CN108593374A - 高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置及方法 - Google Patents

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陶杰
王浩
王建华
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Abstract

本发明提供了一种高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置及方法，该装置包括固定支架装置、滑杆滑块装置、精确滴样装置及精确滴样装置固定块。精确滴样装置包括控制上下行程的螺杆装置和控制滴样体积的螺杆装置，控制上下行程的螺杆装置包括与精确滴样装置固定块固定连接的第一固定块，第一固定块上侧连接有第二固定块，下侧连接有第三固定块，第二固定块上安装有沿第二固定块上下滑动的滑块；控制滴样体积的螺杆装置包括若干由微量推进器固定杆和微量推进器注射杆组成的微量推进器。本发明制备试样的成功率高，降低制样过程中的成本及实验材料的浪费，满足高通量测试要求，缩短研发的周期。

Description

高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置及方法
技术领域
本发明涉及先进高分子基复合材料技术测量领域，特别涉及到先进高分子复合材料高通量制备研发及在新一代飞机上的示范应用以及测量复合材料微观性能构建数据库领域。
背景技术
航空航天等高科技的飞速发展对纤维增强复合材料的需求与日俱增，同时对其综合性能的要求也越加苛刻。纤维与基体界面是纤维增强或增韧复合材料的关键组分之一，对复合材料的微观力学性能起着重要的作用。界面剪切强度是界面粘接强度中最重要的力学参数，纤维与基体间的应力传递是通过界面进行的，界面粘接强度将直接影响应力传递，进而影响复合材料的宏观力学性能。
如果能够深入细致地了解界面层的工作原理及其破坏机理，那么对复合材料的结构设计和性能提高将产生深远的影响。微观力学性能实验就是一种研究微观界面性能的有效方法，主要研究试样的几何尺寸、裂纹引发与扩展、界面摩擦、残余应力等因素与复合材料力学性能间的本质关系，其主要包括单丝拔出实验、单丝顶出实验、微键脱粘实验以及纤维断裂实验。由于制样简单，实验过程方便有效，单丝拔出实验和微球脱粘实验得到了更加广泛的应用和发展。国内主流测量纤维与树脂界面参数的方法，效率比较低，成本也较高，认为引起的数据误差大，为此我们团队自发设计出高通量制备测试单根纤维与树脂微观界面力学性能试样的装置及方法，对应的也开发出高通量制备测试单根纤维与树脂微观界面力学性能试样的滴样装置及方法，对于一般的滴样装置成本较高，浪费比较大，也不好控制滴加树脂微滴的量，制样效率低，试样次品率较高。
为响应国家提出的材料基因计划，先进高分子复合材料高通量制备研发及在新一代飞机上的示范应用以及测量复合材料微观性能构建数据库。在先进高分子基复合材料的设计和研发上，利用实验及计算机模拟方法来研究材料的最佳组分、结构和性能的关系，结合云端数据库设计出符合特定要求的新型材料，缩短研发的周期，其中最关键的部分就是需要获得单根纤维与高分子基树脂微观界面力数据，其准确性最为重要，得到这些测试数据导入数据库中，通过高通量实验筛选，从而极大地加快先进高分子基复合材料的创新、缩短研发的周期。
因而开发出高通量制备测试单根纤维与树脂微观界面力学性能试样的滴样装置及方法尤为重要。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题及响应国家提出的“材料基因组计划”先进高分子基复合材料高通量制备研发及其在新一代飞机上的示范应用，提供了一种高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置及方法，制备试样的成功率高，降低制样过程中的成本及实验材料的浪费，满足高通量测试要求，缩短研发的周期。
本发明提供了一种高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置，包括固定支架装置、滑杆滑块装置、精确滴样装置及精确滴样装置固定块。
所述的固定支架装置由通过四个水平矩形块连接的四个矩形支架组成，材料为铝合金。
所述的滑杆滑块装置为水平二维滑动机构，包括控制前后行程滑杆4、控制左右行程滑杆、控制前后行程滑块以及控制左右行程滑块，前后滑杆滑块装置最大行程为35cm,左右滑杆滑块装置最大行程为25cm。
精确滴样装置通过精确滴样装置固定块固定在滑杆滑块装置上，滑杆滑块装置与固定支架装置固定；所述的精确滴样固定块为T型结构，材料为铝材。
所述的精确滴样装置包括控制上下行程的螺杆装置和控制滴样体积的螺杆装置，其中，控制上下行程的螺杆装置包括与精确滴样装置固定块固定连接的第一固定块，第一固定块上侧连接有第二固定块，下侧连接有第三固定块，第二固定块上安装有沿第二固定块上下滑动的滑块；控制滴样体积的螺杆装置包括若干由微量推进器固定杆和微量推进器注射杆组成的微量推进器，微量推进器注射杆通过注射杆固定装置固定在滑块上，微量推进器固定杆固定在第三固定块上。
所述的第二固定块上安装有螺杆固定片，螺杆固定片中穿入有螺杆，滑块与螺杆底端固定通过螺杆沿第二固定块上下滑动，滑块和第二固定块连接处标有滴液刻度。
本发明还提供了一种高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能的方法，包括以下步骤：
第一步，按实际制备试样情况来确定装夹微量推进器的数量，在精确滴样装置中的将微量推进器装入树脂，微量推进器选用1ml。；
第二步，在微量推进器下方放上制备试样的模具装置，模具装置中装有若干单根纤维，模具装置上沿每根单根纤维开有若干圆孔，调节滑杆滑块装置，使滴样装置对齐制备测试纤维与树脂微观界面力学性能试样的模具上圆孔；
第三步，调节滑块推动微量推进器的注射杆，同时将若干微量推进器中的树脂依次注入模具装置上的圆孔中，每次注射量为100ul，轨迹为从左到右，从前到后。
本发明有益效果在于：
1. 快速高通量对制备测试纤维与树脂微观界面力学性能试样进行滴加树脂试样，一次对多根单丝试样进行滴加树脂，制备试样的成功率高，降低制样过程中的成本及实验材料的浪费，满足高通量测试要求，降低人为滴样引起的实验数据的波动误差；
2、可以前后、左右、上下多自由度的控制滴样装置，操作灵活。简单，可以精确完成滴加微升级的树脂滴；
3、填充了国内暂时没有高通量制备测试纤维与树脂微观界面力学性能试样的对应的滴样装置的空白；
3、有助于建立先进高分子复合材料的组分、结构和性能数据库，用于指导先进高分子基复合材料设计，通过高通量实验筛选加快先进高分子基复合材料的创新、缩短研发的周期。
附图说明
图1为高通量制备测试纤维与树脂微观界面力学性能试样的滴样装置示意图。
图2为精确滴样装置结构示意图。
图3为控制上下行程的螺杆装置结构示意图。
图4为精确滴样装置固定块结构示意图。
图中，1单根纤维，2模具装置，3固定支架，4控制前后行程滑杆，5控制左右行程滑杆，6控制前后行程滑块，7固定精确滴样装置的位置，8控制左右行程滑块，9精确滴样装置固定块，10微量推进器，11微量推进器固定杆，12注射杆固定装置，13滑块，14第二固定块（体积参考块），15螺杆，16螺杆固定片，17第一固定块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置，结构如图1所示包括固定支架装置3、滑杆滑块装置、精确滴样装置7及精确滴样装置固定块。
所述的固定支架装置3由通过四个水平矩形块连接的四个矩形支架组成，材料为铝合金。
所述的滑杆滑块装置为水平二维滑动机构，包括控制前后行程滑杆4、控制左右行程滑杆5、控制前后行程滑块6以及控制左右行程滑块8，前后滑杆滑块装置最大行程为35cm,左右滑杆滑块装置最大行程为25cm。
精确滴样装置通过精确滴样装置固定块9（如图4所示）固定在滑杆滑块装置上，滑杆滑块装置与固定支架装置3固定；所述的精确滴样固定块9为T型结构，材料为铝材。
所述的精确滴样装置7如图2所示，包括控制上下行程的螺杆装置和控制滴样体积的螺杆装置，其中，控制上下行程的螺杆装置如图3所示，包括与精确滴样装置固定块9固定连接的第一固定块17，第一固定块17上侧连接有第二固定块14，下侧连接有第三固定块，第二固定块14上安装有沿第二固定块14上下滑动的滑块13；控制滴样体积的螺杆装置包括若干由微量推进器固定杆11和微量推进器注射杆组成的微量推进器10，微量推进器注射杆通过注射杆固定装置12固定在滑块13上，微量推进器固定杆11固定在第三固定块上。
所述的第二固定块14上安装有螺杆固定片16，螺杆固定片16中穿入有螺杆15，滑块13与螺杆15底端固定通过螺杆15沿第二固定块14上下滑动，滑块13和第二固定块14连接处标有滴液刻度。
本发明还提供了一种高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能的方法，包括以下步骤：
第一步，按实际制备试样情况来确定装夹微量推进器的数量，在精确滴样装置中的将微量推进器装入树脂，微量推进器选用1ml。；
第二步，在微量推进器下方放上制备试样的模具装置2，模具装置2中装有若干单根纤维1，模具装置上沿每根单根纤维开有若干圆孔，调节滑杆滑块装置，使滴样装置对齐制备测试纤维与树脂微观界面力学性能试样的模具上圆孔；
第三步，调节滑块推动微量推进器的注射杆，同时将若干微量推进器中的树脂依次注入模具装置上的圆孔中，每次注射量为100ul，轨迹为从左到右，从前到后。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置，其特征在于：包括固定支架装置（3）、滑杆滑块装置、精确滴样装置（7）及精确滴样装置固定块，所述的滑杆滑块装置为水平二维滑动机构，精确滴样装置通过精确滴样装置固定块（9）固定在滑杆滑块装置上，滑杆滑块装置与固定支架装置（3）固定；
所述的精确滴样装置（7）包括控制上下行程的螺杆装置和控制滴样体积的螺杆装置，其中，控制上下行程的螺杆装置包括与精确滴样装置固定块（9）固定连接的第一固定块（17），第一固定块（17）上侧连接有第二固定块（14），下侧连接有第三固定块，第二固定块（14）上安装有沿第二固定块（14）上下滑动的滑块（13）；控制滴样体积的螺杆装置包括若干由微量推进器固定杆（11）和微量推进器注射杆组成的微量推进器（10），微量推进器注射杆通过注射杆固定装置（12）固定在滑块（13）上，微量推进器固定杆11）固定在第三固定块上。
2.根据权利要求1所述的高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置，其特征在于：所述的滑杆滑块装置包括控制前后行程滑杆（4）、控制左右行程滑杆（5）、控制前后行程滑块（6）以及控制左右行程滑块（8），前后滑杆滑块装置最大行程为35cm,左右滑杆滑块装置最大行程为25cm。
3.根据权利要求1所述的高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置，其特征在于：所述的固定支架装置（3）由通过四个水平矩形块连接的四个矩形支架组成，材料为铝合金。
4.根据权利要求1所述的高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置，其特征在于：所述的精确滴样固定块（9）为T型结构，材料为铝材。
5.根据权利要求1所述的高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能滴样装置，其特征在于：所述的第二固定块（14）上安装有螺杆固定片（16），螺杆固定片（16）中穿入有螺杆（15），滑块（13）与螺杆（15）底端固定通过螺杆（15）沿第二固定块（14）上下滑动，滑块（13）和第二固定块（14）连接处标有滴液刻度。
6.一种高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能的方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，按实际制备试样情况来确定装夹微量推进器的数量，在精确滴样装置中的将微量推进器装入树脂；
第二步，在微量推进器下方放上制备试样的模具装置，模具装置中装有若干单根纤维，模具装置上沿每根单根纤维开有若干圆孔，调节滑杆滑块装置，使滴样装置对齐制备测试纤维与树脂微观界面力学性能试样的模具上圆孔；
第三步，调节滑块推动微量推进器的注射杆，同时将若干微量推进器中的树脂依次注入模具装置上的圆孔中，轨迹为从左到右，从前到后。
7.根据权利要求6所述的高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能的方法，其特征在于：第一步中，微量推进器选用1ml。
8.根据权利要求6所述的高通量制备测试纤维与树脂微观界面性能的方法，其特征在于：第三步中，每次注射量为100ul。
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