CN109374397B - 一种单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置 - Google Patents

一种单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，其包括装置底座、扭转部分、张紧部分以及放入模具部分；其中，所述扭转部分和张紧部分分别安装于装置底座上，且扭转部分和张紧部分之间夹持有一单根碳纤维丝束，通过扭转部分对单根纤维丝束旋转不同的角度，通过张紧部分能在单根碳纤维丝束需求不同张力大小时提供所需的力；所述放入模具部分安装于装置底座的两侧，其位于单根碳纤维丝束的两侧，其能在单根碳纤维丝束扭转张紧程度稳定的情况下把其放入模具中。本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置能分别独立的控制扭转角度和张紧力并在单根碳纤维丝束旋转角度和张紧力稳定不变的情况下放入模具中。

Description

一种单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置
【技术领域】
本发明涉及一种碳纤维材料的性能测试装置，具体涉及一种单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，属于碳纤维检测设备技术领域。
【背景技术】
碳纤维是20世界60年代发展起来的一种具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、密度小、质量轻等特性的纤维材料，是先进复合材料中最重要结构增强材料。碳纤维增强复合材料现已广泛应用于宇航、体育用品、医疗器械领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域。然而因为复合材料制成的关键部位损坏往往会造成巨大的经济损失甚至是重大的安全事故。而由于每一股碳纤维丝束都是由数千根碳微米纤维组成的，其电阻也是由着数千根纤维电阻组成的电阻网络决定，而当复合材料发生破坏时，被聚合物基体所保持的电阻网络结构将直接影响碳纤维丝束对损伤的电阻响应特性，因此对单根碳纤维丝束进行相应的电学性能研究具有重大的意义。
国内外众多学者对碳纤维复合材料进行这研究，其中有尹春根基于树脂基碳纤维的优良性能，针对树脂基碳纤维智能材料进行了相关研究，提出了将树脂基碳纤维智能材料作为传感元件的可能性。研究设计了两种类型的碳纤维智能层悬臂梁(直线型和U型)，并通过实验研究了两种类型的智能悬臂梁的力阻传感特性。还有如陆婷等基于碳纤维复合材料良好的压力-温度敏感特性设计了具备压力和温度同时检测功能的新型柔性复合式触觉传感器。
然而，在众多的对碳纤维复合材料的研究中并没有对单根碳纤维丝束在不同扭转张紧程度情况下制成复合材料的研究。毫无疑问在制作单根碳纤维丝束复合材料时，不同的扭转角度和张紧力将会改变其内部变化，从而影响其压阻性能。而要想实现对碳纤维丝束的扭转张紧现实中并没有较好的办法，因为在实现碳纤维丝束的扭转时必须保持张紧力的稳定不变。
因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，以克服现有技术中的所述缺陷。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，其能分别独立的控制扭转角度和张紧力，并在单根碳纤维丝束旋转角度和张紧力稳定不变的情况下放入模具中。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，其包括装置底座、扭转部分、张紧部分以及放入模具部分；其中，所述扭转部分和张紧部分分别安装于装置底座上，且扭转部分和张紧部分之间夹持有一单根碳纤维丝束，通过扭转部分对单根纤维丝束旋转不同的角度，通过张紧部分能在单根碳纤维丝束需求不同张力大小时提供所需的力；所述放入模具部分安装于装置底座的两侧，其位于单根碳纤维丝束的两侧，其能在单根碳纤维丝束扭转张紧程度稳定的情况下把其放入模具中。
本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置进一步设置为：所述扭转部分包括蜗杆、涡轮、立板、传动杆以及夹具I；所述蜗杆通过蜗杆底座枢接于装置底座上；所述涡轮和涡杆相啮合；所述立板竖直固定于装置底座上；所述传动杆一端和涡轮连接，另一端和夹具I连接；所述传动杆枢接于立板上，使传动杆驱动夹具I转动。
本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置进一步设置为：所述蜗杆的一端安装有旋转手柄。
本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置进一步设置为：所述张紧部分包括导轨支架、定滑轮、定滑轮支架、夹具II、滑块、导轨以及砝码；所述导轨支架固定于装置底座上；所述导轨水平安装于导轨支架和立板之间；所述滑块和导轨配合，并能沿导轨移动；所述滑块上固定有夹具底座；所述夹具II安装于夹具底座上，其和夹具I相对设置，且夹具1和夹具II上能夹持单根碳纤维丝束；所述定滑轮支架固定于装置底座上，其上枢接有所述定滑轮；所述砝码通过一拉绳连接至滑块，拉绳支撑于定滑轮上。
本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置进一步设置为：所述滑块上安装有一滑块稳定支架，所述滑块稳定支架支撑于装置底座上。
本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置进一步设置为：所述放入模具部分包括模具底座、螺纹杆、电机、移动块以及模具；所述模具底座固定于装置底座的两侧；所述螺纹杆枢接于模具底座上；所述电机连接并驱动所述螺纹杆转动；所述移动块支撑于模具底座上，其和螺纹杆配合，并由螺纹杆驱动而能向单根碳纤维丝束靠拢；所述模具安装于移动块上。
本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置进一步设置为：所述模具底座上开设有导引槽；所述移动块的底部设有导引块，导引块和导引槽配合。
本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置进一步设置为：所述电机上电性连接有一电信号控制器。
本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置还设置为：所述移动块上设置有模具夹具；所述模具夹具夹持所述夹具。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置结构简单，其一方面它解决了在对碳纤维丝束复合材料进行研究时所需的不同的单根碳纤维丝束扭转张紧程度；另一方面在实现单根碳纤维丝束扭转张紧时，能够保证扭转时张紧力实时保持不变，并及时把单根碳纤维丝束放入模具中，减小了对后来试验有可能带来的误差。
2.本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置在单根碳纤维丝束扭转时实现了张力稳定不变，在对单根碳纤维丝束复合材料的压阻性能研究中，单根碳纤维丝束的扭转角度和张紧力对单根碳纤维丝束复合材料在强拉力作用下的电阻变化起着重要的作用，并且为防止制作碳纤维丝束复合材料时碳纤维丝束的扭转张紧程度发生变化，放入模具部分可以在碳纤维丝束的扭转张紧稳定不变的情况下，把碳纤维丝束放入模具中。
【附图说明】
图1是本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置的结构示意图。
图2是本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置另一视角的结构示意图。
【具体实施方式】
请参阅说明书附图1和附图2所示，本发明为一种单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，其由装置底座1、扭转部分、张紧部分以及放入模具部分等几部分组成。
其中，所述扭转部分和张紧部分分别安装于装置底座1上，且扭转部分和张紧部分之间夹持有一单根碳纤维丝束10，通过扭转部分对单根纤维丝束10旋转不同的角度，通过张紧部分能在单根碳纤维丝束10需求不同张力大小时提供所需的力，为后来的单根碳纤丝束复合材料的压阻性能研究提供准确的数据；所述放入模具部分安装于装置底座1的两侧，其位于单根碳纤维丝束10的两侧，其能在单根碳纤维丝束10扭转张紧程度稳定的情况下把其放入模具20中。
考虑到装置所需较为紧凑小巧；旋转角度要求较为精准；单根碳纤维丝束10旋转过快时可能从夹具中脱落，因此旋转速度不宜过快；本着成本最低化的要求造价越低越好；并且为了防止单根碳纤维丝束在进行相关的扭转操作后发生回转情况，对于装置要求有一定的自锁性，因此所述扭转部分采用涡轮蜗杆作为单根碳纤维丝束的扭转操作方案是最佳选择。因此，所述扭转部分由蜗杆2、涡轮3、立板4、传动杆5以及夹具I6等几部分组成。所述蜗杆2通过蜗杆底座7枢接于装置底座1上，其一端安装有旋转手柄8。所述涡轮3和涡杆2相啮合，并由涡杆2驱动而转动。所述立板4竖直固定于装置底座1上。所述传动杆5一端和涡轮3连接，另一端和夹具I6连接；且所述传动杆5枢接于立板4上，使传动杆5驱动夹具I6转动。
所述扭转部分通过对蜗杆2的旋转圈数的控制来控制涡轮3的转动角度从而得到单根碳纤维丝束10的扭转角度。蜗杆2转动一圈,涡轮3固定转动10°，因此在蜗杆2上装上分度盘，可以使蜗轮3、蜗杆2做到精定位；并且蜗轮3、蜗杆2有良好的自锁性能。
所述张紧部分由导轨支架11、定滑轮12、定滑轮支架13、夹具II14、滑块15、导轨16以及砝码17等几部分组成。所述导轨支架11固定于装置底座1上。所述导轨16水平安装于导轨支架11和立板4之间。所述滑块15和导轨16配合，并能沿导轨16移动。所述导轨16与滑块15的较小摩擦力，使得单根碳纤维丝束10的张紧程度与张紧力的大小更吻合，3D打印机打印出的导轨支架11可防止滑块15在移动时左右摇晃。
进一步的，所述滑块15上固定有夹具底座18。所述夹具II14安装于夹具底座18上，其和夹具I6相对设置，且夹具16和夹具II14上能夹持单根碳纤维丝束10。所述定滑轮支架13固定于装置底座1上，其上枢接有所述定滑轮12。所述砝码17通过一拉绳19连接至滑块15，拉绳19支撑于定滑轮12上。进一步的，所述滑块15上安装有一滑块稳定支架151，所述滑块稳定支架151支撑于装置底座1上。
所述张紧部分的张紧力大小是由不同质量的砝码17所控制的，在导轨16的作用下，张力变大单根碳纤维丝束拉长，相反张力变小碳纤维丝束将会缩短；为节省装置所占据的试验台空间，通过定滑轮12的作用改变砝码17放置的位置，使得砝码17竖直向下。
所述放入模具部分由模具底座21、螺纹杆22、电机23、移动块24以及模具20等几部分组成。所述模具底座21固定于装置底座1的两侧。所述螺纹杆22枢接于模具底座21上。所述电机23连接并驱动所述螺纹杆22转动。所述移动块24支撑于模具底座21上，其和螺纹杆22配合，并由螺纹杆22驱动而能向单根碳纤维丝束10靠拢。所述模具20安装于移动块24上，具体的说，所述移动块24上设置有模具夹具241；所述模具夹具241夹持所述夹具20。
进一步的，所述模具底座21上开设有导引槽25；所述移动块24的底部设有导引块26，导引块26和导引槽25配合。所述电机23上电性连接有一电信号控制器27。通过电信号控制器27控制电机23转动，使得螺纹杆22转动，从而移动块24向单根碳纤维丝束10移动，移动块24联动模具20在单根碳纤维丝束10扭转张紧后合拢，再用夹子夹紧，最后通过注塑制成单根碳纤维丝束复合材料进行研究。
整个单根碳纤维丝束10扭转张紧放入模具装置的扭转部分和张紧部分在组合成单根碳纤维丝束扭转张紧装置时有共同的部分，想实现单根碳纤维丝束扭转或张紧的话装置的扭转部分和张紧部分都是必不可少的，即实现扭转这一功能时需要张紧部分的夹具作为固定一端不动，扭转部分的夹具作为扭转一端旋转角度；同理实现张紧功能时扭转部分的夹具作为固定一端不动，张紧部分的夹具随着张紧力的大小变化前后移动。
本发明的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置实现单根碳纤维丝束扭转功能时张紧部分作为固定一端不动，反之在实现对单根碳纤维丝束进行张紧力调节时作为扭转的部分固定不动，所以对于两者来说都是必不可少的部分。而单根碳纤维丝束旋转张紧放入模具装置的放入模具部分是在张紧部分和旋转部分工作完后，保持单根碳纤维丝束旋转角度和张紧力稳定时把单根碳纤维丝束放入模具。
下表为单根碳纤维丝束通过本发明制成复合材料试样的基本参数表：
根据对单根碳纤维丝束复合材料的研究，通过单根碳纤维丝束扭转张紧装置调节的作用，分别控制扭转圈数为0、3、6圈，张紧力为1、2、3N的9种组合关系，并制成单根碳纤维丝束复合材料，并测出每个试样的电阻值，最终再进行拉伸试验。
以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，其特征在于：包括装置底座、扭转部分、张紧部分以及放入模具部分；其中，所述扭转部分和张紧部分分别安装于装置底座上，且扭转部分和张紧部分之间夹持有一单根碳纤维丝束，通过扭转部分对单根纤维丝束旋转不同的角度，通过张紧部分能在单根碳纤维丝束需求不同张力大小时提供所需的力；所述放入模具部分安装于装置底座的两侧，其位于单根碳纤维丝束的两侧，其能在单根碳纤维丝束扭转张紧程度稳定的情况下把其放入模具中；
所述扭转部分包括蜗杆、涡轮、立板、传动杆以及夹具I；所述蜗杆通过蜗杆底座枢接于装置底座上；所述涡轮和涡杆相啮合；所述立板竖直固定于装置底座上；所述传动杆一端和涡轮连接，另一端和夹具I连接；所述传动杆枢接于立板上，使传动杆驱动夹具I转动；
所述张紧部分包括导轨支架、定滑轮、定滑轮支架、夹具II、滑块、导轨以及砝码；所述导轨支架固定于装置底座上；所述导轨水平安装于导轨支架和立板之间；所述滑块和导轨配合，并能沿导轨移动；所述滑块上固定有夹具底座；所述夹具II安装于夹具底座上，其和夹具I相对设置，且夹具1和夹具II上能夹持单根碳纤维丝束；所述定滑轮支架固定于装置底座上，其上枢接有所述定滑轮；所述砝码通过一拉绳连接至滑块，拉绳支撑于定滑轮上；
所述放入模具部分包括模具底座、螺纹杆、电机、移动块以及模具；所述模具底座固定于装置底座的两侧；所述螺纹杆枢接于模具底座上；所述电机连接并驱动所述螺纹杆转动；所述移动块支撑于模具底座上，其和螺纹杆配合，并由螺纹杆驱动而能向单根碳纤维丝束靠拢；所述模具安装于移动块上；所述模具底座上开设有导引槽；所述移动块的底部设有导引块，导引块和导引槽配合。
2.如权利要求1所述的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，其特征在于：所述蜗杆的一端安装有旋转手柄。
3.如权利要求1所述的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，其特征在于：所述滑块上安装有一滑块稳定支架，所述滑块稳定支架支撑于装置底座上。
4.如权利要求1所述的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，其特征在于：所述电机上电性连接有一电信号控制器。
5.如权利要求1所述的单根碳纤维丝束扭转、张紧及放入模具装置，其特征在于：所述移动块上设置有模具夹具；所述模具夹具夹持所述夹具。
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