CN110763534A - 一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置及试样的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置及试样的制备方法，属于材料性能测试技术领域。所述制样装置包括精确控制系统、自动滴胶系统和辅助定位系统。所述试样的制备方法为：采用预先缠绕的超高模量碳纤维复丝框置于制样滴胶装置上，通过精确控制系统自动滴加胶液，然后将浸胶后碳纤维复丝置于烘箱固化，粘贴加强片进行拉伸测试。本发明解决了超高模量碳纤维在手工浸胶过程中遇到的纤维高损伤易脆断难题，制备得到外表平滑的复丝拉伸样条。本发明的制样装置及试样制备方法在超高模量碳纤维及其复合材料、高导热中间相沥青基碳纤维及其复合材料工程化研制和生产中具有重要的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置及试样的制备方法，属于材料制备与性能测试技术领域。
背景技术
超高模量碳纤维(≥500GPa)具有高比模量、高比强度、良好的尺寸稳定性等优异特性，是空间飞行器主体结构、功能结构、防护结构和辅助结构上不可替代的核心材料，也是航天材料发展的趋势。超高模量碳纤维包括具有极高拉伸弹性模量的聚丙烯腈基碳纤维和高导热中间相沥青基碳纤维两大类，如日本东丽公司M55J和M65J等系列高强高模碳纤维以及美国氰特公司的P120、K1100等系列高导热中间相沥青基碳纤维等。由于超高模量碳纤维在航空航天和武器装备等领域具有重要用途，国外对超高模量碳纤维相关技术严格保密，对我国实施严格禁运。为满足超高模量碳纤维国产化研制与应用需求，必须开展超高模量碳纤维力学性能测试技术研究。
由于超高模量碳纤维模量极高、脆性极大，采用目前国内通用的GB/T3362-2017碳纤维复丝拉伸性能试验方法中的手工缠绕浸胶制样方法容易导致将部分超高模量碳纤维单丝脆断，制备出的拉伸试样力学测试值远低于出厂指标值，且离散很大，无法有效准确客观评价超高模量碳纤维力学性能及稳定性。前期研究发现，采用手工滴胶法制备高模量碳纤维复丝试样测试结果良好，但由于操作人员和滴加量控制误差，导致复丝含胶量有一定差异，性能存在一定波动，且制样效率较低，难以实现高模量碳纤维复丝拉伸试样批量化的稳定制备。因而，亟需一种适用于超高模量碳纤维复丝拉伸性能测试的制样装置，用于批量稳定制备低损伤率的超高模量碳纤维复丝拉伸试样，以提升拉伸性能测试准确性，指导超高模量碳纤维国产化研制和工程应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于低损伤超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置及试样的制备方法，该制样装置可以有效解决超高模量碳纤维复丝拉伸试样的制作过程中纤维大量损伤导致的拉伸强度测试值偏低、离散偏大等技术难题，制备的复丝拉伸样条外观平滑，拉伸测试结果稳定，适用于具有超高模量的高强高模聚丙烯腈碳纤维和高导热中间相沥青基碳纤维。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，包括精确控制系统、自动滴胶系统和辅助定位系统，所述精确控制系统用于控制滴加浸胶液时的滴加方向、滴加量和滴加速度，所述自动滴胶系统用于控制对超高模量碳纤维复丝的浸胶过程，所述辅助定位系统用于承载固定和运输超高模量碳纤维复丝，所述自动滴胶系统设置位于精确控制系统的正下方，所述辅助定位系统设置位于自动滴胶系统的正下方。所述自动滴胶系统在所述精确控制系统的控制下针对固定在所述辅助定位系统中的超高模量碳纤维复丝的完成滴胶处理工作，从而可完成对超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样的制备工作。
在一可选实施例中，所述精确控制系统包括：控制器、连接线、三轴滑台支撑架、滴胶头固定装置和三轴滑台。所述控制器通过所述连接线与所述滴胶头固定装置相连接，所述控制器和滴胶头固定装置设置于所述三轴滑台上，所述三轴滑台设置于所述三轴滑台支撑架上。
在一可选实施例中，所述精确控制系统中的所述控制器包括：电子显示屏、运行按钮、回零按钮、急停按钮、X轴正向运动按钮、X轴负向运动按钮、Y轴正向运动按钮和Y轴负向运动按钮。所述电子显示屏镶嵌设置于所述控制器的正面表面，所述运行按钮、回零按钮、急停按钮、X轴正向运动按钮、X轴负向运动按钮、Y轴正向运动按钮和Y轴负向运动按钮镶嵌设置于所述控制器的正面。
在一可选实施例中，所述精确控制系统中的所述滴胶头固定装置为带有螺纹孔的金属板，用来连接所述自动滴胶系统中的所述滴胶头。所述金属板为方形或长方形，所述螺纹孔为2-8个。优选的，金属板可为1个方形铝板，所述铝板上有4个螺纹孔。
在一可选实施例中，所述自动滴胶系统包括：滴胶头、蠕动泵、胶液槽和软管。所述蠕动泵设置于所述软管中部用于调节胶液的流动速度，所述滴胶头和所述胶液槽分别设置于所述软管的两端。
在一可选实施例中，所述自动滴胶系统中的所述滴胶头由多排通道滴胶管组成，所述通道数为6-20个。优选的，滴胶头由双排10通道滴胶管组成。
在一可选实施例中，所述自动滴胶系统中的所述蠕动泵为流量型蠕动泵，流量范围1～300ml/min。
在一可选实施例中，所述辅助定位系统包括：纤维定位缠绕框、纤维框挂架、胶液回收槽、送样板车和地轨，所述纤维定位缠绕框设置于纤维框挂架上，所述胶液回收槽设置于所述纤维定位缠绕框的正下方用于接收所述自动滴胶系统在滴胶过程中所滴流下的多余胶液，所述胶液回收槽设置于安装在所述地轨上的所述送样板车上，所述胶液回收槽可在地轨方向上灵活移动，所述纤维定位缠绕框的横梁设置有凹形槽，所述凹形槽用于对位接收所述自动滴胶系统在滴胶过程中所滴流下的胶液。
在一可选实施例中，所述辅助定位系统中的所述纤维定位缠绕框为由金属或由不锈钢圆柱围成的方形框架或长方形框架，其中上下两侧的横梁各包含20-40个凹形槽。优选的，纤维定位缠绕框可以为一个由不锈钢圆柱围成的方形框架，其中上下两侧的横梁各包含40个凹形槽，可缠绕80束纤维复丝。
本发明同时保护一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能试样的制备方法，提供如下技术方案：
一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能试样的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将超高模量碳纤维缠绕固定在辅助定位系统中的纤维定位框上，挂入纤维挂架，放置到送样板车上的胶液回收槽上方位置，通过地轨移动至三轴支撑架正下方。按动精确控制系统中的控制器上的各轴向运动按钮，将自动滴胶系统中的滴胶头调整至精确控制系统中的纤维框挂架上的纤维定位缠绕框的正下方，使滴胶头最右端与纤维定位缠绕框的第一个凹槽相对应；
步骤2、启动自动滴胶系统中的蠕动泵的运行按钮，调节合适的流动速度，使配好的浸胶液从胶液槽中流进软管，再经蠕动泵流入到滴胶头并均匀分配给各通道滴胶管；从滴胶头流出来的胶液正好滴到正下方的纤维定位缠绕框上的纤维复丝。通过精确控制系统中的控制器上的显示屏设定滴胶程序，按下启动按钮，滴胶头在三轴滑台的带动下，沿着纤维定位缠绕框上横梁方向运动，并完成滴胶过程；
步骤3、将步骤2制得的浸胶纤维晾置一定时间，待胶液充分浸润纤维后拉出辅助定位系统中的送样板车，取下纤维挂架，将纤维放置到烘箱固化、裁剪复丝、粘贴纸质加强片，得到拉伸试样。
在一可选实施例中，步骤2中所述蠕动泵设置的流动速度为60-200ml/min。优选的，蠕动泵设置的流动速度为100ml/min。
在一可选实施例中，步骤2中所述浸胶液为100质量份四缩水甘油基二氨基二苯甲烷、80质量份纳迪克酸酐、2质量份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚和150份丙酮，或者浸胶液为100质量份三缩水甘油基三异氰酸酯、70质量份十二烯基丁二酸酐和2质量份苄基二甲胺和100份丙酮，或者浸胶液为100质量份1,2-环氧环己烷4,5-二甲酸二缩水甘油酯、125质量份六氢苯二甲酸酐、0.5质量份N,N二甲基苯胺和120份丙酮。
在一可选实施例中，步骤3中所述浸胶纤维晾置的时间为5-20分钟。优选的时间为10分钟。
在一可选实施例中，步骤3中所述纤维的固化为在100℃-200℃下固化2-5小时。优选的，固化方案为在130℃下先固化1小时，接着在180℃下固化3小时。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明实施例提供的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置通过采用精确控制系统对超高模量碳纤维复丝进行垂直滴加浸胶液，通过电控系统控制胶液滴加量和速度保持一致，确保了拉伸试样含胶量保持一致，保证了超高模量碳纤维低损伤和充分浸胶以及拉伸试样含胶量一致性，提高了超高模量碳纤维拉伸性能测试准确性并降低测试成本。同时，该方法通过沿复丝延伸方向浸胶，还避免了传统胶槽浸胶时胶液表面张力及胶液与复丝自身重力导致的纤维断裂，大幅提高了拉伸强度测试值的准确度，明显降低了拉伸强度离散系数。
(2)本发明实施例提供的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置通过自动滴胶系统对超高模量碳纤维复丝进行浸胶，可同时进行多组试样浸胶，避免了取框、抖胶或擦胶等手工操作，从而避免了操作过程中纤维的损伤，大幅提高了制样效率，降低制样测试成本。
(3)采用本发明提供的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置解决了超高模型碳纤维在手工浸胶过程中遇到的纤维高损伤易脆断难题，制备所得到的碳纤维复丝拉伸试样外表平滑均匀，可用于多种超高模型碳纤维和高导热中间相沥青基碳纤维复丝的拉伸性能制样，测试结果能够客观评价纤维复丝拉伸性能，离散值较小。
(4)本发明实施例提供的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置及试样的制备方法在超高模量碳纤维及其复合材料、高导热中间相沥青基碳纤维及其复合材料工程化研制和生产中具有重要的推广应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的精确控制系统示意图；
图2为本发明实施例提供的自动滴胶系统示意图；
图3为本发明实施例提供的辅助定位系统示意图；
图中标识如下：1-1--控制器，1-2--连接线，1-3--三轴滑台支撑架，1-4--滴胶头固定装置，1-5--三轴滑台，2-1--滴胶头、2-2--蠕动泵、2-3--胶液槽，2-4--软管，3-1--纤维定位缠绕框、3-2--纤维框挂架、3-3--胶液回收槽、3-4--送样板车、3-5--地轨。
具体实施方式
下面通过具体的实施例来说明，但本发明不局限于以下实施例。
本发明实施例提供了一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，包括精确控制系统1、自动滴胶系统2和辅助定位系统3，所述精确控制系统1用于控制滴加浸胶液时的滴加方向、滴加量和滴加速度，所述自动滴胶系统2用于控制对超高模量碳纤维复丝的浸胶过程，所述辅助定位系统3用于承载固定和运输超高模量碳纤维复丝，所述自动滴胶系统2设置位于精确控制系统1的正下方，所述辅助定位系统3设置位于自动滴胶系统2的正下方。所述自动滴胶系统在所述精确控制系统的控制下针对固定在所述辅助定位系统中的超高模量碳纤维复丝的完成滴胶处理工作，从而可完成对超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样的制备工作。
具体地，参见图1，本发明实施例中，精确控制系统1包括：控制器1-1、连接线1-2、三轴滑台支撑架1-3、滴胶头固定装置1-4和三轴滑台1-5。所述控制器通过所述连接线与所述滴胶头固定装置相连接，所述控制器和滴胶头固定装置设置于所述三轴滑台上，所述三轴滑台设置于所述三轴滑台支撑架上。
精确控制系统1中的所述控制器1-1包括：1个电子显示屏、1个运行按钮、1个回零按钮、1个急停按钮、1个X轴正向运动按钮、1个X轴负向运动按钮、1个Y轴正向运动按钮和1个Y轴负向运动按钮。所述电子显示屏镶嵌设置于所述控制器的正面表面，所述运行按钮、回零按钮、急停按钮、X轴正向运动按钮、X轴负向运动按钮、Y轴正向运动按钮和Y轴负向运动按钮镶嵌设置于所述控制器的正面。
精确控制系统1中的所述滴胶头固定装置1-4为1个方形铝板，所述铝板上有4个螺纹孔，用来连接所述自动滴胶系统2中的所述滴胶头2-1。
具体地，参见图2，本发明实施例中，自动滴胶系统2包括：滴胶头2-1、蠕动泵2-2、胶液槽2-3和软管2-4。所述蠕动泵设置于所述软管中部用于调节胶液的流动速度，所述滴胶头和所述胶液槽分别设置于所述软管的两段。
自动滴胶系统2中的所述滴胶头2-1由双排10通道滴胶管组成。
自动滴胶系统2中的所述蠕动泵2-2为流量型蠕动泵，流量范围1～300ml/min。
具体地，参见图3，本发明实施例中，辅助定位系统3包括：纤维定位缠绕框3-1、纤维框挂架3-2、胶液回收槽3-3、送样板车3-4和地轨3-5。所述纤维定位缠绕框设置于纤维框挂架上，所述胶液回收槽设置于所述纤维定位缠绕框的正下方用于接收所述自动滴胶系统在滴胶过程中所滴流下的多余胶液，所述胶液回收槽设置于安装在所述地轨上的所述送样板车上，所述胶液回收槽可在地轨方向上灵活移动，所述纤维定位缠绕框的横梁设置有凹形槽，所述凹形槽用于对位接收所述自动滴胶系统在滴胶过程中所滴流下的胶液。
辅助定位系统3中的所述纤维定位缠绕框3-1为一个由不锈钢圆柱围成的方形框架，其中上下两侧的横梁各包含40个凹形槽，可缠绕80束纤维复丝。
本发明实施例同时提供了一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能试样的制备方法，采用预先缠绕的超高模量碳纤维复丝框置于制样滴胶装置上，通过精确控制系统自动滴加胶液，然后将浸胶后碳纤维复丝置于烘箱固化，粘贴加强片进行拉伸测试。具体包括以下步骤：
步骤1、将超高模量碳纤维缠绕固定在辅助定位系统中的纤维定位框3-1上，挂入纤维挂架3-2，放置到送样板车3-4上的胶液回收槽3-3上方位置，通过地轨3-5移动至三轴支撑架1-3正下方。按动精确控制系统中的控制器1-1上的各轴向运动按钮，将自动滴胶系统中的滴胶头2-1调整至精确控制系统中的纤维框挂架1-2上的纤维定位缠绕框3-1的正下方，使滴胶头2-1最右端与纤维定位缠绕框3-1的第一个凹槽相对应；
步骤2、启动自动滴胶系统中的蠕动泵2-2的运行按钮，调节合适的流动速度，使配好的浸胶液从胶液槽2-3中流进软管2-4，再经蠕动泵2-2流入到滴胶头2-1并均匀分配给各通道滴胶管；从滴胶头2-1流出来的胶液正好滴到正下方的纤维定位缠绕框3-1上的纤维复丝。通过精确控制系统中的控制器1-1上的显示屏设定滴胶程序，按下启动按钮，滴胶头2-1在三轴滑台1-5的带动下，沿着纤维定位缠绕框3-1上横梁方向运动，并完成滴胶过程；
步骤3、将步骤2制得的浸胶纤维晾置一定时间，待胶液充分浸润纤维后拉出辅助定位系统中的送样板车3-5，取下纤维挂架3-2，将纤维放置到烘箱固化、裁剪复丝、粘贴纸质加强片，得到拉伸试样。
具体地，步骤2中所述蠕动泵2-2设置的流动速度为60-200ml/min，优选的，蠕动泵设置的流动速度为100ml/min。
具体地，步骤2中所述浸胶液为100质量份四缩水甘油基二氨基二苯甲烷、80质量份纳迪克酸酐、2质量份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚和150份丙酮，或者浸胶液为100质量份三缩水甘油基三异氰酸酯、70质量份十二烯基丁二酸酐和2质量份苄基二甲胺和100份丙酮，或者浸胶液为100质量份1,2-环氧环己烷4,5-二甲酸二缩水甘油酯、125质量份六氢苯二甲酸酐、0.5质量份N,N二甲基苯胺和120份丙酮。
具体地，步骤3中所述浸胶纤维晾置的时间为5-20分钟，优选的时间为10分钟
具体地，步骤3中所述纤维的固化为在100℃-200℃下固化2-5小时，优选的，固化方案为在130℃下先固化1小时，接着在180℃下固化3小时。
以下为本发明的几个具体实施例，各实施例中所用原料及试剂均为市售产品。
实施例1
将日本东丽公司M55J聚丙烯腈基碳纤维复丝缠绕固定在纤维定位框3-1上，挂入纤维挂架3-2，放置到送样板车3-4上的胶液回收槽3-3上方位置，通过地轨3-5移动至三轴支撑架1-3正下方。按动精确控制系统中控制器1-1上的各轴向运动按钮，将滴胶头2-1调整至纤维框挂架3-2上的纤维定位缠绕框3-1的正下方，使滴胶头2-1最右端与纤维定位缠绕框3-1的第一个凹槽相对应；启动蠕动泵2-2运行按钮，调节流动速度100ml/min，使浸胶液(100质量份四缩水甘油基二氨基二苯甲烷、80质量份纳迪克酸酐和2质量份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚，150份丙酮)从胶液槽2-3中流进软管2-4，再经蠕动泵2-2流入到滴胶头2-1并均匀分配给各通道滴胶管；从滴胶头2-1流出来的胶液正好滴到正下方的纤维定位缠绕框3-1上的纤维复丝。通过精确控制系统中控制器1-1上显示屏设定滴胶程序，按下启动按钮，滴胶头2-1在三轴滑台1-5的带动下，沿着纤维定位缠绕框3-1上横梁方向运动，并完成滴胶过程；浸胶纤维先晾置10分钟，待胶液充分浸润纤维后拉出送样板车3-5，取下纤维挂架3-2，放置到烘箱固化(130℃/1h+180℃/3h)、裁剪复丝、粘贴纸质加强片得到拉伸试样。碳纤维复丝拉伸性能见表1所示。
实施例2
将日本东丽公司M60J聚丙烯腈基碳纤维复丝缠绕固定在纤维定位框3-1上，挂入纤维挂架3-2，放置到送样板车3-4上的胶液回收槽3-3上方位置，通过地轨3-5移动至三轴支撑架1-3正下方。按动精确控制系统中控制器1-1上的各轴向运动按钮，将滴胶头2-1调整至纤维框挂架3-2上的纤维定位缠绕框3-1的正下方，使滴胶头2-1最右端与纤维定位缠绕框3-1的第一个凹槽相对应；启动蠕动泵2-2运行按钮，调节流动速度100ml/min，使浸胶液(100质量份三缩水甘油基三异氰酸酯、70质量份十二烯基丁二酸酐和2质量份苄基二甲胺和100份丙酮)从胶液槽2-3中流进软管2-4，再经蠕动泵2-2流入到滴胶头2-1并均匀分配给各通道滴胶管；从滴胶头2-1流出来的胶液正好滴到正下方的纤维定位缠绕框3-1上的纤维复丝。通过精确控制系统中控制器1-1上显示屏设定滴胶程序，按下启动按钮，滴胶头2-1在三轴滑台1-5的带动下，沿着纤维定位缠绕框3-1上横梁方向运动，并完成滴胶过程；浸胶纤维先晾置10分钟，待胶液充分浸润纤维后拉出送样板车3-5，取下纤维挂架3-2，放置到烘箱固化(130℃/1h+180℃/3h)、裁剪复丝、粘贴纸质加强片得到拉伸试样。碳纤维复丝拉伸性能见表1所示。
实施例3
将日本石墨公司XN-90高导热中间相沥青基碳纤维复丝缠绕固定在纤维定位框3-1上，挂入纤维挂架3-2，放置到送样板车3-4上的胶液回收槽3-3上方位置，通过地轨3-5移动至三轴支撑架1-3正下方。按动精确控制系统中控制器1-1上的各轴向运动按钮，将滴胶头2-1调整至纤维框挂架3-2上的纤维定位缠绕框3-1的正下方，使滴胶头2-1最右端与纤维定位缠绕框3-1的第一个凹槽相对应；启动蠕动泵2-2运行按钮，调节流动速度100ml/min，使浸胶液(100质量份1,2-环氧环己烷4,5-二甲酸二缩水甘油酯、125质量份六氢苯二甲酸酐、0.5质量份N,N二甲基苯胺和120份丙酮)从胶液槽2-3中流进软管2-4，再经蠕动泵2-2流入到滴胶头2-1并均匀分配给各通道滴胶管；从滴胶头2-1流出来的胶液正好滴到正下方的纤维定位缠绕框3-1上的纤维复丝。通过精确控制系统中控制器1-1上显示屏设定滴胶程序，按下启动按钮，滴胶头2-1在三轴滑台1-5的带动下，沿着纤维定位缠绕框3-1上横梁方向运动，并完成滴胶过程；浸胶纤维先晾置10分钟，待胶液充分浸润纤维后拉出送样板车3-5，取下纤维挂架3-2，放置到烘箱固化(130℃/1h+180℃/3h)、裁剪复丝、粘贴纸质加强片得到拉伸试样。碳纤维复丝拉伸性能见表1所示。
实施例4
将日本三菱公司K13D2U高导热中间相沥青基碳纤维复丝缠绕固定在纤维定位框3-1上，挂入纤维挂架3-2，放置到送样板车3-4上的胶液回收槽3-3上方位置，通过地轨3-5移动至三轴支撑架1-3正下方。按动精确控制系统中控制器1-1上的各轴向运动按钮，将滴胶头2-1调整至纤维框挂架3-2上的纤维定位缠绕框3-1的正下方，使滴胶头2-1最右端与纤维定位缠绕框3-1的第一个凹槽相对应；启动蠕动泵2-2运行按钮，调节流动速度100ml/min，使浸胶液(100质量份四缩水甘油基二氨基二苯甲烷、80质量份纳迪克酸酐和2质量份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚，150份丙酮)从胶液槽2-3中流进软管2-4，再经蠕动泵2-2流入到滴胶头2-1并均匀分配给各通道滴胶管；从滴胶头2-1流出来的胶液正好滴到正下方的纤维定位缠绕框3-1上的纤维复丝。通过精确控制系统中控制器1-1上显示屏设定滴胶程序，按下启动按钮，滴胶头2-1在三轴滑台1-5的带动下，沿着纤维定位缠绕框3-1上横梁方向运动，并完成滴胶过程；浸胶纤维先晾置10分钟，待胶液充分浸润纤维后拉出送样板车3-5，取下纤维挂架3-2，放置到烘箱固化(130℃/1h+180℃/3h)、裁剪复丝、粘贴纸质加强片得到拉伸试样。碳纤维复丝拉伸性能见表1所示。
实施例5
将美国氰特公司P120高导热中间相沥青基碳纤维复丝缠绕固定在纤维定位框3-1上，挂入纤维挂架3-2，放置到送样板车3-4上的胶液回收槽3-3上方位置，通过地轨3-5移动至三轴支撑架1-3正下方。按动精确控制系统中控制器1-1上的各轴向运动按钮，将滴胶头2-1调整至纤维框挂架3-2上的纤维定位缠绕框3-1的正下方，使滴胶头2-1最右端与纤维定位缠绕框3-1的第一个凹槽相对应；启动蠕动泵2-2运行按钮，调节流动速度100ml/min，使浸胶液(100质量份三缩水甘油基三异氰酸酯、70质量份十二烯基丁二酸酐和2质量份苄基二甲胺和100份丙酮)从胶液槽2-3中流进软管2-4，再经蠕动泵2-2流入到滴胶头2-1并均匀分配给各通道滴胶管；从滴胶头2-1流出来的胶液正好滴到正下方的纤维定位缠绕框3-1上的纤维复丝。通过精确控制系统中控制器1-1上显示屏设定滴胶程序，按下启动按钮，滴胶头2-1在三轴滑台1-5的带动下，沿着纤维定位缠绕框3-1上横梁方向运动，并完成滴胶过程；浸胶纤维先晾置10分钟，待胶液充分浸润纤维后拉出送样板车3-5，取下纤维挂架3-2，放置到烘箱固化(130℃/1h+180℃/3h)、裁剪复丝、粘贴纸质加强片得到拉伸试样。碳纤维复丝拉伸性能见表1所示。
实施例6
将美国氰特公司K1100高导热中间相沥青基碳纤维复丝缠绕固定在纤维定位框3-1上，挂入纤维挂架3-2，放置到送样板车3-4上的胶液回收槽3-3上方位置，通过地轨3-5移动至三轴支撑架1-3正下方。按动精确控制系统中控制器1-1上的各轴向运动按钮，将滴胶头2-1调整至纤维框挂架3-2上的纤维定位缠绕框3-1的正下方，使滴胶头2-1最右端与纤维定位缠绕框3-1的第一个凹槽相对应；启动蠕动泵2-2运行按钮，调节流动速度100ml/min，使浸胶液(100质量份1,2-环氧环己烷4,5-二甲酸二缩水甘油酯、125质量份六氢苯二甲酸酐、0.5质量份N,N二甲基苯胺和120份丙酮)从胶液槽2-3中流进软管2-4，再经蠕动泵2-2流入到滴胶头2-1并均匀分配给各通道滴胶管；从滴胶头2-1流出来的胶液正好滴到正下方的纤维定位缠绕框3-1上的纤维复丝。通过精确控制系统中控制器1-1上显示屏设定滴胶程序，按下启动按钮，滴胶头2-1在三轴滑台1-5的带动下，沿着纤维定位缠绕框3-1上横梁方向运动，并完成滴胶过程；浸胶纤维先晾置10分钟，待胶液充分浸润纤维后拉出送样板车3-5，取下纤维挂架3-2，放置到烘箱固化(130℃/1h+180℃/3h)、裁剪复丝、粘贴纸质加强片得到拉伸试样。碳纤维复丝拉伸性能见表1所示。
比较例1
日本东丽公司M55J聚丙烯腈基碳纤维复丝的拉伸性能出厂报告值见表1所示。
比较例2
日本东丽公司M60J聚丙烯腈基碳纤维复丝拉伸性能出厂报告值见表1所示。
比较例3
日本石墨公司XN-90高导热中间相沥青基碳纤维复丝拉伸性能出厂报告值见表1所示。
比较例4
日本三菱公司K13D2U高导热中间相沥青基碳纤维复丝拉伸性能出厂报告值见表1所示。
比较例5
美国氰特公司P120高导热中间相沥青基碳纤维复丝拉伸性能出厂报告值见表1所示。
比较例6
美国氰特公司K1100高导热中间相沥青基碳纤维复丝拉伸性能出厂报告值见表1所示。
按照GB/T3362-2005规定的测试方法对实施例1～6及比较例1～6进行拉伸性能测试，测试结果参见表1：
表1超高模量碳纤维复丝拉伸性能参数表
a拉伸模量采用接触式引伸计测试
b断裂伸长率＝拉伸强度/拉伸模量
从实施例1、2、3、4、5和6的超高模量碳纤维的拉伸性能测试值依次分别与比较例1、2、3、4、5和6中的超高模量碳纤维的拉伸性能出厂报告值对比可以看出，采用本发明制样装置制备的各款超高模量碳纤维的拉伸试样测试的拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率的测试值均优于其出厂值或者与其相应的出厂值相当。
其中，从实施例1和对比例1的对比可以看出，采用本发明制样方法制备的日本东丽公司M55J碳纤维复丝试样的拉伸强度测试值高于出厂报道值，拉伸模量和断裂伸长率与出厂值相当。从实施例2和对比例2的对比可以看出，采用本发明制样方法制备的日本东丽公司M60J聚丙烯腈基碳纤维复丝试样的拉伸强度和拉伸模量测试值略高于出厂报道值，断裂伸长率与出厂值相当。从实施例3和对比例3的对比可以看出，采用本发明制样方法制备的日本石墨公司XN-90高导热中间相沥青基碳纤维复丝试样的拉伸强度和拉伸模量测试值略高于出厂报道值，断裂伸长率与出厂值相当。从实施例4和对比例4的对比可以看出，采用本发明制样方法制备的日本三菱公司K13D2U高导热中间相沥青基碳纤维复丝试样的拉伸强度测试值高于出厂报道值，拉伸模量和断裂伸长率与出厂值相当。从实施例5和对比例5的对比可以看出，采用本发明制样方法制备的美国氰特公司P120高导热中间相沥青基碳纤维复丝试样的拉伸强度和拉伸模量测试值略高于出厂报道值，断裂伸长率与出厂值相当。从实施例6和对比例6的对比可以看出，采用本发明制样方法制备的美国氰特公司K1100高导热中间相沥青基碳纤维复丝试样的拉伸强度测试值略高于出厂报道值，拉伸模量和断裂伸长率与出厂值相当。
另外，采用本发明装置制备的超高模量碳纤维复丝试样的所有拉伸性能测试离散值均不超过6％，充分说明了本发明的有益效果。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (14)
1.一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，其特征在于，包括精确控制系统、自动滴胶系统和辅助定位系统，所述精确控制系统用于控制滴加浸胶液时的滴加方向、滴加量和滴加速度，所述自动滴胶系统用于控制对超高模量碳纤维复丝的浸胶过程，所述辅助定位系统用于承载固定和运输超高模量碳纤维复丝，所述自动滴胶系统设置位于精确控制系统的正下方，所述辅助定位系统设置位于自动滴胶系统的正下方，所述自动滴胶系统在所述精确控制系统的控制下针对固定在所述辅助定位系统中的超高模量碳纤维复丝的完成滴胶处理工作。
2.根据权利要求1所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，其特征在于，所述精确控制系统包括：控制器、连接线、三轴滑台支撑架、滴胶头固定装置和三轴滑台，所述控制器通过所述连接线与所述滴胶头固定装置相连接，所述控制器和滴胶头固定装置设置于所述三轴滑台上，所述三轴滑台设置于所述三轴滑台支撑架上。
3.根据权利要求2所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，其特征在于，所述控制器包括：电子显示屏、运行按钮、回零按钮、急停按钮、X轴正向运动按钮、X轴负向运动按钮、Y轴正向运动按钮和Y轴负向运动按钮，所述电子显示屏镶嵌设置于所述控制器的正面表面，所述运行按钮、回零按钮、急停按钮、X轴正向运动按钮、X轴负向运动按钮、Y轴正向运动按钮和Y轴负向运动按钮镶嵌设置于所述控制器的正面。
4.根据权利要求2所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，其特征在于，所述滴胶头固定装置由带有螺纹孔的金属板构成，用来连接所述自动滴胶系统中的所述滴胶头，所述金属板为方形或长方形，所述螺纹孔为2-8个。
5.根据权利要求1所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，其特征在于，所述自动滴胶系统包括：滴胶头、蠕动泵、胶液槽和软管，所述蠕动泵设置于所述软管中部用于调节胶液的流动速度，所述滴胶头和所述胶液槽分别设置于所述软管的两端。
6.根据权利要求5所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，其特征在于，所述滴胶头由多排通道滴胶管组成，所述通道数为6-20个。
7.根据权利要求5所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，其特征在于，所述蠕动泵为流量型蠕动泵，流量范围1～300ml/min。
8.根据权利要求1所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，其特征在于，所述辅助定位系统包括：纤维定位缠绕框、纤维框挂架、胶液回收槽、送样板车和地轨，所述纤维定位缠绕框设置于纤维框挂架上，所述胶液回收槽设置于所述纤维定位缠绕框的正下方用于接收所述自动滴胶系统在滴胶过程中所滴流下的多余胶液，所述胶液回收槽设置于安装在所述地轨上的所述送样板车上，所述胶液回收槽可在地轨方向上灵活移动，所述纤维定位缠绕框的横梁设置有凹形槽，所述凹形槽用于对位接收所述自动滴胶系统在滴胶过程中所滴流下的胶液。
9.根据权利要求8所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，其特征在于，所述纤维定位缠绕框为由金属或由不锈钢圆柱围成的方形框架或长方形框架，其中上下两侧的横梁各包含20-40个凹形槽。
10.一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能试样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将超高模量碳纤维缠绕固定在辅助定位系统中的纤维定位框上，挂入纤维挂架，放置到送样板车上的胶液回收槽上方位置，通过地轨移动至三轴支撑架正下方，按动精确控制系统中的控制器上的各轴向运动按钮，将自动滴胶系统中的滴胶头调整至精确控制系统中的纤维框挂架上的纤维定位缠绕框的正下方，使滴胶头最右端与纤维定位缠绕框的第一个凹槽相对应；
步骤2、启动自动滴胶系统中的蠕动泵的运行按钮，调节合适的流动速度，使配好的浸胶液从胶液槽中流进软管，再经蠕动泵流入到滴胶头并均匀分配给各通道滴胶管；从滴胶头流出来的胶液正好滴到正下方的纤维定位缠绕框上的纤维复丝；通过精确控制系统中的控制器上的显示屏设定滴胶程序，按下启动按钮，滴胶头在三轴滑台的带动下，沿着纤维定位缠绕框上横梁方向运动，并完成滴胶过程；
步骤3、将步骤2制得的浸胶纤维晾置一定时间，待胶液充分浸润纤维后拉出辅助定位系统中的送样板车，取下纤维挂架，将纤维放置到烘箱固化、裁剪复丝、粘贴纸质加强片，得到拉伸试样。
11.根据权利要求10所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能试样的制备方法，其特征在于，步骤2中所述蠕动泵设置的流动速度为60-200ml/min。
12.根据权利要求10所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能试样的制备方法，其特征在于，步骤2中所述浸胶液选自100质量份四缩水甘油基二氨基二苯甲烷、80质量份纳迪克酸酐、2质量份2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚和150份丙酮，或者选自100质量份三缩水甘油基三异氰酸酯、70质量份十二烯基丁二酸酐和2质量份苄基二甲胺和100份丙酮，或者选自100质量份1,2-环氧环己烷4,5-二甲酸二缩水甘油酯、125质量份六氢苯二甲酸酐、0.5质量份N,N二甲基苯胺和120份丙酮。
13.根据权利要求10所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能试样的制备方法，其特征在于，步骤3中所述浸胶纤维晾置的时间为5-20分钟。
14.根据权利要求10所述的超高模量碳纤维复丝拉伸性能试样的制备方法，其特征在于，步骤3中所述纤维的固化为在100℃-200℃下固化2-5小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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