CN115541363A - 一种碳纤维复合材料环境试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合材料环境试验装置，包括高温环境箱、低温环境箱以及机械臂；所述高温环境箱设有海水槽，所述海水槽内设有用于加热海水的加热管路，所述高温环境箱内设有可旋转的转盘，并在转盘之间设有第一试件摆放架；所述高温环境箱内设有用于监控箱内环境的第一温湿度传感器，并在侧壁上设有通气口；所述低温环境箱的内部设有第二试件摆放架、制冷管路、拉伸组件以及第二温湿度传感器，所述制冷管路通过低温传输管路与箱体外部的压缩机相连接，所述拉伸组件包括拉伸夹具和驱动所述拉伸夹具的液压杆。该试验装置可以实现对碳纤维复合材料进行多种环境试验的装置，并且在低温环境下可直接进行力学试验，提高了环境试验箱的工作效率。

Description

一种碳纤维复合材料环境试验装置

技术领域

本发明涉及碳纤维技术领域，尤其涉及碳纤维复合材料进行环境试验的装置。

背景技术

碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、抗疲劳性能好等优点，在航空航天、轨道交通等领域的应用越来越多。但是不同环境会对碳纤维复合材料的基体、纤维造成不同形式的损伤，使得碳纤维复合材料的材料性能发生变化，造成一定损失。

碳纤维复合材料环境试验箱可以用于检测产品在高温、湿热、海水、低温下的力学性能，传统的碳纤维高低温环境箱只有高温和低温两种环境，并不存在同步进行海水或者盐雾湿度的情况，而且也不能在环境箱内直接拉伸进行力学试验，进行多组试验费时较长，而且，对于碳纤维复合材料的低温环境试验，若将试件从环境箱中取出，然后进行拉伸的力学试验，试件从低温到常温状态下，会难免使得试件表面产生凝露珠，改变了试件的湿度及温度，从而影响试验的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料环境试验装置。该试验装置可以实现对碳纤维复合材料进行多种环境试验的装置，并且在低温环境下可直接进行力学试验，提高了环境试验箱的工作效率。

为实现上述目的，本发明提供一种碳纤维复合材料环境试验装置，包括高温环境箱、低温环境箱以及机械臂；所述高温环境箱的底部设有海水槽，所述海水槽内设有用于加热海水的加热管路，所述高温环境箱内设有可旋转的转盘，并在转盘之间设有第一试件摆放架，所述转盘的一部分位于所述海水槽内部，另一部分高出所述海水槽；所述高温环境箱内设有用于监控箱内环境的第一温湿度传感器，所述高温环境箱的侧壁上设有通风孔；所述低温环境箱的内部设有第二试件摆放架、位于第二试件摆放架下方的制冷管路、位于所述第二试件摆放架上方的拉伸组件以及第二温湿度传感器，所述制冷管路通过低温传输管路与箱体外部的压缩机相连接，所述拉伸组件包括拉伸夹具和驱动所述拉伸夹具的液压杆，所述拉伸夹具设有载荷传感器。

可选地，所述液压杆包括上下间隔设置且相互平行的第一液压杆和第二液压杆，所述拉伸夹具位于所述第一液压杆与第二液压杆之间；所述第一液压杆、第二液压杆和拉伸夹具的活动端均穿过所述低温环境箱的侧壁向外延伸，所述拉伸夹具的活动端通过连接杆和固定块与所述第一液压杆和第二液压杆的活动端相连接，所述载荷传感器设于所述连接杆与拉伸夹具的活动端之间。

可选地，所述高温环境箱的内部设有横向转轴，所述转盘安装于所述横向转轴。

可选地，所述转盘包括左右间隔设置且相互平行的第一转盘和第二转盘，所述第一试件摆放架设于所述第一转盘与第二转盘之间。

可选地，所述第一试件摆放架的数量为多个，多个所述第一试件摆放架以所述横向转轴为中心沿周向方向进行分布。

可选地，所述高温环境箱、低温环境箱分别设有可以随所述机械臂的搬运动作自动升降的箱门，所述高温环境箱、低温环境箱设有引导所述箱门进行升降的导向槽及密封垫。

可选地，所述高温环境箱、低温环境箱的箱门分别设有双层保温玻璃的观察窗。

可选地，所述机械臂的末端设有用于夹持试件或试件摆放架以进行搬运的夹持器。

可选地，所述高温环境箱、低温环境箱的外侧设有导轨，所述机械臂可移动地安装于所述导轨。

可选地，所述高温环境箱的内顶部设有氙灯。

本发明所提供的碳纤维复合材料环境试验装置，在高温环境箱内可以实现水下区、水面飞溅区、水上盐雾区的环境模拟，并且可以通过第一试件摆放架的旋转，周期性的模拟各个不同环境的变化，在低温环境箱内可以对碳纤维复合材料进行低温环境试验，不用将试件从低温环境箱中取出，可直接进行拉伸力学试验，避免试件从低温环境到常温环境转变，使得试件表面产生凝露珠，改变了试件的湿度及温度，从而影响试验的准确性；而且，使用两个环境试验箱一方面进行交变温度试验时，不需要改变单个环境箱的温度，可以节省时间，另一方面两个环境箱都可以单独工作，可在加快试验的同时增加了试件容量。此外，通过使用机械臂进行搬运，不但可以保证操作人员的安全，也提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种碳纤维复合材料环境试验装置的整体结构示意图；

图2为图1所示碳纤维复合材料环境试验装置正视图方向的剖面示意图；

图3为图1所示碳纤维复合材料环境试验装置的侧视图。

图中：

1.箱门2-1.高温环境箱2-2.低温环境箱3.液压杆3-1.第一液压杆3-2.第二液压杆4.载荷传感器5.固定块6.低温传输管路7.压缩机8.第二试件摆放架9.机械臂10.海水槽11.夹持器12.试件13.转盘13-1.第一转盘13-2.第二转盘14.第一试件摆放架15.观察窗16.第二温湿度传感器17.拉伸夹具18.制冷管路19.加热管20.第一温湿度传感器21.氙灯22.试件23.通风孔

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1至图3，图1为本发明实施例所提供的一种碳纤维复合材料环境试验装置的整体结构示意图；图2为图1所示碳纤维复合材料环境试验装置正视图方向的剖面示意图；图3为图1所示碳纤维复合材料环境试验装置的侧视图。

在一种具体实施例中，本发明所提供的碳纤维复合材料环境试验装置，采用高、低温环境箱搭配使用的方式，主要由高温环境箱2-1、低温环境箱2-2以及机械臂9构成，高温环境箱2-1和低温环境箱2-2并排布置，可以为一体式结构。使用两个环境箱，可以减少单个环境箱在进行高低温交变试验时，环境箱温度变化所需要的大量时间。

高温环境箱2-1、低温环境箱2-2的外侧设有导轨(图中未示出)，机械臂9可移动地安装于导轨，机械臂9的末端设有夹持器11，可以夹持试件或者试件摆放架在两个环境箱内转换。使用机械臂9在保证操作人员安全的同时，也提高了工作效率，并且可以根据试验要求，按照规定时间定时搬运试件。

高温环境箱2-1的底部设有海水槽10，海水槽10设有海水排放口、海水注入管路，海水槽10内设有用于加热海水的加热管路19，高温环境箱2-1内设有可旋转的转盘13，并在转盘13之间设有第一试件摆放架14，转盘13的一部分位于海水槽10内部，另一部分高出海水槽10。

具体地，高温环境箱2-1的内部设有横向转轴，转盘13安装于横向转轴，转盘13分为左右间隔设置且相互平行的第一转盘13-1和第二转盘13-2，第一试件摆放架14设于第一转盘13-1与第二转盘13-2之间，而且，第一试件摆放架14的数量为多个，多个第一试件摆放架14以横向转轴为中心沿周向方向进行分布。

当转轴旋转时，会带动第一转盘13-1和第二转盘13-2一起旋转，从而使一部分第一试件摆放架14浸入海水槽10内，另一部分第一试件摆放架14则位于海水槽10上方，也就是说，通过第一试件摆放架14的旋转，可以周期性的模拟各种不同环境的变化，满足水下区、水面飞溅区、水上盐雾区等多种环境的测试需求。

第一试件摆放架14与第一转盘13-1和第二转盘13-2的连接方式，即可以固定，也可以自由转动。如果采用自由转动的连接方式，侧在转盘13旋转过程中，第一试件摆放架14始终保持水平，如果采用固定的连接方式，则可以将试件12定位在第一试件摆放架14上，以防止在试验过程中，试件12从第一试件摆放架14上脱落。

高温环境箱2-1内设有第一温湿度传感器20，以监控箱内环境，高温环境箱2-1的侧壁上设有通风孔23。通过加热管路19可以直接加热海水槽10内的海水，进而控制高温环境箱2-1内的盐雾及温湿度，第一温湿度传感器20可以自动监控箱内环境，进而通过控制通风孔23，可以调节高温环境箱2-1内的温湿度条件，以满足试验需求。

高温环境箱2-1的内顶部设有氙灯21，以模拟实际光照。

低温环境箱2-2的内部设有第二试件摆放架8、制冷管路18、拉伸组件以及第二温湿度传感器16，其中，制冷管路18位于第二试件摆放架16下方，拉升组件位于第二试件摆放架16的上方，制冷管路18通过低温传输管路6与箱体外部的压缩机7相连接，制冷管路18位于低温环境箱2-2的底部，且位于第二试件摆放架8的下方，可以有效进行降温并减少空间占用。、拉伸组件主要由拉伸夹具17和驱动拉伸夹具的液压杆3构成，且拉升夹具17设有载荷传感器4。通过设置拉伸夹具17，可以在低温环境下进行拉伸试验，分析低温对材料造成的影响。

具体地，液压杆3分为上下间隔设置且相互平行的第一液压杆3-1和第二液压杆3-2，拉伸夹具17位于第一液压杆3-1与第二液压杆3-2之间，低温环境箱2-2的侧面有开有通孔，第一液压杆3-1或第二液压杆3-2的一端固定，另一端穿过对应的通孔向外伸出，同理，拉伸夹具17的一端固定，另一端穿过对应的通孔向外伸出，开孔处均增加了双层密封垫处理，拉伸夹具17的活动端通过连接杆和固定块5与第一液压杆3-1和第二液压杆3-2的活动端相连接，当第一液压杆3-1和第二液压杆3-2同步伸缩时，可以向拉伸夹具17施加载荷，在连接杆与拉伸夹具17之间设有载荷传感器4，用于加载时监控载荷的变化。

低温环境箱2-2内的第二试件摆放架8，可以一次对多组试件进行低温处理，随后可以直接在箱内进行拉伸力学试验，不必单个试件一次次进行低温试验，提高了效率，节省时间。并且避免了将试件从低温下取出接触外界，防止产生凝露对试件造成影响。

高温环境箱2-1、低温环境箱2-2分别设有可以随机械臂9的搬运动作自动升降的箱门1。

本实施例中，两个环境箱的箱门1可以随着机械臂9的搬运，自动控制升降开闭，箱体处设有导向槽及密封垫，箱门1可以通过导向槽及电机实现升降运动，边缘有密封垫可以保证足够的密封性能。并且其观察窗15为双层保温玻璃，以减少温度变化。

当对碳纤维复合材料进行环境试验时，本试验装置可一次对多组试件进行环境处理。

第一种试验工况：

进行高低温湿热环境交变试验时，外部试件12由机械臂9的夹持器11夹持，然后放置在第一试件摆放架14上，打开制热系统进行升温，氙灯21打开，模拟光照，加热管路19开始加热海水槽10内海水及环境箱，在提高温度的同时提高环境箱内的湿度以及盐雾，模拟自然海洋环境的环境条件，并由箱内的第一温湿度传感器20监控箱内环境情况，若有波动，可由通风孔23进行排气控制温湿度。

此时，位于第一试件摆放架14下方的试件被浸没在海水中，位于第一试件摆放架14上方的试件则处于高温潮湿的环境之中。当到达规定时间，箱门1打开，机械臂9的夹持器11将试件从高温环境箱2-1夹持到低温环境箱2-2中。箱门1关闭后压缩机7开始工作，由低温传输管路6传输制冷剂，然后制冷管18开始制冷，进行低温试验，并由第二温湿度传感器16监控环境箱内的温度情况。

由此往复，可对试件进行多次环境交变试验，当达到试验时间要求后，可将试件放置在低温环境箱内，并使用拉伸夹具17夹持，随后在液压杆3的驱动下，由固定块5带动拉伸夹具17，由此进行力学拉伸试验，试验数据由载荷传感器4进行检测，并进行分析记录。

第二种试验工况：

进行高温湿热环境试验时，由机械臂9的夹持器11将试件摆放至第一试件摆放架14上，高温海水盐雾环境箱关闭箱门1，氙灯21打开，海水槽10下方加热管19开始进行加热，环境箱内温度情况由第一温湿度传感器20监控，并配合通风孔23进行排气控制环境箱内温湿度。

旋转试件摆放架14可按照试验要求所规定的的海水浸泡环境及湿热环境的时间进行旋转，试件摆放架14与转盘13连接，在转盘13的带动下，使得试件周期性处于海水浸泡或者湿热盐雾环境之中，可以满足周期性试验要求。

环境试验完成，将试件取出放进低温环境箱，可在拉伸夹具17上，随后在液压杆3的驱动下，由固定块5带动拉伸夹具17进行拉伸试验。实验数据由载荷传感器4检测，并分析得到试件的力学性能。

第三种试验工况：

进行低温环境试验时，由机械臂9的夹持器11将试件摆放至第二试件摆放架8上，箱门1关闭。压缩机7开始工作，低温传输管路6传递制冷剂，制冷管18开始制冷，低温环境箱内温度降低，在第二温湿度传感器16监控下制冷。

低温环境下到达试验要求所制定的时间后，将单个试件22固定在拉伸夹具17上，随后在液压杆3的驱动下，由固定块5带动拉伸夹具17进行拉伸力学试验，由载荷传感器4检测数据，测试试件的力学性能。

上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，将转盘13改为支架，或者，以其他方式驱动拉伸夹具17，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

本发明使用两个环境箱，可减少单个高低温环境箱在进行高低温交变试验时，环境箱温度变化所需要的大量时间，而且，两个环境箱可根据任务需求进行模块化选择，满足多种环境的试验要求，例如水下区、水面飞溅区、水上盐雾区等环境，并且可以通过试件架的旋转，周期性的模拟各个不同环境的变化，低温环境箱2-2可以实现在低温下进行拉伸试验，分析低温对材料造成的影响。

此外，通过使用机械臂9，在保证操作人员安全的同时，也提高了工作效率，有效的避免了现有高低温环境箱需要人工搬运试件进入高低温环境的危险，提高了试验效率。

以上对本发明所提供的碳纤维复合材料环境试验装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种碳纤维复合材料环境试验装置，其特征在于，包括高温环境箱(2-1)、低温环境箱(2-2)以及机械臂(9)；所述高温环境箱(2-1)的底部设有海水槽(10)，所述海水槽(10)内设有用于加热海水的加热管路(19)，所述高温环境箱(2-1)内设有可旋转的转盘(13)，并在转盘(13)之间设有第一试件摆放架(14)，所述转盘(13)的一部分位于所述海水槽(10)内部，另一部分高出所述海水槽(10)；所述高温环境箱(2-1)内设有用于监控箱内环境的第一温湿度传感器(20)，所述高温环境箱(2-1)的侧壁上设有通风孔(23)；所述低温环境箱(2-2)的内部设有第二试件摆放架(8)、位于第二试件摆放架(8)下方的制冷管路(18)、位于所述第二试件摆放架(8)上方的拉伸组件以及第二温湿度传感器(16)，所述制冷管路(18)通过低温传输管路(6)与箱体外部的压缩机(7)相连接，所述拉伸组件包括拉伸夹具(17)和驱动所述拉伸夹具(17)的液压杆(3)，所述拉伸夹具(17)设有载荷传感器(4)。

2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料环境试验装置，其特征在于，所述液压杆(3)包括上下间隔设置且相互平行的第一液压杆(3-1)和第二液压杆(3-2)，所述拉伸夹具(17)位于所述第一液压杆(3-1)与第二液压杆(3-2)之间；所述第一液压杆(3-1)、第二液压杆(3-2)和拉伸夹具(17)的活动端均穿过所述低温环境箱(2-2)的侧壁向外延伸，所述拉伸夹具(17)的活动端通过连接杆和固定块(5)与所述第一液压杆(3-1)和第二液压杆(3-2)的活动端相连接，所述载荷传感器(4)设于所述连接杆与拉伸夹具(17)的活动端之间。

3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料环境试验装置，其特征在于，所述高温环境箱(2-1)的内部设有横向转轴，所述转盘(13)安装于所述横向转轴。

4.根据权利要求3述的碳纤维复合材料环境试验装置，其特征在于，所述转盘(13)包括左右间隔设置且相互平行的第一转盘(13-1)和第二转盘(13-2)，所述第一试件摆放架(14)设于所述第一转盘(13-1)与第二转盘(13-2)之间。

5.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料环境试验装置，其特征在于，所述第一试件摆放架(14)的数量为多个，多个所述第一试件摆放架(14)以所述横向转轴为中心沿周向方向进行分布。

6.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料环境试验装置，其特征在于，所述高温环境箱(2-1)、低温环境箱(2-2)分别设有可以随所述机械臂(9)的搬运动作自动升降的箱门(1)，所述高温环境箱(2-1)、低温环境箱(2-2)设有引导所述箱门(1)进行升降的导向槽及密封垫。

7.根据权利要求6所述的碳纤维复合材料环境试验装置，其特征在于，所述高温环境箱(2-1)、低温环境箱(2-2)的箱门(1)分别设有双层保温玻璃的观察窗(15)。

8.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料环境试验装置，其特征在于，所述机械臂(9)的末端设有用于夹持试件或试件摆放架以进行搬运的夹持器(11)。

9.根据权利要求8所述的碳纤维复合材料环境试验装置，其特征在于，所述高温环境箱(2-1)、低温环境箱(2-2)的外侧设有导轨，所述机械臂(9)可移动地安装于所述导轨。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的碳纤维复合材料环境试验装置，其特征在于，所述高温环境箱(2-1)的内顶部设有氙灯(21)。

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