一種測(cè)試預(yù)浸料層間粘結(jié)性能的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及符合材料自動(dòng)鋪放技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)試預(yù)浸料層間粘結(jié)性能的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自動(dòng)鋪放技術(shù)是一種低成本復(fù)合材料成型技術(shù)，包括自動(dòng)鋪帶技術(shù)(AutomatedTape Laying，ATL)和自動(dòng)鋪絲技術(shù)(Automatic Fiber Placement，AFP)，其將材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造連為一體，高度集成了數(shù)控機(jī)床技術(shù)、材料工藝技術(shù)和CAD/CAM軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)浸料的自動(dòng)鋪放、壓實(shí)、剪切和重送等加工能力，特別適合于生產(chǎn)大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。在自動(dòng)鋪放技術(shù)中，材料體系的選擇及鋪放工藝控制是當(dāng)前亟需解決的重要課題。
[0003]預(yù)浸料是自動(dòng)鋪放過程中所使用的材料，是由連續(xù)增強(qiáng)纖維浸漬基體樹脂制成的組合物。在自動(dòng)鋪放過程中，預(yù)浸料的粘結(jié)性能是一項(xiàng)重要指標(biāo)，其直接決定了該種預(yù)浸料是否適合用于自動(dòng)鋪放，合適的粘結(jié)性能保證預(yù)浸料既容易鋪貼在模具或上一鋪層表面又容易去除表面的聚乙烯薄膜和背襯紙。因此，測(cè)定預(yù)浸料的粘結(jié)性能對(duì)自動(dòng)鋪放過程中工藝參數(shù)的選擇具有指導(dǎo)意義。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外均對(duì)預(yù)浸料粘結(jié)性能的測(cè)試裝置和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了探索，但由于測(cè)試過程不能完全模擬自動(dòng)鋪放過程而不能準(zhǔn)確表征自動(dòng)鋪放過程中預(yù)浸料的層間粘結(jié)性會(huì)K。
[0005]應(yīng)該注意，上面對(duì)技術(shù)背景的介紹只是為了方便對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的說明，并方便本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而闡述的。不能僅僅因?yàn)檫@些方案在本申請(qǐng)的【背景技術(shù)】部分進(jìn)行了闡述而認(rèn)為上述技術(shù)方案為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請(qǐng)實(shí)施方式的目的在于提供一種測(cè)試預(yù)浸料層間粘結(jié)性能的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法，使之符合大型復(fù)合材料構(gòu)件自動(dòng)鋪放工程實(shí)際，為自動(dòng)鋪放過程中工藝參數(shù)的選擇提供可靠依據(jù)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)一方面提供一種測(cè)試預(yù)浸料層間粘結(jié)性能的實(shí)驗(yàn)裝置，所述裝置包括主體機(jī)構(gòu)、導(dǎo)料機(jī)構(gòu)以及剝離機(jī)構(gòu)，其中，所述主體機(jī)構(gòu)包括底座、控制柜、速度控制部以及壓力控制部，其中，所述速度控制部包括步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)安裝板、聯(lián)軸器、主動(dòng)娃橡膠錕以及一對(duì)固定支座，所述步進(jìn)電機(jī)由所述步進(jìn)電機(jī)安裝板固定支撐，所述步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸通過所述聯(lián)軸器與所述主動(dòng)硅橡膠輥相連接，所述一對(duì)固定支座分別位于所述主動(dòng)硅橡膠輥的兩端，所述主動(dòng)硅橡膠輥的兩端分別穿過所述固定支座上的預(yù)設(shè)通孔;所述壓力控制部包括一對(duì)氣缸、一對(duì)氣缸支撐板、一對(duì)加壓輔助板、被動(dòng)娃橡膠棍以及一對(duì)壓力傳感器，所述被動(dòng)硅橡膠輥平行地位于所述主動(dòng)硅橡膠輥的上方，所述被動(dòng)硅橡膠輥的兩端與所述主動(dòng)硅橡膠輥的兩端對(duì)齊，所述氣缸、氣缸支撐板以及壓力傳感器均對(duì)稱地位于所述被動(dòng)硅橡膠輥的兩端，所述氣缸支撐板以及所述壓力傳感器通過螺釘固定在所述底座上，所述氣缸位于所述氣缸支撐板的上方并通過所述加壓輔助板與所述被動(dòng)硅橡膠輥相連接，以對(duì)所述被動(dòng)硅橡膠輥加壓，所述壓力傳感器位于所述固定支座的下方;所述導(dǎo)料機(jī)構(gòu)包括上導(dǎo)料板、下導(dǎo)料板以及安裝支架，所述上導(dǎo)料板的高度和傾斜角度可調(diào)節(jié)，用于鋪放上層預(yù)浸料，所述下導(dǎo)料板呈水平放置，用于鋪放下層預(yù)浸料;所述剝離機(jī)構(gòu)包括拉伸試驗(yàn)機(jī)、位于所述拉伸試驗(yàn)機(jī)中間鏤空區(qū)域的上夾頭和下夾頭，所述上夾頭用于夾持上層預(yù)浸帶的未粘結(jié)端，所述下夾頭用于夾持下層預(yù)浸帶的未粘結(jié)端，所述上夾頭和所述下夾頭可在所述拉伸試驗(yàn)機(jī)的作用下相對(duì)發(fā)生位移。
[0008]本申請(qǐng)一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述主體機(jī)構(gòu)還包括溫度控制部，所述溫度控制部包括熱風(fēng)機(jī)、加熱管、熱風(fēng)機(jī)安裝板以及一對(duì)加熱管安裝支架，其中，所述熱風(fēng)機(jī)安裝板固定于所述氣缸支撐板上，所述熱風(fēng)機(jī)通過所述熱風(fēng)機(jī)安裝板固定于所述加熱管的一端，所述熱風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與所述加熱管相連接，所述加熱管的兩端分別通過所述加熱管安裝支架固定于所述氣缸支撐板上。
[0009]本申請(qǐng)一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度控制部中還包括熱電偶，所述熱電偶固定于所述加熱管內(nèi)，用于測(cè)量所述加熱管內(nèi)的溫度。
[0010]本申請(qǐng)一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述控制柜中包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、PLC、直流電源、壓力放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、溫控表以及電磁繼電器，其中，所述直流電源為所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、PLC、壓力放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、溫控表以及電磁繼電器供電，所述PLC生成的脈沖信號(hào)經(jīng)所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收后，由所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng);所述壓力放大器將所述壓力傳感器采集的壓力模擬信號(hào)放大后輸入所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以將所述壓力模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓力數(shù)字信號(hào);所述溫控表用于控制并顯示所述加熱管中的溫度，所述電磁繼電器用于控制電路的通斷。
[0011]本申請(qǐng)一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述壓力控制部中還包括調(diào)壓閥，所述調(diào)壓閥用于調(diào)節(jié)所述氣缸內(nèi)的壓力。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)另一方面提供一種測(cè)試預(yù)浸料層間粘結(jié)性能的實(shí)驗(yàn)方法，所述方法包括:將預(yù)浸料裁成長(zhǎng)400毫米，寬300毫米的上層預(yù)浸帶和下層預(yù)浸帶并去掉每條預(yù)浸帶表面的背襯紙，在每條預(yù)浸帶的一端貼上長(zhǎng)度為50毫米，寬為300毫米的聚乙烯薄膜;將上層預(yù)浸帶沒有貼所述薄膜的面朝下，將下層預(yù)浸帶沒有貼所述薄膜的面朝上，分別放置于上導(dǎo)料板和下導(dǎo)料板上；當(dāng)所述實(shí)驗(yàn)裝置的壓力控制部中的氣缸處于松動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將所述上層預(yù)浸帶和下層預(yù)浸帶繞過所述加熱管，兩面相對(duì)地穿過所述主動(dòng)硅橡膠輥和所述被動(dòng)硅橡膠輥之間；通過所述調(diào)壓閥調(diào)節(jié)所述氣缸的氣壓，壓緊所述主動(dòng)硅橡膠輥與所述被動(dòng)硅橡膠輥之間的上層預(yù)浸帶和下層預(yù)浸帶；利用所述溫控表調(diào)節(jié)鋪放溫度，利用所述PLC調(diào)節(jié)所述步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；啟動(dòng)所述實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)所述上層預(yù)浸帶和下層預(yù)浸帶進(jìn)行鋪疊，并利用所述壓力傳感器及所述熱電偶分別采集鋪疊過程中的壓力值和溫度值；鋪疊完成后，取下鋪疊后的預(yù)浸料疊層，將所述預(yù)浸料疊層裁剪為寬50毫米，長(zhǎng)400毫米的試樣;將所述試樣的上層預(yù)浸帶和下層預(yù)浸帶中未粘結(jié)的一端分別夾持于所述上夾頭和下夾頭上；以預(yù)設(shè)速度分離所述上夾頭和所述下夾頭，以將所述上層預(yù)浸帶和下層預(yù)浸帶進(jìn)行剝離，并通過所述拉伸試驗(yàn)機(jī)記錄拉伸過程中施加于所述試樣上的力以及所述上夾頭和所述下夾頭的位移之間的關(guān)系曲線;根據(jù)記錄的所述關(guān)系曲線，計(jì)算平均剝離力，并將所述平均剝離力確定為所述試樣的層間粘結(jié)性能參數(shù)。
[0013]在本申請(qǐng)一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述平均剝離力的單位為N/50mm。
[0014]在本申請(qǐng)一優(yōu)選實(shí)施方式中，在將所述平均剝離力確定為所述試樣的層間粘結(jié)性能參數(shù)之后，所述方法還包括:進(jìn)行M次鋪疊過程，并且從每次鋪疊后的預(yù)浸料中選取一份試樣進(jìn)行剝離實(shí)驗(yàn)，得到對(duì)應(yīng)的M個(gè)層間粘結(jié)性能參數(shù);對(duì)得到的所述M個(gè)層間粘結(jié)性能參數(shù)求取平均值，并將得到的所述平均值確定為預(yù)浸料的層間粘結(jié)性能參數(shù)，其中，M為大于或者等于2的整數(shù)。
[0015]由以上本申請(qǐng)實(shí)施方式提供的技術(shù)方案可見，本申請(qǐng)的有益效果在于:
[0016]I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單:本發(fā)明中通過兩個(gè)壓輥模擬自動(dòng)鋪放過程，由主動(dòng)硅橡膠輥的速度控制和被動(dòng)硅橡膠輥的壓力控制模擬自動(dòng)鋪放過程中的鋪放速度和鋪放壓力，結(jié)構(gòu)上得到了極大的簡(jiǎn)化；
[0017]2)壓力的可測(cè)性:通過壓力傳感器可準(zhǔn)確測(cè)量模擬鋪放過程中對(duì)預(yù)浸料所施加的壓力，方便研究鋪放壓力對(duì)預(yù)浸料粘結(jié)性能的影響；
[0018]3)成本低，操作簡(jiǎn)單:本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投入成本低，實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)，使用方便。
[0019]參照后文的說明和附圖，詳細(xì)公開了本申請(qǐng)的特定實(shí)施方式，指明了本申請(qǐng)的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本申請(qǐng)的實(shí)施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本申請(qǐng)的實(shí)施方式包括許多改變、修改和等同。
[0020]針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。
[0021]應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、整件、步