CN109291460A - 一种便携式纤维增强复合材料制备装置及其使用方法 - Google Patents

一种便携式纤维增强复合材料制备装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种便携式纤维增强复合材料制备装置及其使用方法，固定支撑板与可移动支撑板两个侧面相对，在固定支撑板与可移动支撑板相对的侧面上设有均布的螺纹孔，且固定支撑板与可移动支撑板上所有螺纹孔位置均两两对应，每个拉环带有螺纹，拉环分别通过固定支撑板和可移动支撑板上的螺纹固定，拉环两两相对的一端设有开口，用于缠绕纤维材料。本发明结构简单，制造成本低廉，对操作人员操作技能要求低，容易上手，可以根据要求根据不同规格加工，电磁感应器应能精确控制它的灵敏度及测力范围，减小装置带来的误差，装置使材料成型后内力分布更加均匀，提高材料的力学性能。

Description

一种便携式纤维增强复合材料制备装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及机械装置领域，尤其是一种复合材料的制备装置及装置的使用方法。
背景技术
纤维增强复合材料有许多优点随着技术的成熟在生活中以及军事领域都有着广泛的应用。纤维增强复合材料的比强度和比刚度高，抗疲劳和减振性能良好；力学性能可设计，即可以通过选择合适的原材料和合理的铺层形式，使合成材料构件或复合材料结构满足使用要求。
目前市场上常见的纤维材料拉伸制备方法主要有以下三种：
(1)基于压电的悬臂梁式：此装置耦合在电光学显微镜上，能实现原位力学性能测试，结合定量化的力学信号给出材料力学性能的物理图像。
(2)超声震动拉伸式：此装置利用超声震动原理对材料进行超声力学性能测试，试验效果好，并且解决了超声频率和超声振幅对材料断裂韧性的影响问题。
(3)采用模压和真空袋压成型式：此方法把纤维丝束筒安装于管架上，抽出纤维丝束抽头，丝束经过浸渍槽浸渍树脂后通过挤压辊挤压使得树脂充分进入丝束内部，且挤去多余的树脂，然后将丝束缠绕在缠丝架上，最后固化成型。
以上几种制备方法使用的装置结构复杂，造价高，制备时对人员操作技能要求较高、劳动强度大，且对纤维的张力控制困难，容易导致纤维在成型制品后内应力分布不均匀，致使力学性能不佳。亟需一种结构简单、成本低廉、易于操作且性能稳定的制备装置。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、便于携带、造价低廉的纤维增强复合材料制备装置，主要适用于单向纤维浸渍树脂之后的张力控制，能够精确控制每束纤维上的张力，从而确保纤维上应力的均匀性及性能的稳定。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种便携式纤维增强复合材料制备装置，包括固定支撑板、拉环、滑轨、电磁感应器、摇杆、底座、可移动支撑板和拉体。
固定支撑板与可移动支撑板均为一个矩形支撑板，固定支撑板与可移动支撑板两个侧面相对，在固定支撑板与可移动支撑板相对的侧面上设有均布的螺纹孔，且固定支撑板与可移动支撑板上所有螺纹孔位置均两两对应，每个拉环带有螺纹，拉环分别通过固定支撑板和可移动支撑板上的螺纹固定，拉环两两相对的一端设有开口，用于缠绕纤维材料。
所述滑轨共四条，位于可移动支撑板纵向两端的上下，且滑轨的滑动方向垂直于可移动支撑板的纵向，即滑轨的移动方向相对于固定支撑板不断拉近与退远，滑轨用于可移动支撑板的上下滑动和限位，从而控制纤维张力的大小。
所述底座为之字形，底座的高台部分为一平台，高台与低台相邻的侧面中间设有一个螺纹孔，底座的低台部分的纵向为一个横截面为楔子形的滑轨，用于控制拉体的滑动方向和限位，底座用于整个装置的固定，在受力的情况下不会歪斜和移动；
所述拉体为一个T字形，T字横向端为一个长方体，且长方体的纵向长度与可移动支撑板的长度一致，拉体的T型纵向端正中设有一个与底座上螺纹孔直径一致的带有螺纹的中心孔，拉体下方的底部为楔子形滑块，且楔子形滑块与底座滑轨相配合，拉体的长方体与可移动支撑板固定。
所述电磁感应器设置于拉体的上表面，用于感应可移动支撑板的位移，从而测算纤维丝的受力。
所述摇杆一端带有手柄，另一端均布有螺纹，摇杆穿过拉体的中心孔之后，再旋入底座的螺纹孔，通过转动摇杆的手柄带动拉体，拉体和可移动支撑板之间有电磁感应器固定连接，电磁感应器带动可移动支撑板一起移动；可移动支撑板在移动过程中，由于电磁感应器有拉伸变形，可移动支撑板移动距离与拉体移动距离产生距离差，距离差即电磁感应器拉伸变形的长度，使电磁感应器产生受力并在显示屏上显示出此时纤维的受力大小。
所述固定支撑板和可移动支撑板为中空，上加长板和下加长板均为两条，两个上加长板分别安装于固定支撑板的纵向两端，两个下加长板分别安装于可移动支撑板的纵向两端，上加长板和下加长板在固定支撑板和可移动支撑板中可以实现收缩和拉出，左右下加长板在不用的时候为了节省空间可以收缩起来，在用的时候拉出来依靠拉环固定位置，保证不会晃动且与可移动支撑板接触良好。
所述便携式纤维增强复合材料制备装置设有一个显示屏，显示器通过线缆与电磁感应器相连接，用于将电磁感应器的压电信号转换为数字模拟信号，并实时显示纤维张力的大小。
所述便携式纤维增强复合材料制备装置的拉环外面包裹一层聚四氟乙烯软管，软管与拉环相对贴合。
本发明还提供涉及一种便携式纤维增强复合材料制备装置的使用方法，具体步骤如下：
步骤一：底座固定在水平位置，将拉体按照设计的尺寸位置安装；
步骤二:将可移动支撑板和电磁感应器安装在拉体上。
步骤三：将纤维原材料在配好的树脂液中浸渍完全，沥出多余的树脂；
步骤四：将步骤三中处理完成的纤维固定在固定支撑板最外侧的一个拉环上，然后依次在可移动支撑板和固定支撑板的拉环之间S形缠绕；
步骤五：根据缠绕的纤维数量及纤维倾斜角度计算整个装置需要施加的载荷，摇动摇杆的手柄，固定纤维原材料到拉环上，然后进行预固化处理；
步骤六：将步骤五中已经预固化的纤维取下，然后按照相应的纤维增强复合材料工艺方案，制备得到单向纤维增强复合材料。
本发明的有益效果在于：
1.结构简单，制造成本低廉，对操作人员操作技能要求低，容易上手。
2.装置在水平面四个方向上均可以调整宽度，所以加工的型号多种多样，可以根据要求根据不同规格加工。
3.电磁感应器应能精确控制它的灵敏度及测力范围，保证测力范围在纤维材料的受力临界范围内，能够精确的控制施加在纤维上的力，有效减小误差。
4.底座与地面接触良好，能保证整个装置稳定的放置在水平面上，在受力的情况下不会歪斜和移动。
5并且此装置采用螺纹来控制拉伸运动，能有效的把运动轨迹控制在一条轴线上，从而进一步减小装置带来的误差。
6.装置对于力和路径的精确控制，从而有效的解决张力控制困难的问题，使材料成型后内力分布更加均匀，提高材料的力学性能。
附图说明
图1为本发明便携式纤维增强复合材料制备装置结构示意图；
图2为本发明底座结构示意图；
图3为本发明拉体结构示意图；
图4为本发明滑轨结构示意图；
图5为本发明摇杆结构示意图；
图6为本发明固定支撑板结构示意图；
图7为本发明可移动支撑板结构示意图。
其中，1-固定支撑板，2-拉环，3-滑轨，4-下加长板，5-电磁感应器，6-显示屏，7-上加长板，8-底座，9-可移动支撑板，10-拉体，11-摇杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种便携式纤维增强复合材料制备装置，包括固定支撑板、拉环、滑轨、电磁感应器、摇杆、底座、可移动支撑板和拉体。
固定支撑板与可移动支撑板均为一个矩形支撑板，固定支撑板与可移动支撑板两个侧面相对，在固定支撑板与可移动支撑板相对的侧面上设有均布的螺纹孔，且固定支撑板与可移动支撑板上所有螺纹孔位置均两两对应，每个拉环带有螺纹，拉环分别通过固定支撑板和可移动支撑板上的螺纹固定，拉环两两相对的一端设有开口，用于缠绕纤维材料。
所述滑轨共四条，位于可移动支撑板纵向两端的上下，且滑轨的滑动方向垂直于可移动支撑板的纵向，即滑轨的移动方向相对于固定支撑板不断拉近与退远，滑轨用于可移动支撑板的上下滑动和限位，从而控制纤维张力的大小。
所述底座为之字形，底座的高台部分为一平台，高台与低台相邻的侧面中间设有一个螺纹孔，底座的低台部分的纵向为一个横截面为楔子形的滑轨，用于控制拉体的滑动方向和限位，底座用于整个装置的固定，在受力的情况下不会歪斜和移动；
所述拉体为一个T字形，T字横向端为一个长方体，且长方体的纵向长度与可移动支撑板的长度一致，拉体的T型纵向端正中设有一个与底座上螺纹孔直径一致的带有螺纹的中心孔，拉体下方的底部为楔子形滑块，且楔子形滑块与底座滑轨相配合，拉体的长方体与可移动支撑板固定。
所述电磁感应器设置于拉体的上表面，用于感应可移动支撑板的位移，从而测算纤维丝的受力。
所述摇杆一端带有手柄，另一端均布有螺纹，摇杆穿过拉体的中心孔之后，再旋入底座的螺纹孔，通过转动摇杆的手柄带动拉体，拉体和可移动支撑板之间有电磁感应器固定连接，电磁感应器带动可移动支撑板一起移动；可移动支撑板在移动过程中，由于电磁感应器有拉伸变形，可移动支撑板移动距离与拉体移动距离产生距离差，距离差即电磁感应器拉伸变形的长度，使电磁感应器产生受力并在显示屏上显示出此时纤维的受力大小。
所述固定支撑板和可移动支撑板为中空，上加长板和下加长板均为两条，两个上加长板分别安装于固定支撑板的纵向两端，两个下加长板分别安装于可移动支撑板的纵向两端，上加长板和下加长板在固定支撑板和可移动支撑板中可以实现收缩和拉出，左右下加长板在不用的时候为了节省空间可以收缩起来，在用的时候拉出来依靠拉环固定位置，保证不会晃动且与可移动支撑板接触良好。
所示显示屏通过线缆与电磁感应器相连接，用于将电磁感应器的压电信号转换为数字模拟信号，并实时显示纤维张力的大小。
采用本发明的便携式纤维增强复合材料制备装置制备单向纤维增强复合材料可按照如下的方法进行实施：
步骤一：底座固定在水平位置，将拉体按照设计的尺寸位置安装；
步骤二:将可移动支撑板和电磁感应器安装在拉体上。
步骤三：将纤维原材料在配好的树脂液中浸渍完全，沥出多余的树脂；
步骤四：将步骤三中处理完成的纤维固定在固定支撑板最外侧的一个拉环上，然后依次在可移动支撑板和固定支撑板的拉环之间S形缠绕；
步骤五：根据缠绕的纤维数量及纤维倾斜角度计算整个装置需要施加的载荷，摇动摇杆的手柄，固定纤维原材料到拉环上，然后进行预固化处理；
步骤六：将步骤五中已经预固化的纤维取下，然后按照相应的纤维增强复合材料工艺方案，制备得到单向纤维增强复合材料。
本发明拉环外面包裹一层聚四氟乙烯软管，保证软管与拉环相对贴合，这样能有效减小拉环对纤维材料的损坏和容易缠绕和取下纤维材料。
一种便携式纤维增强复合材料制备装置，包括固定支撑板(1)、拉环(2)、滑轨(3)、下加长板(4)、电磁感应器(5)、显示屏(6)、上加长板(7)、底座(8)、可移动支撑板(9)、拉体(10)、摇杆(11)。
所述固定支撑板(1)是中空的，与上加长板(7)相连接；固定支撑板(1)设置有均布的螺纹孔，用于拉环(2)的螺纹固定。
所述拉环(2)带有螺纹，方便与固定支撑板(1)和可移动支撑板(9)连接；拉环(2)前端有开口度用来缠绕纤维材料。
所述滑轨(3)共四条，用于可移动支撑板(9)的上下滑动和限位，从而控制纤维张力的大小。
所述下加长板(4)数量为2条，分别安装于可移动支撑板(9)两侧，可以收缩和拉出。左右下加长板(4)在不用的时候为了节省空间可以收缩起来，在用的时候拉出来依靠拉环(2)固定位置，保证不会晃动且与可移动支撑板(9)接触良好。
所述上加长板(7)数量为2条，分别安装于固定支撑板(1)两侧，可以收缩和拉出。左右上加长板(7)在不用的时候为了节省空间可以收缩起来，在用的时候拉出来依靠拉环(2)固定位置，保证不会晃动且与固定支撑板(1)接触良好。
所述电磁感应器(5)为外购原件，用于感应可移动支撑板(9)的位移，从而测算纤维丝的受力。
所示显示屏(6)通过线缆与电磁感应器(5)相连接，用于将电磁感应器(5)的压电信号转换为数字模拟信号来实时显示纤维张力的大小。
所述底座(8)用于整个装置的固定，在受力的情况下不会歪斜和移动；底面8上设置一个滑轨，用于控制拉体(10)的滑动方向和限位。
所述可移动支撑板(9)是中空的，与下加长板(4)相连接；可移动支撑板(9)设置有均布的螺纹孔，用于拉环(2)的螺纹固定。
所述拉体(10)两端与可移动支撑板(9)固定，下端有一个滑块，与底座滑轨相连。
所述摇杆(11)一端带有手柄，另一端均布有螺纹，在使用时通过转动手柄带动可移动支撑板(9)沿着滑轨(3)上下移动。
采用本发明的便携式纤维增强复合材料制备装置制备单向纤维增强复合材料可按照如下的方法进行实施。
步骤一：底座固定在水平位置，将拉体按照设计的位置安装。
步骤二:将可移动支撑板和电磁感应器安装在拉体上。
步骤三：将纤维原材料在配好的树脂液中浸渍完全，沥出多余的树脂；
步骤四：将步骤三中处理完成的纤维原材料固定在固定支撑板最外侧的拉环上，然后依次缠绕；
步骤五：根据缠绕的纤维数量及纤维倾斜角度计算整个装置需要施加的载荷，对摇杆施加旋转的力，固定，然后进行预固化处理；
步骤六：将步骤五中已经预固化的纤维取下，按照设计方案进行固化，制备得到单向纤维增强复合材料。

Claims (5)

1.一种便携式纤维增强复合材料制备装置，其特征在于：
所述的便携式纤维增强复合材料制备装置，包括固定支撑板、拉环、滑轨、电磁感应器、摇杆、底座、可移动支撑板和拉体；
固定支撑板与可移动支撑板均为一个矩形支撑板，固定支撑板与可移动支撑板两个侧面相对，在固定支撑板与可移动支撑板相对的侧面上设有均布的螺纹孔，且固定支撑板与可移动支撑板上所有螺纹孔位置均两两对应，每个拉环带有螺纹，拉环分别通过固定支撑板和可移动支撑板上的螺纹固定，拉环两两相对的一端设有开口，用于缠绕纤维材料；
所述滑轨共四条，位于可移动支撑板纵向两端的上下，且滑轨的滑动方向垂直于可移动支撑板的纵向，即滑轨的移动方向相对于固定支撑板不断拉近与退远，滑轨用于可移动支撑板的上下滑动和限位，从而控制纤维张力的大小；
所述底座为之字形，底座的高台部分为一平台，高台与低台相邻的侧面中间设有一个螺纹孔，底座的低台部分的纵向为一个横截面为楔子形的滑轨，用于控制拉体的滑动方向和限位，底座用于整个装置的固定，在受力的情况下不会歪斜和移动；
所述拉体为一个T字形，T字横向端为一个长方体，且长方体的纵向长度与可移动支撑板的长度一致，拉体的T型纵向端正中设有一个与底座上螺纹孔直径一致的带有螺纹的中心孔，拉体下方的底部为楔子形滑块，且楔子形滑块与底座滑轨相配合，拉体的长方体与可移动支撑板固定；
所述电磁感应器设置于拉体的上表面，用于感应可移动支撑板的位移，从而测算纤维丝的受力；
所述摇杆一端带有手柄，另一端均布有螺纹，摇杆穿过拉体的中心孔之后，再旋入底座的螺纹孔，通过转动摇杆的手柄带动拉体，拉体和可移动支撑板之间有电磁感应器固定连接，电磁感应器带动可移动支撑板一起移动；可移动支撑板在移动过程中，由于电磁感应器有拉伸变形，可移动支撑板移动距离与拉体移动距离产生距离差，距离差即电磁感应器拉伸变形的长度，使电磁感应器产生受力并在显示屏上显示出此时纤维的受力大小。
2.根据权利要求1所述的便携式纤维增强复合材料制备装置，其特征在于：
所述固定支撑板和可移动支撑板为中空，上加长板和下加长板均为两条，两个上加长板分别安装于固定支撑板的纵向两端，两个下加长板分别安装于可移动支撑板的纵向两端，上加长板和下加长板在固定支撑板和可移动支撑板中可以实现收缩和拉出，左右下加长板在不用的时候为了节省空间可以收缩起来，在用的时候拉出来依靠拉环固定位置，保证不会晃动且与可移动支撑板接触良好。
3.根据权利要求1所述的便携式纤维增强复合材料制备装置，其特征在于：
所述便携式纤维增强复合材料制备装置设有一个显示屏，显示器通过线缆与电磁感应器相连接，用于将电磁感应器的压电信号转换为数字模拟信号，并实时显示纤维张力的大小。
4.根据权利要求1所述的便携式纤维增强复合材料制备装置，其特征在于：
所述便携式纤维增强复合材料制备装置的拉环外面包裹一层聚四氟乙烯软管，软管与拉环相对贴合。
5.一种利用权利要求1所述装置的使用方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一：底座固定在水平位置，将拉体按照设计的尺寸位置安装；
步骤二:将可移动支撑板和电磁感应器安装在拉体上；
步骤三：将纤维原材料在配好的树脂液中浸渍完全，沥出多余的树脂；
步骤四：将步骤三中处理完成的纤维固定在固定支撑板最外侧的一个拉环上，然后依次在可移动支撑板和固定支撑板的拉环之间S形缠绕；
步骤五：根据缠绕的纤维数量及纤维倾斜角度计算整个装置需要施加的载荷，摇动摇杆的手柄，固定纤维原材料到拉环上，然后进行预固化处理；
步骤六：将步骤五中已经预固化的纤维取下，然后按照相应的纤维增强复合材料工艺方案，制备得到单向纤维增强复合材料。
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