CN105203348A - 一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器及工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，具有手柄，手柄的端部可拆卸式固定连接取样框，取样框上设置取样刀片，所述取样框与取样刀片可拆卸式连接，所述取样刀片为与取样框相匹配的框状结构。实现多处反复使用，实现快捷、便利地对料卷进行取样，以达到有效监控预浸料的状态。

Description

一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器及工艺方法

技术领域

本发明涉及一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器及工艺方法，尤其适用于现场在线监控预浸料面密度和树脂含量测试。

背景技术

碳纤维增强复合材料由于具有强度高、模量大、抗腐蚀性强、耐疲劳程度高、比重小、耐高温等优于其他纤维增强复合材料的特质，而被广泛应用于国内外航空航天以及生产生活中的众多领域。随着航空航天、风能和汽车行业的发展，对耐高温型碳纤维增强复合材料的需求与日俱增，碳纤维增强聚合物基复合材料在高温下的应用成为继追求轻质要求后又一追求目标。

预浸料被广泛应用于航空航天中，特别是飞机机翼等航空构件的重要材料。制造预浸料的方法有很多，根据浸渍树脂的状态分为干法和湿法。湿法主要是指纤维经过装有树脂溶液的胶槽，经过挤胶、烘干、铺垫隔离纸和压实成型。干法又称胶膜法、两步法、热熔法，特别适合制造宽幅预浸料。将预浸料的制备过程分成两部分，首先要制造一定宽度的均匀平整的树脂胶膜，然后用所制胶膜在一定温度、压力下与一定数量的纤维进行复合、预浸，最终制备出符合要求的预浸料。

然而目前复合材料的广泛使用，新型号越来越多，原材料种类繁多，复合材料构件整体化程度越来越高，结构尺寸大型化复杂化，产品的制造难度对业界提出了更高的要求，因此只有建立原材料面密度和树脂含量数据库，才能有效的把握零件生产工艺。目前批生产项目原材料供应状态不稳定(批次稳定性差)，预浸料料卷两端实测含胶值均大于料中部的实测值，料卷中部的含胶量和面密度无任何表征、监测，料卷的标注含胶量与实测的含胶值不同，存在很大的波动，是导致质量问题的主要原因，而且后果严重；同时原材料受湿度、温度、树脂浸润程度不同而对预浸料影响很大，从而影响制件的稳定性，最终影响零件的质量。因此对于大型尺寸，厚度大的平、垂尾制件来说，长桁和蒙皮的选用的预浸料的含胶量实测值有所区别，必须在线监控，并同时把握制件含胶量与制件厚度、重量的关系。

预浸带表面状态连续出现异常现象，主要有(1)分叉现象，在铺叠过程中发现某炉批号预浸带出现劈叉现象，其中某卷在中部表面出现大量异常现象，出现干燥，脆硬等现象，类似于马尾现象，该料特别硬、脆、易分叉，潜在铺叠风险性大。(2)干燥现象，某料卷发现料表面有大量类似蜂窝的麻点，大小不一，树脂浸润差。(3)某料卷标记的含胶量与外包装箱标记的含胶量不一致。(4)纤维预制体排布不均匀，目测预浸带在离型纸表面分叉，分布不均匀。而碳纤维密度的稳定性会对后续一系列复合材料的性能产生影响，因此面密度的稳定性控制尤为重要。而现有的取样方法为手工取样，具体为在料卷不同位置进行裁剪，如在料卷上手工剪裁300mm长的预浸料(毛料)，但手工剪裁经常有差池，每次剪裁的材料可能大于300mm长，预浸带价格昂贵，每平均在千元以上，平均一卷预浸料在万元以上，因此每次手工取样耗费大量预浸料，造成成本的浪费。手工取样的剪裁工具为钢板尺和壁纸刀，利用钢板尺和记号笔将预浸料在一侧齐边，并以此为基准面，通过钢板尺测量100mm的长条形预浸料，以宽度一侧为起始点，利用钢板尺和记号笔，测量三个点，再由三点确定一条直线，沿此直线进行剪裁得到100*100的样块。困难、麻烦、费时费力，不能及时方便、有效在线监控预浸料面密度和树脂含量。

发明内容

本发明目的是提供一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器及工艺方法，解决现有技术中取样困难，麻烦、浪费原材料(进口原材料价格昂贵)、费时费力，不能及时方便、有效在线监控预浸料面密度和树脂含量的问题，从而实现反复使用，实现快捷、便利地对料卷多处进行取样，以达到有效监控预浸料的状态。

本发明采用的技术方案为：

一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，具有手柄，手柄的端部可拆卸式固定连接取样框，取样框上设置取样刀片，所述取样框与取样刀片可拆卸式连接，所述取样刀片为与取样框相匹配的框状结构。

所述的一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，所述取样刀片为一体式框状结构，所述取样刀片的尺寸为100*100mm。

所述的一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，所述手柄为铝制手柄或塑料制手柄。

所述的一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，所述取样框为钢制取样框，所述取样刀片为钢制取样刀片。

所述的一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，所述取样器用于对预浸料切割取样。

一种预浸料面密度和树脂含量测试工艺方法，以预浸料的料长为横坐标，分别在0、L₁、L₂、L₃……L_n-1、L_n，处进行取样，20m≤L_n-L_n-1≤30m。

本发明具有以下有益效果：

本发明一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，可以方便的对料卷的不同位置区域进行取样、下料，不仅具有取样方便简单的优点，而且减少了每次靠钢板尺以及刀片手工下料的时间，可以反复多次使用，既节约了剪裁下料时间，同时提高了在线监控的效率，保证了零件的内部和外部的质量。

本发明取样器有效的改善不能及时有效在线监控不同牌号、不同批号、以及不同卷号预浸料的面密度和树脂含量，同时对原材料批次稳定性差，而且性能波动较大，进行严格把控，对易导致产品超差或报废的原材料进行预判，及时调整原材料的使用方案和工艺方案，比如优选取含量在33.5％以上的用于壁板上的长桁铺叠，而对于32％以下用于壁板蒙皮的制造。

对于大型尺寸平、垂尾零件来说，长桁与蒙皮选用的预浸料含胶量不同，因此在线监控预浸料的含胶量以及面密度，同时监测每批次预浸料的波动性非常必要，这降低了制件潜在制造风险，对制件是否可能产生缺陷进行预判，同时选取适宜的含胶量的预浸料进行铺叠，随时调整工艺方案，对不符合或存在风险、异常问题的预浸料进行排除，有效的保证了零件的交付质量，降低了零件的制造风险。

通过预浸料取样器的取样刀片可以快速、准确的在料卷的不同区域进行取样，这突破了场地、料卷存放位置的限制，实现方便、及时、快捷的取样。工人通过手扶手柄，利用手施加力量到取样刀片，实现对预浸料的取样，实现取样的快速响应。通过在线监测同批次不同卷号预浸料含胶量从而对现场铺叠工艺方案进行优化设计，防止制件产生缺陷，降低缺陷产生几率。通过对不同批次、不同牌号、不同卷号的预浸料的面密度以及含胶量监测，建立分析数据库，更好的指导生产，从生产制造单位对材料有效的进行把握和管控。

附图说明

图1为本发明一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器的立体示意图。

图2为本发明一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器的侧视图。

图3为本发明实施例中预浸料料卷取样位置示意图。

其中1-手柄，2-取样框，3-取样刀片，4-螺栓，5-螺孔。

具体实施方式

如图1-2所示一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，用于对预浸料切割取样。具有手柄1，手柄1的端部可拆卸式固定连接取样框2，取样框2为钢制取样框2，如图1所示取样框2的中心处设有螺孔5，取样框2通过螺栓4作用于螺孔5与手柄1连接在一起。取样框2的四周设置取样刀片3，所述取样框2与取样刀片3可拆卸式连接，所述取样刀片3为与取样框2相匹配的框状结构。所述取样刀片3为一体式框状结构，所述取样刀片3为钢制取样刀片3，所述取样刀片3的尺寸为100*100mm，通过利用刀片准确、快速剪裁下料片。所述手柄1为铝制手柄1或塑料制手柄1，方便工人操作手握、同时容易施加力量、减重。

一种预浸料面密度和树脂含量测试工艺方法，以预浸料的料长为横坐标，分别在0、L₁、L₂、L₃……L_n-1、L_n，处进行取样，20m≤L_n-L_n-1≤30m。

实施例

以预浸料单向带长为100m为例，采用上述一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器进行取样的方法为：

如图3所示以料长作为横坐标，分别在0m、25m、50m、75m和100m五个不同料长位置处进行取样，其中在同一卷料中每一处抽取六块预浸料，尺寸均为100*100，共计30块样块。分别称重每个样块的质量为W₁，进行记录，利用样块的面积计算实际预浸料的面密度；通过预浸料纤维面密度理论值算出100*100mm样块中纤维的质量W₂，W₁-W₂之差为树脂质量，根据如下含胶量的计算公式进行计算：

含胶量＝(W₁-W₂)/W₁*100％。

预浸料面密度＝纤维的质量W₁/样块的面积。

上述取样器及工艺方法为实现材料控制、在线监测目的提供了便利条件。

该取样器能够实时在料卷上面量取所需要的100*100mm预浸料料片，不仅节约材料资金成本，避免不必要的材料浪费，同时省时省力便捷方便。用该取样器直接在料卷上取样，称量，实现了在线立即给出预浸料面密度和含胶量的数据需求，指导工艺操作。

本发明的取样器可以快速取样，能很好地应用于预浸料料卷下料，针对于预浸料面密度和含胶量进行测试，具有结构简单，成本低廉，取样速度快，取样时无需太大压差等优点。该取样器，取样速率快，可根据需要更换刀片，解决了传统工艺存在效率低等问题，适于在线监控，目前将该取样器应用与连续5架份效果较好，效率提高了三倍以上，节约了大量的工时，所得数据准确，具有较好的有效性、稳定性、能真实的反应实际工厂生产过程中材料预浸料的情况。

Claims (6)

1.一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，其特征在于，具有手柄，手柄的端部具有可拆卸式固定连接的取样框，取样框上设置取样刀片，所述取样框与取样刀片可拆卸式连接，所述取样刀片具有与取样框相匹配的框状结构。

2.根据权利要求1所述的一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，其特征在于，所述取样刀片为一体式框状结构，所述取样刀片的尺寸为100*100mm。

3.根据权利要求1所述的一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，其特征在于，所述手柄为铝制手柄或塑料制手柄。

4.根据权利要求1所述的一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，其特征在于，所述取样框为钢制取样框，所述取样刀片为钢制取样刀片。

5.根据权利要求1所述的一种预浸料面密度和树脂含量测试取样器，其特征在于，所述取样器用于对预浸料切割取样。

6.一种预浸料面密度和树脂含量测试工艺方法，其特征在于，以预浸料的料长为横坐标，分别在0、L₁、L₂、L₃……L_n-1、L_n，处进行取样，20m≤L_n-L_n-1≤30m。