CN117007393A - 一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置及方法，关于材料性能测试技术领域，一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，包括绕丝组件、胶槽、支撑组件、拉紧结构和压紧结构；绕丝组件包括第一绕丝杆和第二绕丝杆，所述第一绕丝杆和第二绕丝杆用于缠绕纤维丝束；胶槽内部盛放有胶液；支撑组件包括第一下支撑板和第二下支撑板。本发明通过采用一步法制备大丝束碳纤维复丝拉伸性能样条，对样条和加强板同时固化，减轻加强片加强过程对样条造成的损伤，也避免了制得的试样在加强过程中脱粘滑移的问题，另外纤维束浸胶固化和加强片加强固化同时进行，缩短样品制备时间，提高样品的制备效率，试样外观平滑、测试结果稳定。
Description
技术领域
本发明是关于材料性能测试技术领域，特别是关于一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置及方法。
背景技术
碳纤维是一种含碳量在90％以上的高性能纤维材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗辐射、导电、导热和相对密度小等一系列优异性能，因此，被广泛应用于航空、航天、汽车、电子、机械、化工、轻纺等领域，具有广泛的发展前景。
根据一束纤维中单丝根数的多少，可以将碳纤维分为大、小丝束。一般将24K规格以下的称为小丝束，24K及以上规格碳纤维称为大丝束碳纤维。相比小丝束碳纤维，大丝束碳纤维具有成本低、来源容易、制备效率高等优点。
相比小丝束碳纤维，大丝束碳纤维存在树脂浸润难度大的难点。样条制备的好坏直接影响纤维力学性能的高低，而树脂浸润和固化过程是样条制备的关键。目前，GB/T3362-2017《碳纤维复丝拉伸性能测试方法》只适合于小丝束碳纤维力学性能的测试，国内尚无评价大丝束碳纤维复丝拉伸性能的有效方法，并且，GB/T3362-2017《碳纤维复丝拉伸性能测试方法》、美国标准ASTMD4018《碳纤维长丝和石墨纤维丝束性能的标准试验方法》和日本标准JISK7073-1988等均采用两步手工制样法，即取一定长度的纤维，将纤维缠绕后进行浸胶、加热固化，冷却后将固化后的样条裁剪成复丝段，然后再对复丝段样条两端粘贴加强片。两步成型法不仅操作繁琐，而且操作过程中容易对固化后的样条造成损伤，导致缺陷增多，导致无法准确表征纤维的力学性能。并且浸胶和缠绕工序，影响样品制备一致性的因素较多，沥胶时间和张力等的差异和不确定性，加之复丝的单丝数量多，均常常导致断裂处呈***状或样条内部存在较大的气孔等。
为满足未来国产大丝束碳纤维研制与生产评价要求，亟需一种操作简单且测试过程对碳纤维样条损伤较小的大丝束碳纤维拉伸样条的制备方法。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置及方法，其能够适合于大丝束碳纤维拉伸样条的制备，不仅有利于解决大丝束浸胶难的问题，而且采用一步成型的方法，有利于减少加强过程中对样条的二次损伤。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，包括绕丝组件、胶槽、支撑组件、拉紧结构和压紧结构；
绕丝组件包括第一绕丝杆和第二绕丝杆，所述第一绕丝杆和第二绕丝杆用于缠绕纤维丝束；
胶槽内部盛放有胶液；
支撑组件包括第一下支撑板和第二下支撑板，所述第一下支撑板和第二下支撑板对称安装在胶槽的上方，用于辅助碳纤维复丝浸胶以及粘贴加强片；
拉紧结构设置在绕丝组件和支撑组件之间，所述拉紧结构能够拉动绕丝组件给碳纤维复丝施加张力；
压紧结构安装在支撑组件上，用于将加强片压紧粘贴在碳纤维复丝的端部。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述拉紧结构包括绕丝杆固定块和滑动组件，所述绕丝杆固定块在第一绕丝杆和第二绕丝杆上分别活动连接一组，所述第一绕丝杆和第二绕丝杆上的绕丝杆固定块分别通过滑动组件滑动安装在第一下支撑板和第二下支撑板的底端。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述滑动组件包括张紧滑块、张紧螺栓和滑槽，所述滑槽在第一下支撑板和第二下支撑板的下方分别固定安装一组，所述张紧滑块滑动连接在滑槽的内部，且张紧滑块与绕丝杆固定块固定连接，所述张紧滑块上开设有螺孔，所述张紧螺栓的一侧贯穿张紧滑块上的螺孔并与滑槽构成转动连接。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述拉紧结构包括绕丝杆固定块和滑动结构，所述绕丝杆固定块在第一下支撑板和第二下支撑板的底端分别固定安装一组，所述第一绕丝杆和第二绕丝杆分别通过滑动结构滑动安装在第一下支撑板和第二下支撑板底端的绕丝杆固定块上。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述滑动结构包括四方槽、紧固螺母、螺纹拉杆和四方块，所述四方槽开设在绕丝杆固定块的一侧，所述四方块滑动连接在四方槽的内部，所述螺纹拉杆固定连接在四方块的一侧，所述紧固螺母活动安装在绕丝杆固定块的一侧，所述紧固螺母与螺纹拉杆之间相匹配。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述压紧结构包括升降组件和上压板，所述升降组件在第一下支撑板和第二下支撑板上分别安装一组，所述上压板固定安装在升降组件上，所述上压板包括第一上压板和第二上压板。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述升降组件包括第一移动球头、第二移动球头、第一移动螺杆、第二移动螺杆、第一旋转手柄和第二旋转手柄，所述第一下支撑板和第二下支撑板上分别开设有螺纹孔，所述第一移动螺杆的底端贯穿第一下支撑板上的螺纹孔并与第一移动球头固定连接，所述第一移动球头与第一上压板固定连接，所述第一旋转手柄固定连接在第一移动螺杆的顶端，所述第二移动螺杆的底端贯穿第二下支撑板上的螺纹孔并与第二移动球头固定连接，所述第二移动球头与第二上压板固定连接，所述第二旋转手柄固定连接在第二移动螺杆的顶端。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述升降组件包括第一弹簧、第二弹簧、第一移动滑杆、第二移动滑杆、第一拉块和第二拉块，所述第一下支撑板和第二下支撑板上分别开设有伸缩孔，所述第一移动滑杆的底端贯穿第一下支撑板上的伸缩孔并与第一上压板固定连接，所述第一拉块固定连接在第一移动滑杆的顶端，所述第一弹簧套设在第一移动滑杆的外部，所述第二移动滑杆的底端贯穿第二下支撑板上的伸缩孔并与第二上压板固定连接，所述第二拉块固定连接在第二移动滑杆的顶端，所述第二弹簧套设在第二移动滑杆的外部。
在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一移动滑杆和第二移动滑杆上分别开设有通孔，所述通孔的内部插接有限位销。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的方法，包括以下步骤：
S1，将纤维丝束以自然张力状态缠绕在第一绕丝杆和第二绕丝杆之间；
S2，将缠绕好的纤维丝束浸入装有胶液的胶槽中浸胶；
S3，从胶槽中取出浸胶后的纤维丝束并沥胶，同时在室温条件下晾置；
S4，通过拉紧结构拉动第一绕丝杆或第二绕丝杆，对浸胶后的纤维丝束施加张力；
S5，先通过升降组件分别带动第一上压板和第二上压板向上移动，使第一上压板和第二上压板与第一下支撑板和第二下支撑板上的下托板之间的间隙逐渐增大，在第一上压板和第二上压板的下方安装上加强片，在加强片定位槽内部安装下加强片，再将第一绕丝杆和第二绕丝杆旋转180°至第一下支撑板和第二下支撑板上的限位槽内，使纤维丝束翻转至上加强片和下加强片之间；
S6，向下加强片上的凹槽内部注入定量的树脂；
S7，通过升降组件给第一上压板和第二上压板施加向下的压力，使上加强片和下加强片在第一上压板和第二上压板压力的作用下粘合。
S8，给粘合有上加强片和下加强片的纤维丝束加热固化后得到测试样条。
与现有技术相比，根据本发明实施方式具有以下技术效果：
本发明通过采用一步法制备大丝束碳纤维复丝拉伸性能样条，对样条和加强板同时固化，减轻加强片加强过程对样条造成的损伤，也避免了制得的试样在加强过程中脱粘滑移的问题，另外纤维束浸胶固化和加强片加强固化同时进行，缩短样品制备时间，提高样品的制备效率，试样外观平滑、测试结果稳定。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置浸胶状态结构示意图一；
图2是根据本发明一实施方式的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置翻转状态结构示意图；
图3是根据本发明一实施方式的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置压紧加强状态结构示意图；
图4是根据本发明一实施方式的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置加强状态结构侧视图；
图5是根据本发明一实施方式的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置加强片结构示意图；
图6是根据本发明一实施方式的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置张紧滑块结构示意图；
图7是根据本发明一实施方式的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置浸胶状态结构示意图二；
图8是根据本发明一实施方式的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置图7中A处放大图。
主要附图标记说明：
1、第一绕丝杆；2、第二绕丝杆；3、纤维丝束；4、绕丝杆固定块；5、张紧滑块；6、张紧螺栓；7、滑槽；8、第一下支撑板；9、第二下支撑板；10、第一移动球头；11、第二移动球头；12、第一上压板；13、第二上压板；14、第一移动螺杆；15、第二移动螺杆；16、第一旋转手柄；17、第二旋转手柄；18、限位槽；19、加强片定位槽；20、上加强片；21、下加强片；22、翻转手柄；23、胶槽；24、第一弹簧；25、第二弹簧；26、第一移动滑杆；27、第二移动滑杆；28、第一拉块；29、第二拉块；30、限位销；31、四方槽；32、紧固螺母；33、螺纹拉杆；34、四方块。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1至图8所示，根据本发明优选实施方式的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，包括绕丝组件，绕丝组件包括第一绕丝杆1和第二绕丝杆2，第一绕丝杆1和第二绕丝杆2用于缠绕纤维丝束3。
具体的，取一定长度的碳纤维，一端固定于第一绕丝杆1上，自然张力向第二绕丝杆2上缠绕纤维丝束3，最终将碳纤维的另一端也固定在第一绕丝杆1上。
参图1和图7所示，胶槽23内部盛放有足量的胶液，当纤维丝束3放入胶槽23内部，纤维丝束3能够完全浸没在胶液中，从而完成浸胶工序。
为了保证胶液的均匀性，胶槽23底部安装有磁子搅拌器，图中未示出，且磁子搅拌器与丝束之间的垂直距离至少5～8cm。通过磁子搅拌器保证胶液中树脂、固化剂和溶剂三者的混合均匀性。同时，为了避免胶液发生不同程度的固化而影响胶液性能，胶槽23为恒温胶槽，内部安装有控温装置，通过设定温度，保证温度恒定。
其中，胶液包括以下质量份组分：环氧树脂100、固化剂80～120、溶剂100～200。环氧树脂优选缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、4，4-二氨基二苯醚四缩水甘油基环氧树脂中的至少一种。固化剂优选邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐甘油酯或聚壬二酸酐中的至少一种。溶剂优选丙酮、甲苯、二甲苯中的至少一种。
具体的，将缠绕好复丝的框架浸入胶液中5～15min，然后沥胶3～7min，确保胶液与纤维充分结合，保证浸润的充分性。
参图1和图4所示，支撑组件包括第一下支撑板8和第二下支撑板9，第一下支撑板8和第二下支撑板9均呈“C”字型结构对称安装在胶槽23的上方。第一下支撑板8和第二下支撑板9内部的底端开设有加强片定位槽19，加强片定位槽19用于放置下加强片21。上加强片20安装在第一上压板12和第二上压板13的底端。
本发明实施例中，加强片可以为浸胶固化的牛皮纸、碳纤维复合材料及砂纸中的至少一种。其中，上加强片20厚度为0.5～1.5mm，下加强片21中央带有凹槽，深度为2～4mm，可以向其中注入定量的树脂。
参图1和图7所示，拉紧结构设置在绕丝组件和支撑组件之间，拉紧结构能够拉动绕丝组件给纤维丝束3施加张力，确保浸胶后样条张力的一致性和样条内部单丝间平直且受力均匀，并将浸胶后的纤维丝束3在室温下晾置10～30min。其中，拉紧结构对纤维丝束3施加张力为30～50N。
参图1所示，拉紧结构包括绕丝杆固定块4和滑动组件，绕丝杆固定块4在第一绕丝杆1和第二绕丝杆2上分别活动连接一组。第一绕丝杆1和第二绕丝杆2上的绕丝杆固定块4分别通过滑动组件滑动安装在第一下支撑板8和第二下支撑板9的底端。
滑动组件包括张紧滑块5、张紧螺栓6和滑槽7，滑槽7在第一下支撑板8和第二下支撑板9的下方分别固定安装一组，张紧滑块5滑动连接在滑槽7的内部，且张紧滑块5与绕丝杆固定块4固定连接，张紧滑块5上开设有螺孔，张紧螺栓6的一侧贯穿张紧滑块5上的螺孔并与滑槽7构成转动连接。
具体的，转动张紧螺栓6驱动张紧滑块5在滑槽7内部滑动，从而带动绕丝杆固定块4向外侧移动，从而逐渐对纤维丝束3施加张力，确保浸胶后单丝间平直且张力一致，同时，随着纤维丝束3所受张力的增大，挤出3内部多余的胶液。
其中，参图2所示，第一绕丝杆1和第二绕丝杆2均与对应的绕丝杆固定块4转动连接，使得第一绕丝杆1和第二绕丝杆2均能够向上旋转180°，从而将纤维丝束3翻转至第一下支撑板8和第二下支撑板9的内部进行粘贴加强片。
参图7所示，拉紧结构还可以包括绕丝杆固定块4和滑动结构，绕丝杆固定块4在第一下支撑板8和第二下支撑板9的底端分别固定安装一组，第一绕丝杆1和第二绕丝杆2分别通过滑动结构滑动安装在第一下支撑板8和第二下支撑板9底端的绕丝杆固定块4上。
参图7和图8所示，滑动结构包括四方槽31、紧固螺母32、螺纹拉杆33和四方块34，四方槽31开设在绕丝杆固定块4的一侧，四方块34滑动连接在四方槽31的内部，螺纹拉杆33固定连接在四方块34的一侧，紧固螺母32活动安装在绕丝杆固定块4的一侧，紧固螺母32与螺纹拉杆33之间相匹配。
具体的，转动紧固螺母32，紧固螺母32向外拉动螺纹拉杆33，使四方块34向四方槽31内部滑动，从而能够带动任意的第一绕丝杆1或第二绕丝杆2向外移动，进而逐渐对纤维丝束3施加张力，确保浸胶后单丝间平直且张力一致，同时，随着纤维丝束3所受张力的增大，挤出纤维束内部多余的胶液。
其中，第一绕丝杆1和第二绕丝杆2均与对应的四方块34转动连接，使得第一绕丝杆1和第二绕丝杆2均能够向上旋转180°，从而将纤维丝束3翻转至第一下支撑板8和第二下支撑板9的内部进行粘贴加强片。
参图1和图2所示，第一绕丝杆1和第二绕丝杆2之间还安装有可进行弹性伸缩的翻转手柄22，方便翻转操作。
压紧结构安装在支撑组件上，用于将加强片压紧粘贴在纤维丝束3的端部。其中，压紧结构施加的压力为100～200N。
参图1和图7所示，压紧结构包括升降组件和上压板，升降组件在第一下支撑板8和第二下支撑板9上分别安装一组，上压板固定安装在升降组件上，上压板包括第一上压板12和第二上压板13。
参图2和图3所示，升降组件包括第一移动球头10、第二移动球头11、第一移动螺杆14、第二移动螺杆15、第一旋转手柄16和第二旋转手柄17，第一下支撑板8和第二下支撑板9上分别开设有螺纹孔，第一移动螺杆14的底端贯穿第一下支撑板8上的螺纹孔并与第一移动球头10固定连接，第一移动球头10与第一上压板12固定连接，第一旋转手柄16固定连接在第一移动螺杆14的顶端，第二移动螺杆15的底端贯穿第二下支撑板9上的螺纹孔并与第二移动球头11固定连接，第二移动球头11与第二上压板13固定连接，第二旋转手柄17固定连接在第二移动螺杆15的顶端。
具体的，通过第一旋转手柄16转动第一移动螺杆14，使第一移动螺杆14在第一下支撑板8上的螺纹孔内部转动升降，从而带动第一移动球头10及其底部安装的第一上压板12进行升降。同理，通过第二旋转手柄17转动第二移动螺杆15，使第二移动螺杆15带动第二移动球头11及其底部安装的第二上压板13进行升降。通过第一上压板12和第二上压板13的升降能够在纤维丝束3的两端压紧粘贴加强片。
参图7结合图2和图3所示，升降组件包括第一弹簧24、第二弹簧25、第一移动滑杆26、第二移动滑杆27、第一拉块28和第二拉块29，第一下支撑板8和第二下支撑板9上分别开设有伸缩孔，第一移动滑杆26的底端贯穿第一下支撑板8上的伸缩孔并与第一上压板12固定连接，第一拉块28固定连接在第一移动滑杆26的顶端，第一弹簧24套设在第一移动滑杆26的外部，第二移动滑杆27的底端贯穿第二下支撑板9上的伸缩孔并与第二上压板13固定连接，第二拉块29固定连接在第二移动滑杆27的顶端，第二弹簧25套设在第二移动滑杆27的外部。
参图7所示，第一移动滑杆26和第二移动滑杆27上分别开设有通孔，通孔的内部插接有限位销30。第一移动滑杆26和第二移动滑杆27上的限位销30能够起到限位效果，阻止第一弹簧24和第二弹簧25压缩后的复位。
具体的，取下第一移动滑杆26和第二移动滑杆27上的限位销30，依靠弹簧的弹力对第一上压板12和第二上压板13施加向下的压力，使加强片在第一上压板12和第二上压板13压力的作用下粘合。
值得注意的是，浸胶后的纤维丝束3在张力状态下粘贴加强片，避免了二次加强过程固化样条发生蠕变。
一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的方法，包括以下步骤：
S1，将纤维丝束3以自然张力状态缠绕在第一绕丝杆1和第二绕丝杆2之间；
S2，将缠绕好的纤维丝束3浸入装有胶液的胶槽23中浸胶；
S3，从胶槽23中取出浸胶后的纤维丝束3并沥胶，同时在室温条件下晾置；
S4，通过拉紧结构拉动第一绕丝杆1或第二绕丝杆2，对浸胶后的纤维丝束3施加张力；
S5，先通过升降组件分别带动第一上压板12和第二上压板13向上移动，使第一上压板12和第二上压板13与第一下支撑板8和第二下支撑板9上的下托板之间的间隙逐渐增大，在第一上压板12和第二上压板13的下方安装上加强片20，在加强片定位槽19内部安装下加强片21，再将第一绕丝杆1和第二绕丝杆2旋转180°至第一下支撑板8和第二下支撑板9上的限位槽18内，使纤维丝束3翻转至上加强片20和下加强片21之间；
S6，向下加强片21上的凹槽内部注入定量的树脂；
S7，通过升降组件给第一上压板12和第二上压板13施加向下的压力，使上加强片20和下加强片21在第一上压板12和第二上压板13压力的作用下粘合。
S8，给粘合有上加强片20和下加强片21的纤维丝束3加热固化后得到测试样条。
在本发明实施例中，加热固化温度为100～200℃，固化时间为100～200min。
在本发明实施例中，纤维丝束3优选24～60k，相应地，施加自然张力时，优选5～20N。
具体地，当纤维丝束3为24k时，张力为5～10N；当纤维丝束3为36k时，张力为10～15N；当纤维丝束3为48k、50k或60k时，张力为15～20N。
以下为本发明的几个具体实施例：
实施例1：
采用5N张力将国产T700S-24K碳纤维复丝缠绕在第一绕丝杆1和第二绕丝杆2之间，向胶槽23中依次加入100质量份缩水甘油醚型环氧树脂、80质量份四氢苯二甲酸酐和100份丙酮，设定胶槽23内部温度，并开启磁子搅拌器，将胶液混合均匀。将绕好的复丝浸入胶液中浸渍5min，保证胶液没过纤维束，且浸胶充分。
5min后取出，沥胶3min后，在室温下晾置10min，采用浸渍树脂的牛皮纸加强片，并向下加强片21上的凹槽内注入2mL树脂，对加强片施加100N压力，然后置入鼓风干燥箱内固化，复丝固化工艺为(80℃/0.5h)+(120℃/1.5h)，冷却后裁剪成30cm的复丝段，大丝束碳纤维复丝拉伸性能见表1所示。
实施例2：
采用10N张力将台塑TC35-48K碳纤维复丝缠绕在第一绕丝杆1和第二绕丝杆2之间，向胶槽23中依次加入100质量份缩水甘油醚型环氧树脂、90质量份四氢苯二甲酸酐和140份丙酮，设定胶槽23内部温度，并开启磁子搅拌器，将胶液混合均匀。将绕好的复丝浸入胶液中浸渍10min，保证胶液没过纤维束，且浸胶充分。
10min后取出，沥胶5min后，在室温下晾置20min，采用浸渍砂纸加强片，并向下加强片21上的凹槽内注入3mL树脂，对加强片施加150N压力，然后置入鼓风干燥箱内固化，复丝固化工艺为(80℃/0.5h)+(120℃/2h)，冷却后裁剪成30cm的复丝段，大丝束碳纤维复丝拉伸性能见表1所示。
实施例3：
采用10N张力将日本三菱公司TR330-50K碳纤维复丝缠绕在第一绕丝杆1和第二绕丝杆2之间，向胶槽23中依次加入100质量份缩水甘油醚型环氧树脂、90质量份四氢苯二甲酸酐和140份丙酮，设定胶槽23内部温度，并开启磁子搅拌器，将胶液混合均匀。将绕好的复丝浸入胶液中浸渍10min，保证胶液没过纤维束，且浸胶充分。
10min后取出，沥胶5min后，在室温下晾置20min，采用浸渍砂纸加强片，并向下加强片21上的凹槽内注入3mL树脂，对加强片施加150N压力，然后置入鼓风干燥箱内固化，复丝固化工艺为(80℃/0.5h)+(120℃/2h)，冷却后裁剪成30cm的复丝段，大丝束碳纤维复丝拉伸性能见表1所示。
实施例4：
采用15N张力将日本三菱公司TRH50-60K碳纤维复丝缠绕在第一绕丝杆1和第二绕丝杆2之间，向胶槽23中依次加入100质量份缩水甘油醚型环氧树脂、100质量份四氢苯二甲酸酐和180份丙酮，设定胶槽23内部温度，并开启磁子搅拌器，将胶液混合均匀。将绕好的复丝浸入胶液中浸渍15min，保证胶液没过纤维束，且浸胶充分。
15min后取出，沥胶7min后，在室温下晾置30min，采用复合材料加强片，并向下加强片21上的凹槽内注入5mL树脂，对加强片施加200N压力，然后置入鼓风干燥箱内固化，复丝固化工艺为(80℃/0.5h)+(120℃/2.5h)，冷却后裁剪成30cm的复丝段，大丝束碳纤维复丝拉伸性能见表1所示。
比较例1
两步法手工制备国产T700SC-24K碳纤维复丝拉伸样条的测试值见表1所示。
比较例2
两步法手工制备台塑TC35-48K碳纤维复丝拉伸样条的测试值见表1所示。
比较例3
两步法手工制备日本三菱公司TR330-50K碳纤维复丝拉伸样条的测试值见表1所示。
比较例4
两步法手工制备日本三菱公司TRH50-60K碳纤维复丝拉伸样条的测试值见表1所示。
表1大丝束碳纤维复丝拉伸性能参数表
本发明通过采用一步法制备大丝束碳纤维复丝拉伸性能样条，对样条和加强板同时固化，减轻加强片加强过程对样条造成的损伤，也避免了制得的试样在加强过程中脱粘滑移的问题，另外纤维束浸胶固化和加强片加强固化同时进行，缩短样品制备时间，提高样品的制备效率，试样外观平滑、测试结果稳定。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，其特征在于，包括：
绕丝组件，包括第一绕丝杆和第二绕丝杆，所述第一绕丝杆和第二绕丝杆用于缠绕纤维丝束；
胶槽，内部盛放有胶液；
支撑组件，包括第一下支撑板和第二下支撑板，所述第一下支撑板和第二下支撑板对称安装在胶槽的上方，用于辅助碳纤维复丝浸胶以及粘贴加强片；
拉紧结构，设置在绕丝组件和支撑组件之间，所述拉紧结构能够拉动绕丝组件给碳纤维复丝施加张力；
压紧结构，安装在支撑组件上，用于将加强片压紧粘贴在碳纤维复丝的端部。
2.如权利要求1所述的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，其特征在于，所述拉紧结构包括绕丝杆固定块和滑动组件，所述绕丝杆固定块在第一绕丝杆和第二绕丝杆上分别活动连接一组，所述第一绕丝杆和第二绕丝杆上的绕丝杆固定块分别通过滑动组件滑动安装在第一下支撑板和第二下支撑板的底端。
3.如权利要求2所述的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，其特征在于，所述滑动组件包括张紧滑块、张紧螺栓和滑槽，所述滑槽在第一下支撑板和第二下支撑板的下方分别固定安装一组，所述张紧滑块滑动连接在滑槽的内部，且张紧滑块与绕丝杆固定块固定连接，所述张紧滑块上开设有螺孔，所述张紧螺栓的一侧贯穿张紧滑块上的螺孔并与滑槽构成转动连接。
4.如权利要求1所述的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，其特征在于，所述拉紧结构包括绕丝杆固定块和滑动结构，所述绕丝杆固定块在第一下支撑板和第二下支撑板的底端分别固定安装一组，所述第一绕丝杆和第二绕丝杆分别通过滑动结构滑动安装在第一下支撑板和第二下支撑板底端的绕丝杆固定块上。
5.如权利要求4所述的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，其特征在于，所述滑动结构包括四方槽、紧固螺母、螺纹拉杆和四方块，所述四方槽开设在绕丝杆固定块的一侧，所述四方块滑动连接在四方槽的内部，所述螺纹拉杆固定连接在四方块的一侧，所述紧固螺母活动安装在绕丝杆固定块的一侧，所述紧固螺母与螺纹拉杆之间相匹配。
6.如权利要求1所述的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，其特征在于，所述压紧结构包括升降组件和上压板，所述升降组件在第一下支撑板和第二下支撑板上分别安装一组，所述上压板固定安装在升降组件上，所述上压板包括第一上压板和第二上压板。
7.如权利要求6所述的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，其特征在于，所述升降组件包括第一移动球头、第二移动球头、第一移动螺杆、第二移动螺杆、第一旋转手柄和第二旋转手柄，所述第一下支撑板和第二下支撑板上分别开设有螺纹孔，所述第一移动螺杆的底端贯穿第一下支撑板上的螺纹孔并与第一移动球头固定连接，所述第一移动球头与第一上压板固定连接，所述第一旋转手柄固定连接在第一移动螺杆的顶端，所述第二移动螺杆的底端贯穿第二下支撑板上的螺纹孔并与第二移动球头固定连接，所述第二移动球头与第二上压板固定连接，所述第二旋转手柄固定连接在第二移动螺杆的顶端。
8.如权利要求6所述的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，其特征在于，所述升降组件包括第一弹簧、第二弹簧、第一移动滑杆、第二移动滑杆、第一拉块和第二拉块，所述第一下支撑板和第二下支撑板上分别开设有伸缩孔，所述第一移动滑杆的底端贯穿第一下支撑板上的伸缩孔并与第一上压板固定连接，所述第一拉块固定连接在第一移动滑杆的顶端，所述第一弹簧套设在第一移动滑杆的外部，所述第二移动滑杆的底端贯穿第二下支撑板上的伸缩孔并与第二上压板固定连接，所述第二拉块固定连接在第二移动滑杆的顶端，所述第二弹簧套设在第二移动滑杆的外部。
9.如权利要求8所述的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，其特征在于，所述第一移动滑杆和第二移动滑杆上分别开设有通孔，所述通孔的内部插接有限位销。
10.一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的方法，采用如权利要求1～9所述的一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将纤维丝束以自然张力状态缠绕在第一绕丝杆和第二绕丝杆之间；
S2，将缠绕好的纤维丝束浸入装有胶液的胶槽中浸胶；
S3，从胶槽中取出浸胶后的纤维丝束并沥胶，同时在室温条件下晾置；
S4，通过拉紧结构拉动第一绕丝杆或第二绕丝杆，对浸胶后的纤维丝束施加张力；
S5，先通过升降组件分别带动第一上压板和第二上压板向上移动，使第一上压板和第二上压板与第一下支撑板和第二下支撑板上的下托板之间的间隙逐渐增大，在第一上压板和第二上压板的下方安装上加强片，在加强片定位槽内部安装下加强片，再将第一绕丝杆和第二绕丝杆旋转180°至第一下支撑板和第二下支撑板上的限位槽内，使纤维丝束翻转至上加强片和下加强片之间；
S6，向下加强片上的凹槽内部注入定量的树脂；
S7，通过升降组件给第一上压板和第二上压板施加向下的压力，使上加强片和下加强片在第一上压板和第二上压板压力的作用下粘合；
S8，给粘合有上加强片和下加强片的纤维丝束加热固化后得到测试样条。
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| CN202310906722.2A CN117007393A (zh) | 2023-07-24 | 2023-07-24 | 一步成型制备大丝束碳纤维复丝拉伸样条的装置及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118067481A (zh) * | 2024-04-18 | 2024-05-24 | 成都纺织高等专科学校 | 一种纤维材料的浸胶纱拉伸测试用夹持端制样装置及方法 |
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2023
- 2023-07-24 CN CN202310906722.2A patent/CN117007393A/zh active Pending
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