CN112455052B - 一种改善层间粘结的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善层间粘结的装置，属于层间粘结技术领域，解决了现有技术中胶液与基体、附加层接触时分布不均匀，会产生部分气泡，严重影响粘接效果等问题。本发明装置包括施力装置和超声波激振器；所述超声波激振器与施力装置连接；所述超声激振器用于释放振动波促进层间粘结；所述施力装置用于对最外层施加压力。本发明提高了复合材料的粘结性能。

Description

一种改善层间粘结的装置

技术领域

本发明属于层间粘结技术领域，特别涉及一种改善层间粘结的装置。

背景技术

随着产品的飞行速度逐渐加快，在飞行过程中气动加热现象十分严重，壳体表面的温度很高(在飞行速度5M时，外表面气体加热温度可达上千度)，对内部设备和自身结构会产生极为不利的影响。利用隔热材料层改变产品表面热物理特性，保障在飞行过程中不因气动过热发生结构灾难性故障，同时可以保护产品内部设备不因高温出现故障。

隔热材料层的隔热效果和质量与实施过程的工艺控制直接相关，取决于隔热材料层对钛合金等材料的附着力、贴合力。隔热材料层在粘接时通过胶液粘接在舱壁上，粘接时胶液与舱壁的接触程度直接影响隔热层的使用寿命、胶液材料消耗及成本、胶液的应力及胶液结合强度等，而现阶段的粘接过程中，普遍是通过人工、机械等外力或抽真空挤压等方式，胶液与舱壁接触时分布不均匀，会产生部分气泡，严重影响粘接效果。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种改善层间粘结的装置，用以解决现有技术中胶液与基体、附加层接触时分布不均匀，会产生部分气泡，严重影响粘接效果等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种改善层间粘结的装置，包括施力装置和超声波激振器；

超声波激振器与施力装置连接；

超声激振器用于释放振动波促进层间粘结；

施力装置用于对最外层施加压力。

在一种可能的设计中，层间粘结为附加层和基体间的粘结。

在一种可能的设计中，还包括真空单元，真空单元用于为层间粘结提供负压环境。

在一种可能的设计中，施力装置和超声波激振器设置在真空单元中。

在一种可能的设计中，还包括激振器盒，超声波激振器设置在激振器盒内，激振器盒上设置有第一连接件，施力装置通过第一连接件与激振器盒连接。

在一种可能的设计中，施力装置包括支撑板、支撑架和压力调节单元；

支撑架与支撑板的一侧连接，支撑板的另一侧为工作侧，工作侧与最外层贴合；支撑板工作侧设置有1个以上的压力传感器；

支撑架包括底座和第二连接件，底座与支撑板连接，第二连接件设置在底座的中心位置；

压力调节单元两端分别与第一连接件和第二连接件连接。

在一种可能的设计中，支撑板形状与最外层形状匹配。

在一种可能的设计中，底座与支撑板为可拆卸连接。

在一种可能的设计中，压力调节单元为螺杆，螺杆上设置有旋转手柄；

螺杆一端与第一连接件螺纹连接，另一端与第二连接件螺纹连接，转动旋转手柄调节螺杆长度。

在一种可能的设计中，螺杆两端还分别设置有第一锁紧手柄和第二锁紧手柄，用于对螺杆进行锁紧。

与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：

1)利用超声波可以使原来静止的液体产生流动，本申请胶液流动的产生机理为超声空化作用和声流现象。本发明利用此机理提出了一种改善层间粘结的装置，其是通过超声波激振器促进附加层与基体之间胶液产生微量流动并通过施力装置施加一定压力，辅助排除胶液中残存的气泡和促进胶液合理均匀分布，使附加层、胶液、基体充分贴合，以此改善粘接效果的方法，可有效排除粘接胶液气泡，改善粘接效果且操作过程简单方便。

2)为了提高胶液中气泡的排出速率、提高气泡排出效果，本发明还设置真空单元，将施力装置、超声波激振器和复合材料外部形成负压环境。

3)本发明施力装置设置有1个或多个，可同时对多组复合材料进行处理，提高了复合材料的处理效率。

4)本发明中底座与支撑板为可拆卸连接，使本发明装置适用于不同形状的附加层，提高了装置的适用性。支撑板形状与附加层形状匹配，支撑板可单独替换，支撑板形状可根据附加层具体情况设计对应的随形结构。

5)螺杆为带螺纹结构的硬质材料螺杆，底座上设置的套筒和激振器置盒上的套筒均设置有内螺纹，螺杆可与第一连接件和第二连接件螺纹连接，可通过旋转手柄转动调整螺杆长度，第一锁紧手柄、第二锁紧手柄可在螺杆调整合适后将上下锁紧，保证螺杆稳定，从而保证施加的压力稳定。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1本发明装置结构示意图；

图2本发明装置结构另一示意图；

图3压力传感器排布示意图；

图4可拆卸结构示意图。

附图标记：

1-支撑板；2-压力传感器；3-底座；4-第一连接件；5-第一锁紧手柄；6-旋转手柄；7-第二锁紧手柄；8-第二连接件；9-真空泵；10-激振器盒；11-超声波激振器；12-螺杆；13-真空单元-14-抽真空口；15-真空管路；16-基体，17-胶液；18-附加层。

具体实施方式

以下结合具体实施例对一种改善层间粘结的装置作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。

应理解，尽管这里术语第一、第二、第三等可用来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应限于这些术语。这些术语仅用来区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。因此，在不脱离本发明教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可称为第二元件、组件、区域、层或部分。

为了便于描述，这里诸如“在...之下”、“在...下方”、“下面”、“在...之上”、“上方”等的空间相对术语可用来描述附图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应理解，除了附图中描绘的取向之外，空间相对术语旨在包含装置在使用或操作中的不同取向。例如，当附图中的装置翻转时，描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将取向为在其他元件或特征“之上”。因此，示例性术语“在...下方”可包括之上和之下两种取向。装置可以其他方式取向(旋转90度或在其他方向)，于是相应地解释在此所使用的空间相对描述符。

附加层18通过胶液17与基体16粘结构成复合材料，示例性的，附加层18可以是隔热材料层，基体16可以为舱壁。现有技术中，粘结过程中，胶液17与附加层18和基体16接触时可能分布不均匀，产生部分气泡，严重影响粘接效果。为了解决上述问题，本发明提供了一种改善层间粘结的装置。

一种改善层间粘结的装置，包括施力装置和超声波激振器11；超声波激振器11与施力装置连接；超声激振器11用于释放振动波促进层间粘结；施力装置用于对最外层施加压力。层间粘结为附加层和基体间的粘结。

利用超声波可以使原来静止的液体产生流动，流动的产生机理为超声空化作用和声流现象。本申请利用此机理提出了一种改善层间粘结的装置，其是通过超声波激振器11促进附加层18与基体16之间胶液17产生微量流动并通过施力装置施加一定压力，辅助排除胶液17中残存的气泡和促进胶液17合理均匀分布，使附加层18、胶液17、基体16充分贴合，以此改善粘接效果的方法，改善粘接效果且操作过程简单方便。超声波激振器功率范围为0.5-10kw。层间胶液的气泡的去除率在30％以上，增大了胶液与附加层和基体的粘结面积，提高层间粘结性能。

为了提高胶液17中气泡的排出速率、提高气泡排出效果，还可设置真空单元13，将施力装置、超声波激振器11和复合材料外部形成负压环境。真空泵9通过真空管路15与真空单元13上的抽真空口14连接，真空泵9可实时监测真空单元13内的压力，根据所要达到的负压压强设置真空泵9的抽气速率及抽气时间。

具体的，在一个实施例中，在基体16未组装成产品前粘结附加层18(即先制得复合材料，再采用复合材料组装成产品)，此时，真空单元13可以是真空箱，将施力装置、超声波激振器11和复合材料均放入真空箱内，采用真空泵9对真空箱抽真空，形成负压环境。

在另一实施例中，基体16已经组成产品(大型产品无法置入真空箱)，然后再在产品舱体内粘结隔热材料层的情况。此时，可采用真空袋包络整个被粘接产品，与外界环境进行隔离，并留置数个可用于抽取内部气体的孔道。

对于一些舱体自身气密效果良好，且具备真空抽取条件的产品，可直接以基体16外表面与外界环境隔离，形成负压气氛。

本发明改善层间粘结的装置，还包括激振器盒10，超声波激振器11放置在激振器盒10内，激振器盒10与施力装置连接。激振器盒10上设置有1个或多个第一连接件4，施力装置通过第一连接件与激振器盒10连接。为了提高材料处理效率，施力装置设置有1个以上，且每个施力装置均与激振器盒10连接。

进一步的，在真空单元13采用真空箱时，为了提高施力装置调节的便捷性及施力的稳定性，将激振器盒10固定设置在真空箱的中心部位。在真空单元13采用真空袋时，将激振器盒10固定在产品内部。

具体的，施力装置包括支撑板1、支撑架和压力调节单元；支撑架与支撑板1的一侧(如顶面)连接，支撑板1的另一侧(如底面)与附加层18贴合；如图3所示，支撑板1与附加层贴合侧上设置有1个以上的压力传感器2，压力传感器2根据支撑板1形状、尺寸均匀布置适当数量的传感器，采集不同接触位置的压力值，提高压力测量的准确性；压力调节单元一端与支撑架连接，另一端与激振器盒10连接。

具体的，支撑架包括底座3和第二连接件8，底座3与支撑板1连接，第二连接件8设置在底座3的中心位置。压力调节单元分别连接第二连接件8和第一连接件4。

底座3包括侧壁和顶壁，底座3纵截面为“门”形结构，侧壁设置在靠近支撑板1边缘的位置，提高支撑板1受力均匀性，从而为复合材料提供均匀的压力。示例性的，底座3可以是中空的立方体形或中空的圆柱形。

为了使本申请装置适用于不同形状的附加层18，提高装置适用性，底座3与支撑板1为可拆卸连接。支撑板1与附加层贴合侧的形状与附加层18(如隔热材料层)的形状匹配，支撑板1可单独替换，支撑板1形状可根据附加层18具体情况设计对应的随形结构或共形结构。

具体的，底座3与支撑板1的可拆卸连接结构。示例性的，可拆卸结构为卡扣连接，如图4所示底座3下方设置有卡接头，卡接头下部凸起设置，为了降低卡接头的磨损，进一步的，凸起部位边缘设置为圆弧形，卡接头底部设置为圆角；卡接头设置有2个以上，支撑板1在卡接头对应的位置设置有插孔；插孔内部侧壁上设置有弹性件，弹性件包括卡珠和弹簧，卡珠与弹簧连接，卡接头插入插孔时，向插孔外侧挤压卡珠，在卡接头插入插孔后，弹簧向插孔内侧挤压卡珠，卡珠刚好处于凸起部位的上方，防止卡接头脱出。

在一个实施例中，压力调节单元为螺杆12，螺杆12两端设置有螺纹，第二连接件8和第一连接件4均为设置有内螺纹的套筒，螺杆12上设置有旋转手柄6、第一锁紧手柄5和第二锁紧手柄7，旋转手柄6设置在螺杆12的中间位置，第一锁紧手柄5和第二锁紧手柄7分别设置在螺杆12的两端；螺杆12一端与底座3上的套筒(第二连接件8)螺纹连接，另一端与激振器盒10上端套筒(第一连接件4)螺纹连接，转动螺杆12，调节螺杆12高度，从而调节对附加层施加的压力；调节至需要的压力后，螺杆12两端分别通过第一锁紧手柄5和第二锁紧手柄7对螺杆12进行锁紧。

在另一个实施例中，为了提高压力调节的效率及精度，压力调节单元为直线电动缸，直线电动缸将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，可精确控制直线运动速度和位置，从而精确调整压力调节单元给附加层施加的压力。

一种改善层间粘结的方法，包括以下步骤：

步骤1.确定胶液17活化时间T和附加层18所能承受的最大压强P；

步骤2.将附加层18通过胶液17粘结至基体16制得复合材料后，将复合材料、施力装置和超声波激振器11置于真空单元13内；

步骤3.调节施力装置至所需压强P*；

步骤4.调节真空单元13内的压力至负压；

步骤5.设置超声波激振器11工作时间为T，开启超声波激振器11工作，待T时间后自动停止工作，胶液17固化结束后即可。

步骤2中的真空单元13为真空箱或真空袋。在基体16未组装成产品前制备复合材料的，采用真空箱进行处理，此时真空箱的内壁为复合材料提供支撑。当基体16组装成产品后再粘结附加层18的，采用真空袋进行处理，此时，基体16组装成的产品的结构提供支撑。对产品舱体密闭性足够的产品，可对舱体直接进行抽真空，形成负压环境。

步骤3中的压力调节单元为螺杆12，适用旋转手柄6调整螺杆12长度，观察压力传感器2传出的压强值P*，当P*为65％～75％P时，固定第一锁紧手柄5和第二锁紧手柄7。将压强控制在65％～75％P，既可提高气泡挤出速率，提高胶液17均匀性，又可防止压强过大造成附加层18的损坏。优选的P*控制在70％P。

实施例1

一种改善层间粘结的装置，如图1、图2所示，包括超声波激振器11、激振器盒10、施力装置和真空袋。

超声波激振器11放置在激振器盒10内，激振器盒10上下各设置一个套筒，施力装置设置有2个，且分别通过上下的两个套筒与激振器盒10连接，2个施力装置同轴设置。真空袋通过抽真空孔与真空泵9连接。

施力装置包括支撑板1、支撑架和螺杆12，螺杆12上设置有旋转手柄6、第一锁紧手柄5和第二锁紧手柄7。

实施例2

本实施例提供了一种改善层间粘结的装置，其结构与实施例1提供的改善层间粘结的装置的结构基本相同，本实施例中的装置可以是竖直放置，也可以是水平放置，区别在于，本实施例真空单元13为真空箱，施力装置设置有4个。

激振器盒10上下左右各设置有一个套筒，4个施力装置的螺杆12分别与四个套筒连接。激振器盒10固定设置在真空箱的中心位置。

实施例3

一种改善层间粘结的方法，采用实施例1的装置，包括以下步骤：

步骤1.确定胶液17活化时间为50min，隔热材料层所能承受的最大压强为0.5MPa；

步骤2.将隔热材料通过胶液17粘结至舱壁制得复合材料后，将复合材料、施力装置和超声波激振器11置于真空袋内；

步骤3.根据压强传感器示数，调节旋转手柄6，调整螺杆长度，当压力传感器2示数为0.35MPa时，固定第一锁紧手柄5和第二锁紧手柄7；

步骤4.调节真空单元13内的压力至负压；

步骤5.设置超声波激振器11工作时间为50min，开启超声波激振器11工作，50min后自动停止工作，胶液17固化结束后即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。

Claims (7)

1.一种改善层间粘结的装置，其特征在于，包括施力装置、超声波激振器和真空单元；

所述超声波激振器与施力装置连接；

所述超声激振器用于释放振动波促进层间粘结；

所述施力装置用于对最外层施加压力；

超声波激振器促进附加层与基体之间胶液产生微量流动并通过施力装置施加压力，辅助排除胶液中残存的气泡和促进胶液均匀分布，所述真空单元用于提高胶液中气泡的排出速率，所述施力装置和超声波激振器设置在所述真空单元中；

所述施力装置包括支撑板、支撑架和压力调节单元；

所述支撑架与支撑板的一侧连接，支撑板的另一侧为工作侧，工作侧与所述最外层贴合；所述支撑板工作侧设置有1个以上的压力传感器；

所述支撑架包括底座和第二连接件，所述底座与支撑板连接，所述第二连接件设置在所述底座的中心位置；

所述压力调节单元两端分别与第一连接件和第二连接件连接。

2.根据权利要求1所述的改善层间粘结的装置，其特征在于，所述层间粘结为附加层和基体间的粘结。

3.根据权利要求1或2所述的改善层间粘结的装置，其特征在于，还包括激振器盒，所述超声波激振器设置在激振器盒内，所述激振器盒上设置有第一连接件，所述施力装置通过第一连接件与所述激振器盒连接。

4.根据权利要求1所述的改善层间粘结的装置，其特征在于，所述支撑板形状与所述最外层形状匹配。

5.根据权利要求1所述的改善层间粘结的装置，其特征在于，所述底座与支撑板为可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的改善层间粘结的装置，其特征在于，所述压力调节单元为螺杆，螺杆上设置有旋转手柄；

所述螺杆的两端分别与第一连接件和第二连接件螺纹连接，转动旋转手柄调节螺杆长度。

7.根据权利要求6所述的改善层间粘结的装置，其特征在于，所述螺杆两端还分别设置有第一锁紧手柄和第二锁紧手柄，用于对螺杆进行锁紧。

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