CN107478572A - 一种用于测定预浸料粘性的系统及其探针装置与测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测定预浸料粘性的系统及其探针装置与测定方法，属于材料物理性质测试技术领域。测定系统包括万能试验机及搭载在该万能试验机上的探针装置；探针装置包括底座、载物台、探针、探针加热筒、加热片、温控器及温度传感器；探头伸出探针加热筒；温度传感器向温控器输出检测信号，温控器向探针加热筒与加热片输出控制信号；底座与万能试验机的下夹具接头固定连接，探针与万能试验机的上夹具接头固定连接。该测定系统能对预浸料粘性进行测定及定量表征，有利于预浸料生产过程中的监控及提高复合材料的铺放成型质量，可广泛应用于预浸料粘性生产及复合材料成型技术领域。

Description

一种用于测定预浸料粘性的系统及其探针装置与测定方法

技术领域

本发明涉及材料物理性质测定技术领域，具体地说，涉及一种测定预浸料粘性的探针装置、以该探针装置构建的测定系统及测定方法。

背景技术

预浸料粘性是指在较短的接触时间与接触压力下，预浸料与其他物件表面所形成一种不完全的粘结特性，其作为决定预浸料是否适合铺贴的关键因素。在复合材料铺放工艺中，要求预浸料在一个合理的粘性范围，当粘性不足时，容易产生滑移、架桥等铺放缺陷；而粘性过大时，则不利于铺层有误时调整重铺，也不利于预浸料与背衬纸剥离，且会给预浸料的输送带来困难。

因此，准确地测定出用于表征预浸料粘性的物理量是提高复合材料铺放质量的前提之一，但由于缺乏准确有效且定量的测定方法，导致人们在描述预浸料的粘性时，通常为根据经验将其分成高、中、低三档，或者采用一些方法进行定性测量，比如：(1)滚球法：把规定尺寸和质量的塑料小球放在贴有预浸料的45°斜坡上，让小球向下滚动，通过滚动情况研究预浸料的粘性；(2)撕裂法：把两片预浸料贴合在一起，并施加压力，然后撕裂，以规定负荷下两片预浸料完全撕裂分离的时间作为表征其粘性的指标等。

发明内容

本发明的目的为提供一种能定量测定预浸料粘性的系统；

本发明的另一目的为提供一种用于构建上述测定系统的探针装置；

本发明的再一目的为提供一种使用上述测定系统对预浸料粘性进行测定的方法。

为了实现上述目的，本发明提供用于测定预浸料粘性的系统包括万能试验机及搭载在万能试验机上的探针装置；探针装置包括底座，用于粘贴预浸料试样的载物台，用于对预浸料试样进行探压的探针，套设在探针外的探针加热筒，用于对载物台进行加热的加热片，温控器，及用于对探针探头与加热片的温度进行检测的温度传感器；探头伸出探针加热筒；温度传感器向温控器输出检测信号，温控器向探针加热筒与加热片输出控制信号；底座安装在万能试验机的支座上，探针与万能试验机的上夹具接头固定连接。

在使用过程中，可将预浸料试样粘贴至载物台上，并设定加热筒对探针的加热温度与加热片对载物台的加热温度，通过万能试验机驱动探针对预浸料试样完成下压、保压及分离动作，并记录力-位移和/或力-时间曲线，以从该曲线中获取表征预浸料粘性的分离力，从而可对不同环境温度下预浸料粘性进行测定并定量表征。

具体的方案为探针加热筒和/或加热片为柔性加热器。便于对加热器的安装及适应不同探针与底座表面。

另一个具体的方案为加热片粘贴在底座上，载物台为粘贴在加热片上的垫片，垫片优选为硅橡胶、聚氨酯、聚乙烯及尼龙等柔性材料。便于加热片对载物台的加热及保温。

优选的方案为底座为钢底座，探针为钢探针。选用钢材料，优选为不锈钢材料，以便于后续使用及后续清洗等维护过程。

为了实现上述另一目的，本发明提供用于测定预浸料粘性的探针装置包括底座，用于粘贴预浸料试样的载物台，用于对预浸料试样进行探压的探针，套设在探针外的探针加热筒，用于对载物台进行加热的加热片，温控器及用于对探针探头与加热片的温度进行检测的温度传感器；温度传感器向温控器输出检测信号，温控器向探针加热筒与加热片输出控制信号。

通过将该探针装置的底座安装在万能试验机的支座上，探针与万能试验机的上夹具接头固定连接，就可对预浸料在不同环境温度下的粘性进行测定并定量表征。

具体的方案为探针加热筒和/或加热片为柔性加热器。便于对加热器的安装及适应不同探针与底座表面。

另一个具体的方案为加热片粘贴在底座上，载物台为粘贴在加热片上的垫片。便于加热片对载物台的加热及保温。

优选的方案为底座为钢底座，探针为钢探针。选用钢材料，优选为不锈钢，便于后续使用及后续清洗等维护过程。

为了实现上述再一目的，本发明提供测定预浸料粘性的方法为使用权上述任一技术方案所描述的测定系统进行测定，包括：

备料步骤，将预浸料试样剪裁至预设尺寸，并放入环境箱中直至其达到预设温度与预设湿度；

设定步骤，设定万能试验机带动探针的下压速度、保持压力、保压时间及分离速度，并设定探针加热筒与加热片的加热温度；

粘贴步骤，待载物台与探针的温度达到预设值时，在载物台上粘贴待测面朝上的预浸料试样；

检测步骤，启动万能试验机完成下压、保压及分离动作，并记录整个过程中的力-位移曲线和/或力-时间曲线，并从曲线中获取表征预浸料粘性的最大分离力。

该方法将从测得曲线中获取的最大分离力用于表征预浸料的粘性，其简单且有效，能很好地对预浸料粘性进行测定及定量表征。

具体的方案为环境箱的温度值为25±1摄氏度，湿度值为50±10％；下压速度为3毫米/分钟，保持压力所对应的保持压强为0.2兆帕，保压时间为0.5秒，分离速度为60毫米/分钟；探针筒与加热片的加热温度为25摄氏度。

附图说明

图1为本发明实施例中探针装置的立体示意图；

图2为本发明实施例中探针装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中测定方法的工作流程图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步的说明。

实施例

本测定预浸料粘性的系统包括万能试验机(图中未示出)及搭载在该万能试验机上的探针装置1。

参见图1及图2，探针装置1包括底座11、加热片12、载物台13、加热片温度传感器14、探针加热筒温控器21、加热片温控器24、探针3、探针加热筒4及探针温度传感器5。

加热片12为粘贴在底座11的座面上的柔性加热器，在本实施例中选用硅橡胶加热器，加热片温度传感器14用于检测加热片12的加热温度并通过信号线25向加热片温控器24输出温度检测信号，加热片温控器24根据温度设定及传感器的检测信号向加热片12输出控制信号，以对载物台13进行加热及保温；载物台13用于粘贴待测的预浸料试样01，在本实施例中，其为硅橡胶垫片，其粘贴在加热片12的中部，以便于加热片12对其工作温度的控制；探针加热筒4套设在探针3外以对探针3进行加热并保温，探针3的探头30伸出谭政加热筒4外，在本实施例中探针加热筒4为柔性加热器，具体选用硅橡胶加热器，探针温度传感器5为安装在设于探针本体邻近探头30端部的径向孔内的热电偶，其通过信号线22向探针加热筒温控器21输出检测信号，探针加热筒温控器21根据温度设定及接收到的检测信号向探针加热筒4输出控制信号。

在测定过程中，将底座11与万能试验机的下夹具接头固定连接，探针3的上端部与万能试验机的上夹具接头固定连接。

参见图1至图3，使用上述测定系统对预浸料试样01的粘性进行测定的方法包括备料步骤S1、设定步骤S2、粘贴步骤S3及检测步骤S4。

备料步骤S1，将预浸料剪裁至预定尺寸，并放入环境箱中直至其达到预设温度与预设湿度。

在本实施例中，将环境箱温度值设为25±1℃，湿度值设为50±10％。

待测预浸料试样01的尺寸与探针30的尺寸相关，比如，对于直径20毫米的探针，预浸料试样01的尺寸通常选为30毫米×60毫米，而对于直径为5毫米的探针，预浸料试样01的尺寸通常选为6.35毫米×20毫米。

同时，利用丙酮或酒精等有机溶剂将探头30的接触表面和硅橡胶垫片接触表面清洗几遍。

设定步骤S2，设定万能试验机带动探针的下压速度、保持压力、保压时间及分离速度，并设定探针加热筒与加热片的加热温度。

在本实施例中，万能试验机的运行流程包括下压、保压及分离三个阶段；下压阶段为探针下压与待测预浸料产生接触，其下压速度具体选为3毫米/分钟；当压力达到设定压力时停止下压，即达到保持压力时，具体选为3.93牛，对于直径5毫米的探头，其对应保持压强为0.2兆帕；然后，保压一段时间，即保压时间，具体选为0.5秒；最后，以设定速度分离，即分离速度，直到探针3与预浸料试样01完全脱离，分离速度具体选为60毫米/分钟。

同时，设定探针3与载物台13的温度，均设定为25度。

粘贴步骤S3，待载物台13与探针3的温度达到预设值时，在载物台13上粘贴待测面朝上的预浸料试样01。

在本实施例中，用加热片的温度12的温度表征载物台13的温度，即两个温控器均显示温度为25度时，可将预浸料试样01粘贴至载物台13上。

检测步骤S4，启动万能试验机完成下压、保压及分离动作，并记录整个过程中的力-位移曲线和/或力-时间曲线，并从曲线中获取表征预浸料粘性的最大分离力。

调整探针3的初始位置，直至探头30下表面与预浸料上表面相隔1毫米至2毫米，万能试验机清零后开始运行，并记录力-位移曲线和/或力-时间曲线，从两根曲线中获取表征预浸料粘性的最大分离力。

本测定方法具有以下优点：提供了一种测定和定量表征预浸料粘性的实验装置及其对应的测定方法，相比现有技术中的定性描述方法，本发明操作简单，所测得粘性值稳定、准确，且可靠性高，便于预浸料生产厂家以及客户对预浸料粘性进行测定和监控，有利于保证预浸料的生产质量以及提高复合材料铺放成型质量。

Claims (10)

1.一种用于测定预浸料粘性的系统，包括万能试验机及搭载在所述万能试验机上的探针装置，其特征在于：

所述探针装置包括底座，用于粘贴预浸料试样的载物台，用于对预浸料试样进行探压的探针，套设在所述探针外的探针加热筒，用于对所述载物台进行加热的加热片，温控器，及用于对所述探针的探头与所述加热片的温度进行检测的温度传感器；所述探头伸出所述探针加热筒；

所述温度传感器向所述温控器输出检测信号，所述温控器向所述探针加热筒与所述加热片输出控制信号；

所述底座安装在所述万能试验机的支座上，所述探针与所述万能试验机的上夹具接头固定连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述探针加热筒和/或所述加热片为柔性加热器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述加热片粘贴在所述底座上，所述载物台为粘贴在所述加热片上的垫片。

4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的系统，其特征在于：

所述底座为钢底座，所述探针为钢探针。

5.一种用于测定预浸料粘性的探针装置，其特征在于：所述探针装置包括底座，用于粘贴预浸料试样的载物台，用于对预浸料试样进行探压的探针，套设在所述探针外的探针加热筒，用于对所述载物台进行加热的加热片，温控器，及用于对所述探针的探头与所述加热片的温度进行检测的温度传感器；所述探头伸出所述探针加热筒；

所述温度传感器向所述温控器输出检测信号，所述温控器向所述探针加热筒与所述加热片输出控制信号。

6.根据权利要求5所述的探针装置，其特征在于：

所述探针加热筒和/或所述加热片为柔性加热器。

7.根据权利要求5所述的探针装置，其特征在于：

所述加热片粘贴在所述底座上，所述载物台为粘贴在所述加热片上的垫片。

8.根据权利要求5至7任一项权利要求所述的探针装置，其特征在于：

所述底座为钢底座，所述探针为钢探针。

9.一种测定预浸料粘性的方法，使用权利要求1至4任一项权利要求所述的系统进行测定，包括：

备料步骤，将预浸料试样剪裁至预设尺寸，并放入环境箱中直至其达到预设温度与预设湿度；

设定步骤，设定万能试验机带动探针的下压速度、保持压力、保压时间及分离速度，并设定探针加热筒与加热片的加热温度；

粘贴步骤，待载物台与探针的温度达到预设值时，在载物台上粘贴待测面朝上的预浸料试样；

检测步骤，启动万能试验机完成下压、保压及分离动作，并记录整个过程中的力-位移曲线和/或力-时间曲线，并从曲线中获取表征预浸料粘性的最大分离力。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

所述环境箱的温度值为25±1摄氏度，湿度值为50±10％；

下压速度为3毫米/分钟，保持压力所对应的保持压强为0.2兆帕，保压时间为0.5秒，分离速度为60毫米/分钟；

探针筒与加热片的加热温度为25摄氏度。