.4结果计算
声波传播速度C
7.3.2.4.1
理论上，延迟时间T。与声波旅行/传播距离无关，延迟时间可被等量扣除，平均声波传播时间差等于平均声波旅行时间差。声波传播速度C按公式（2)计算。C :
式中：
L2—L
5—T2—Tt
T,(T2-Ta)-(TTa)
声波传播速度，单位为毫米每微秒（mm/μs，即km/s）；·（2）
声波传播距离，单位为毫米（mm）；声波传播时间，单位为微秒（us）；T
第2段隔距，单位为毫米（mm）；L2
第1段隔距，单位为毫米（mm）；第2段隔距内声波旅行时间，单位为微秒（μs）；延迟时间，单位为微秒（μs）；第1段隔距内声波旅行时间，单位为微秒（us）。声波传播速度保留小数点后两位GB/T43013—2023
每个卷装取5个试样。测定5个试样的声波传播速度，取5个试样声波传播速度的平均值作为该卷装的声波传播速度C。
7.3.2.4.2延迟时间Ta
延迟时间T。在计算声波传播速度时不是必需的，但能判断仪器稳定性。5个试样、5次计算T。的变异系数在5%以下认为仪器是稳定的根据7.3.2.4.1两点法计算的声波传播速度C，按公式（3)或公式（4)求得延迟时间Td。L
Ta= Ta-
Ta=Tt2 -
式中：
延迟时间，单位为微秒（μs）；L2
第1段隔距内声波旅行时间，单位为微秒（μs）；第1段隔距，单位为毫米（mm）；L
声波传播速度，单位为毫米每微秒（mm/μs，即km/s）；C
第2段隔距内声波旅行时间，单位为微秒（us）；第2段隔距，单位为毫米（mm）。根据两点法设置的压电换能器隔距L1、L2的关系L2=nL1。T。也可按公式（5)求得。Ta=nTu-Te
式中：
延迟时间，单位为微秒（μs）；第2段隔距是第1段隔距的倍数；第1段隔距内声波旅行时间，单位为微秒（μs）；Tu
第2段隔距内声波旅行时间，单位为微秒（μus）。（3)
（4）
·（5）
T。可采用公式（3）～公式（5)三个公式中的任何一个公式求得，三个公式求得的结果是一样的。采用两点法相对比较两种纤维材料的动态弹性模量时，应在相同的两段换能器隔距下测试两种纤维材料。换能器隔距宜选择（L，=100mm、L2=200mm）或（Ll=200mm、L2=400mm）或（L150mm、L2=300mm）。对于以上换能器隔距推荐值不适合的长丝，可由有关各方协商确定换能器隔距。
7.4测定纤维试样密度p
按GB/T1033.2测定试样的密度o，单位为kg/m3。7
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