CN116878999B - 热塑性树脂微脱粘试样的制备装置、制备系统及制备方法 - Google Patents

Abstract

在材料制备领域中，本发明提供一种热塑性树脂微脱粘试样的制备装置、制备系统及制备方法，制备装置包括：支座、纤维样品支撑板、定位栓、加热棒、电热丝、热塑性树脂丝和压条，制备系统包括制备装置和环境控制箱，电热丝、加热棒通过导线与环境控制箱实现连接，加热功率分别由电热丝温度控制器和加热棒温度控制器进行设置和调控，本方法和本系统可在一根纤维丝上同时制备多个相近尺寸的热塑性树脂微球，通过增加支座内电热丝、加热棒、纤维样品定位槽等组件的数量，实现热塑性树脂微脱粘试样的批量制备。

Description

热塑性树脂微脱粘试样的制备装置、制备系统及制备方法

技术领域

本发明涉及材料制备领域，尤其涉及一种热塑性树脂微脱粘试样的制备装置、制备系统及制备方法。

背景技术

热塑性树脂目前已作为主要的基体材料类型之一，已广泛用于多种新型高性能纤维增强树脂基复合材料开发。对复合材料而言，纤维与树脂的界面剪切强度是界面力学性能和复合材料综合性能非常重要的判断标准。微脱粘测试方法作为界面剪切强度的一个常用方法，已成熟地用于对热固性树脂和纤维界面剪切强度进行评价。由于热塑性树脂具有较高的粘度，无法适用热固性树脂微脱粘样品的制样方法。与热固性树脂相比较而言，采用微脱粘测试方法表征纤维与热塑性树脂间界面剪切强度的相关文献中，所提到的制样方案对制样人员的动手能力和经验要求高，较难实现符合实验要求的热塑性树脂微球的可靠和高效制备。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明提供了一种热塑性树脂微脱粘试样的制备装置、制备系统及制备方法，具体包括：

一种热塑性树脂微脱粘试样的制备装置，包括：

支座，所述支座的侧壁设置矩形槽，所述矩形槽的顶部贯穿所述支座的上表面，所述矩形槽的底部高于所述支座的下表面，所述矩形槽的底部的长度方向的中线上设置支撑板定位槽；

纤维样品支撑板，所述纤维样品支撑板通过所述支撑板定位槽安装在所述矩形槽中，所述纤维样品支撑板上用于安装纤维丝；

定位栓，在所述矩形槽的两侧且设置在所述支座的上表面上各设置一列定位栓，所述纤维丝设置在两列所述定位栓的中间，每排所述定位栓之间的连线与所述纤维丝垂直；

加热棒，所述加热棒的数量为两个，两个所述加热棒安装在所述矩形槽内，所述纤维丝设置在两个所述加热棒的上方且设置在两个所述加热棒的中间，所述纤维丝分别与两个所述加热棒平行设置；

电热丝，所述电热丝的数量为两个，两个所述电热丝安装在所述矩形槽内，所述纤维丝与两个所述电热丝在同一水平面上，所述纤维丝设置在两个所述电热丝的中间，所述纤维丝分别与两个所述电热丝平行设置；

热塑性树脂丝，所述热塑性树脂丝呈弓字形依次缠绕两列所述定位栓上，所述热塑性树脂丝搭接在两个所述电热丝上，所述纤维丝与所述热塑性树脂丝接触；

压条，所述压条的数量为两个，每列所述定位栓适配一个压条，当所述热塑性树脂丝呈弓字形缠绕在两列所述定位栓上后，所述压条用于对同侧的一列定位栓压紧；

其中，每个所述电热丝各连接一根导线，每个所述加热棒各连接一根导线。

优选地，所述压条包括：

支撑块，所述支撑块设置在所述支座的上表面；

刚性压臂，所述刚性压臂的一端通过固定销转动安装在所述支撑块上，所述刚性压臂的长度长于同侧的一列所述定位栓的占地长度；

压片，所述压片安装在刚性压臂下表面；

紧固螺栓，所述紧固螺栓安装在所述刚性压臂远离所述支撑块的一端，所述支座的上表面设置与所述紧固螺栓适配的安装孔；

当所述刚性压臂向所述定位栓方向转动直至所述刚性压臂呈水平设置时，所述压片通过压紧同侧的一列所述定位栓对所述热塑性树脂丝进行紧固，所述紧固螺栓旋入同侧的安装孔内。

优选地，所述支撑板定位槽包括两个定位板，两个所述定位板垂直所述支座的底面且与所述矩形槽的侧壁平行；

两个所述定位板之间的距离与所述纤维样品支撑板的厚度适配。

优选地，所述纤维样品支撑板为U型直角板，所述纤维样品支撑板的底部滑动移入两个所述定位板形成的空间内，所述纤维样品支撑板被两个所述定位板夹持固定；

所述纤维丝安装在所述纤维样品支撑板的两个纵板之间且绷直。

一种热塑性树脂微脱粘试样的制备系统，包括上述的热塑性树脂微脱粘试样的制备装置和环境控制箱；

所述热塑性树脂微脱粘试样的制备装置放置在所述环境控制箱的腔体内，两个所述电热丝的导线和两个所述加热棒的导线分别与所述环境控制箱连接；

所述环境控制箱通过导线组分别控制两个所述电热丝的温度和两个加热棒的温度。

优选地，所述环境控制箱包括：

箱体，所述箱体呈方体设置，所述箱体的内腔中用于放置所述热塑性树脂微脱粘试样的制备装置，所述箱体的侧壁上设置支持开合的箱门，所述箱体的门框设置密封圈，所述箱门的外表面设置把手；

充气管，所述充气管设置在所述箱体上且与所述箱体的内腔连通；

出气管，所述出气管设置在所述箱体上且与所述箱体的内腔连通；

气压表，所述气压表设置在所述箱体上且与所述箱体的内腔连通，所述气压表用于实时监测所述箱体的内腔气压。

优选地，所述系统还包括：

电热丝控制器，所述电热丝控制器安装在所述箱体的外侧壁上，两个所述电热丝的导线分别与所述电热丝控制器连接；

加热棒控制器，所述加热棒控制器安装在所述箱体的外侧壁上，两个所述加热棒的导线分别与所述加热棒控制器连接。

优选地，所述系统还包括：

进气阀，所述进气阀设置在所述充气管上；

排气阀，所述排气阀设置在所述出气管上；

进气开关，所述进气开关安装在所述箱体的外壁上，所述进气开关与所述进气阀电连接；

排气开关，所述排气开关安装在所述箱体的外壁上，所述排气开关与所述排气阀电连接。

一种热塑性树脂微脱粘试样的制备方法，应用于上述的热塑性树脂微脱粘试样的制备系统，包括下述步骤：

截取预设长度的纤维丝，将所述纤维丝固定在所述纤维样品支撑板上且绷直后，将所述纤维样品支撑板插入所述支撑板定位槽中；

将所述热塑性树脂丝的一端缠绕固定在一列所述定位栓的头部定位栓，所述热塑性树脂丝呈弓字形依次在两列所述定位栓上穿插缠绕，所述热塑性树脂丝的另一端缠绕在另一列所述定位栓的尾部定位栓上，

其中，在同一列所述定位栓内，所述头部定位栓为远离所述支撑块端的第一个定位栓；

将所述热塑性树脂微脱粘试样的制备装置放入到所述环境控制箱的内腔中，关闭所述箱门后，打开所述排气开关直至所述箱体内为真空环境，然后，根据制备需求向所述箱体内充入预设气体，充气后的所述箱体内的气压与所述箱体外的气压相同；

对所述纤维丝一侧的电热丝进行通电，直至通电的电热丝熔断上方的热塑性树脂丝，关闭通电的电热丝后，对同侧的加热棒进行通电，所述加热棒对熔断后的热塑性树脂丝进行加热直至本侧熔断后的热塑性树脂丝熔接在所述纤维丝的表面，关闭本侧的加热棒；

对所述纤维丝另一侧电热丝进行通电，直至通电的电热丝熔断上方的热塑性树脂丝，关闭通电的电热丝后，对同侧的加热棒进行通电，所述加热棒对熔断后的热塑性树脂丝进行加热直至本侧熔断后的热塑性树脂丝熔接在所述纤维丝的表面，关闭本侧的加热棒；

同时对所述纤维丝两侧的加热棒进行通电，两侧的加热棒对所述纤维丝表面上的热塑性树脂丝进行加热直至所述热塑性树脂丝熔融后形成树脂液滴球包覆纤维丝；

对所述纤维丝两侧的加热棒进行断电，待所述树脂液滴球冷却，得到热塑性树脂微脱粘试样。

优选地，所述纤维丝的材质为金属纤维、无机非金属纤维或有机纤维；

所述热塑性树脂丝的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜或橡胶；

所述预设气体为氮气、氦气或氩气。

上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

本发明的原理可行，设计简明，可在一根纤维丝上同时制备多个相近尺寸的热塑性树脂微球，制备工艺稳定可靠，技术可行性好。

本发明的制备装置，设计性强，可拓展性好，可对本装置进行改进设计，通过增加支座内电热丝、加热棒、纤维样品定位槽等组件的数量，实现微脱粘测试样品的批量制备。

本发明的制备装置中，采用电热丝对热塑性树脂丝进行快速通电升温熔断，进一步利用加热棒使熔断后的细丝的熔融收缩，粘附并包裹纤维，形成树脂微球，制备效率高。

本发明的热塑性树脂丝和纤维，可选择多种树脂类型和纤维类型用于制备样品，材料体系普适性强。

综上，本发明原理可行、设计简明、工艺稳定、技术可行性好、制备效率高、可拓展性好、可设计性强，可较好地实现热塑性树脂微脱粘测试样品的批量稳定高效制备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的装置及系统的结构示意图；

图2为本发明提供的方法的流程图示意图：

（a）为热塑性树脂丝在多个固定栓14间绕行的路线示意图；

（b）为热塑性树脂丝在装置上绕丝固定之后的正视图，

（c）为热塑性树脂丝固定于支座后，尚未熔断和熔融的示意图；

（d）为第一电热丝通电后，热塑性树脂丝在高温作用下发生熔断的示意图，其中，靠近第一电热丝的闪电符号表示给第一电热丝通电，其他图中也表示相同含义；

（e）为第一加热棒通电后，熔断同侧的热塑性树脂丝在热辐射作用下软化、熔融并粘在纤维丝一侧的示意图；

（f）为第二电热丝通电后，热塑性树脂丝在高温作用下发生熔断的示意图；

（g）为第二加热棒通电后，熔断同侧的热塑性树脂丝在热辐射作用下软化、熔融并粘在纤维丝的另一侧的示意图；

（h）为第一加热棒和第二加热棒同时通电后，加热棒快速升温，将悬挂在纤维丝表面的树脂熔融，形成树脂液滴球包覆纤维的示意图。

附图标记：

1-箱体，2-电热丝控制器，3-加热棒控制器，4-充气管，5-气压表，6-出气管，7-排气开关，8-进气开关，9-箱门，10-把手，11-密封圈；12-第一压条，12-1-压条紧固螺栓，12-2-刚性压臂，12-3-压片，12-4-固定销，12-5-支撑块，13-第二压条，14-定位栓，15-支座，16-导线，17-纤维样品定位槽，18-电热丝支撑臂，19-电热丝，19-1-第一电热丝，19-2-第二电热丝，20-隔热套，21-加热棒，21-1-第一加热棒，21-2-第二加热棒，22-纤维样品支撑板，23-热塑性树脂丝，24-纤维丝。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1所示，一种热塑性树脂微脱粘试样的制备装置，包括：支座15、纤维样品支撑板22、定位栓14、加热棒、电热丝、热塑性树脂丝23和压条，具体结构为：

优选的一种实施方式，支座15的具体结构为：

支座15整体长方体设置，在支座15的长度方向开设一个矩形槽，矩形槽开设置在支座15的侧壁上，矩形槽的槽深沿支座15的长度方向上向里延伸但贯穿，也就是在所述支座15的腰身的横截面为直角U型设置，或者沿所述支座15的中间点的纵截面也为直角U型设置，也就是矩形槽的顶部贯穿所述支座15的上表面，矩形槽的深度方向沿所述支座15的长度方向设置，所述矩形槽的底部高于所述支座15的下表面，所述矩形槽的底部的长度方向的中线上设置支撑板定位槽。

其中，支撑板定位槽的具体结构为：所述支撑板定位槽包括两个定位板，两个所述定位板垂直所述支座15的底面且与所述矩形槽的侧壁平行；两个所述定位板之间的距离与所述纤维样品支撑板22的厚度适配，同时，两个定位板之间的距离中线同样为支座15的宽度中线。

在本实施例中的装置，以纤维丝24为中线，除热塑性树脂丝23外，纤维丝24两侧的结构布局呈对称设置。

优选的一种实施方式，纤维样品支撑板22的具体结构为：

所述纤维样品支撑板22通过所述支撑板定位槽安装在所述矩形槽中，所述纤维样品支撑板22上用于安装纤维丝24；所述纤维样品支撑板22为U型直角板，所述纤维样品支撑板22的底部滑动移入两个所述定位板形成的空间内，所述纤维样品支撑板22被两个所述定位板夹持固定；所述纤维丝24安装在所述纤维样品支撑板22的两个纵板之间且绷直。纤维样品支撑板22的正视图呈“凹”型设置，两个侧板之间安装纤维丝24，纤维丝24为绷直状态，纤维丝24在纤维样品支撑板22的固定方式可以为双面胶带、单面胶带、胶水等方式。

优选的一种实施方式，定位栓14的具体结构和布局为：

在本实施例中，定位栓14的数量为多个，例如可以为12个，每列六个；在支座15的上表面且设置在矩形槽的两侧分别沿着矩形槽的长度方向上各设置一列定位栓14，例如：在所述矩形槽的两侧且设置在所述支座15的上表面上各设置一列定位栓14，当纤维样品支撑板22插入支撑板定位槽后，纤维丝24设置在两列所述定位栓14的中间，每排所述定位栓14之间的连线与所述纤维丝垂直，且，纤维丝24到两侧对应的定位栓14的距离是相等的。

优选的一种实施方式，加热棒21的布局为：

所述加热棒的数量为两个，两个所述加热棒安装在所述矩形槽内，加热棒的一端安装在矩形槽的侧壁上，所述纤维丝24设置在两个所述加热棒的上方且纤维丝24设置在两个所述加热棒的中间，所述纤维丝24分别与两个所述加热棒平行设置，加热棒安装在侧壁的方式为现有技术，每个加热棒各连接有一根导线16，加热棒本身的具体结构为现有技术，加热棒与纤维丝24直接无接触。如图1所示，一侧的加热棒为第一加热棒21-1，另一侧的加热棒为第二加热棒21-2。

优选的一种实施方式，电热丝19的布局为：

所述电热丝的数量为两个，两个所述电热丝安装在所述矩形槽内，安装方式为电热丝的一端固定安装在矩形槽的侧壁，电热丝沿矩形槽的长度方向上设置，所述纤维丝24与两个所述电热丝在同一水平面上，所述纤维丝24设置在两个所述电热丝的中间，所述纤维丝24分别与两个所述电热丝平行设置。

其中，纤维丝24的材质为金属纤维、无机非金属纤维或有机纤维中的一种，如图1所示，与第一加热棒21-1同侧的电热丝为第一电热丝19-1，与第二加热棒21-2同侧的电热丝为第二电热丝19-2。

优选的一种实施方式，热塑性树脂丝23的布局为：

所述热塑性树脂丝23呈弓字形依次缠绕两列所述定位栓14上，所述热塑性树脂丝23搭接在两个所述电热丝上，所述纤维丝24与所述热塑性树脂丝23接触；

如图2中的图（a）和图（b），热塑性树脂丝23先缠绕在第一电热丝19-1这侧的一列定位栓14的头部定位栓14，其中，对于每列的头部定位栓14为远离电热丝或电热棒固定端的第一个定位栓14。

热塑性树脂丝23先缠绕在第一电热丝19-1这侧的一列定位栓14的头部定位栓14，然后绷直热塑性树脂丝23拉向第二电热丝19-2侧的一列定位栓14的头部定位栓14，在另一列的头部定位栓14上缠绕，缠绕后，拉直向第二电热丝19-2侧的一列定位栓14的头部的第二定位栓14，然后缠绕在第二电热丝19-2侧的一列定位栓14的头部的第二定位栓14上，然后，拉直热塑性树脂丝23移向第一电热丝19-1这侧的一列定位栓14的头部的第二个定位栓14，然后缠绕以此类推，直至将每一个定位栓14上成弓字蛇形被热塑性树脂丝23缠绕为止。

优选的一种实施方式，压条的具体结构为：

所述压条的数量为两个，每列所述定位栓14适配一个压条，当所述热塑性树脂丝23呈弓字形缠绕在两列所述定位栓14上后，所述压条用于对同侧的一列定位栓14压紧。压条的数量为两个，用于压第一电热丝19-1这一侧的一列定位栓14的压条为第一压条12，用于压第二电热丝19-2这一侧的一列定位栓14的压条为第二压条13。两个压条的具体结构相同。

所述压条包括：支撑块12-5、刚性压臂12-2、压片12-3和紧固螺栓12-1，刚性压臂12-2，所述刚性压臂12-2的一端通过固定销12-4转动安装在所述支撑块12-5上，所述刚性压臂12-2的长度长于同侧的一列所述定位栓14的占地长度；所述压片12-3安装在刚性压臂12-2下表面所述紧固螺栓12-1安装在所述刚性压臂12-2远离所述支撑块12-5的一端，所述支座15的上表面设置与所述紧固螺栓12-1适配的安装孔；当所述刚性压臂12-2向所述定位栓14方向转动直至所述刚性压臂12-2呈水平设置时，所述压片12-3通过压紧同侧的一列所述定位栓14对所述热塑性树脂丝23进行紧固，所述紧固螺栓12-1旋入同侧的安装孔内，压片12-3为柔性压片12-3，例如橡胶材质。

紧固螺栓12-1安装于刚性压臂12-2一端，压片12-3贴附于刚性压臂12-2底部，固定销12-4连接刚性压臂12-2与支撑块12-5，支撑块12-5固定于支座15，压条主要用来压紧热塑性树脂丝23，压条紧固螺栓12-1穿过刚性压臂12-2后固定于支座15；定位栓14安装于支座15，用于缠绕固定热塑性树脂丝23，定位栓14数量依据支座15尺寸进行设计；电热丝固定于电热丝支撑臂18，电热丝支撑臂18固定于支座15；加热棒固定于支座15，加热棒与支座15中间加一隔热套20，关于电热丝的固定方式和加热套的设置方式为现有技术，根据本申请的需求可以设置，不作赘述。纤维样品支撑板22用于为纤维丝24提供拉直悬挂支撑，纤维样品支撑板22可插入纤维样品定位槽17中进行固定，纤维样品定位槽17安装于支座15；电热丝、加热棒通过各自导线16与环境控制箱实现连接，加热功率分别由电热丝温度控制器和加热棒温度控制器进行设置和调控。

如图1所示，一种热塑性树脂微脱粘试样的制备系统，包括上述的热塑性树脂微脱粘试样的制备装置和环境控制箱；所述热塑性树脂微脱粘试样的制备装置放置在所述环境控制箱的腔体内，两个所述电热丝的导线16和两个所述加热棒的导线16分别与所述环境控制箱连接；所述环境控制箱通过导线16组分别控制两个所述电热丝的温度和两个加热棒的温度。

所述环境控制箱包括：箱体1、充气管4、出气管6、气压表5、电热丝控制器2和加热棒控制器3；

箱体1，所述箱体1呈方体设置，所述箱体1的内腔中用于放置所述热塑性树脂微脱粘试样的制备装置，所述箱体1的侧壁上设置支持开合的箱门9，所述箱体1的门框设置密封圈11，所述箱门9的外表面设置把手10；

充气管4，所述充气管4设置在所述箱体1上且与所述箱体1的内腔连通；

出气管6，所述出气管6设置在所述箱体1上且与所述箱体1的内腔连通；

气压表5，所述气压表5设置在所述箱体1上且与所述箱体1的内腔连通，所述气压表5用于实时监测所述箱体1的内腔气压，气压表5的相关功能和设置为现有技术不作赘述；

电热丝控制器2，所述电热丝控制器2安装在所述箱体1的外侧壁上，两个所述电热丝的导线16分别与所述电热丝控制器2连接；

加热棒控制器3，所述加热棒控制器3安装在所述箱体1的外侧壁上，两个所述加热棒的导线16分别与所述加热棒控制器3连接。

其中，电热丝控制器2和加热棒控制器3为相关电路控制系统集成，相关设置为现有技术，电热丝控制器2用于控制第一电热丝19-1和第二加热丝通电加热及显示加热温度，加热棒控制器3用于控制第一加热棒21-1和第二加热棒21-2通电加热及显示加热温度。

本系统还包括：进气阀、排气阀、进气开关8和排气开关7，主要用于控制本箱体1中的气体。

进气阀，所述进气阀设置在所述充气管4上；

排气阀，所述排气阀设置在所述出气管6上；

进气开关8，所述进气开关8安装在所述箱体1的外壁上，所述进气开关8与所述进气阀电连接；

排气开关7，所述排气开关7安装在所述箱体1的外壁上，所述排气开关7与所述排气阀电连接。

进气开关8与进气阀连接，用于控制充气管4是否向箱体1内供气的技术为线技术，排气开关7与排气阀连接，用于控制出气管6是否将箱内的气体排出的技术为现有技术。

本装置和本系统，可在一根纤维丝上同时制备多个相近尺寸的热塑性树脂微球。通过增加支座内电热丝、加热棒、纤维样品定位槽等组件的数量，实现热塑性树脂微脱粘试样的批量制备，

如图1和图2所示，一种热塑性树脂微脱粘试样的制备方法，应用于上述的热塑性树脂微脱粘试样的制备系统，包括下述步骤：

S1、截取预设长度的纤维丝，将所述纤维丝固定在所述纤维样品支撑板上且绷直后，将所述纤维样品支撑板插入所述支撑板定位槽中，具体为：

挂丝，截取一定长度纤维丝束，从中抽出单根纤维丝，纤维丝一侧端头粘接固定于纤维样品支撑板一侧特定位置，纤维丝牵伸拉直后，另一侧端头粘接固定于纤维样品支撑板另一侧特定位置，纤维丝拉直悬挂固定于纤维样品支撑板，将支撑板插入纤维样品定位槽17中。

S2、将所述热塑性树脂丝的一端缠绕固定在一列所述定位栓14的头部定位栓14，所述热塑性树脂丝呈弓字形依次在两列所述定位栓14上穿插缠绕，所述热塑性树脂丝的另一端缠绕在另一列所述定位栓14的尾部定位栓14上，其中，在同一列所述定位栓14内，所述头部定位栓14为远离所述支撑块12-5端的第一个定位栓14，具体包为：

绕丝，将热塑性树脂丝一端固定于头部的定位栓14，并在不同列的定位栓14之间绕行，树脂细丝另一端固定位尾部的定位栓14，热塑性树脂丝与电热丝、纤维丝呈垂直搭接状态，然后固定第一压条12和第二压条13，将热塑性树脂丝压紧固定在支座15上，获得绕丝后的热塑性树脂微脱粘试样的制备装置。

S3、将所述热塑性树脂微脱粘试样的制备装置放入到所述环境控制箱的内腔中，关闭所述箱门9后，打开所述排气开关7直至所述箱体1内为真空环境，然后，根据制备需求向所述箱体1内充入预设气体，充气后的所述箱体1内的气压与所述箱体1外的气压相同，具体为：

入箱，将绕丝后的微脱粘样品制备模块置于环境控制箱中，制备模块与环境控制箱控制模块通过导线16连接，关闭箱门9，环境控制箱抽真空，根据实验需要确定是否向箱体1内充入其他类型的气体。

S4、对所述纤维丝一侧的电热丝进行通电，直至通电的电热丝熔断上方的热塑性树脂丝，关闭通电的电热丝后，对同侧的加热棒进行通电，所述加热棒对熔断后的热塑性树脂丝进行加热直至本侧熔断后的热塑性树脂丝熔接在所述纤维丝的表面，关闭本侧的加热棒；

具体包括：

一次熔断，打开第一电热丝19-1开关，第一电热丝19-1通电后快速升温，搭接在第一电热丝19-1上的热塑性树脂丝被熔断，关闭第一电热丝19-1开关；

一次熔接，打开第一加热棒开关，第一加热棒快速升温，将熔断的树脂细丝熔融，熔断的树脂细丝自由端在高温下收缩，并粘在纤维丝表面，关闭第一加热棒开关。

S5、对所述纤维丝另一侧电热丝进行通电，直至通电的电热丝熔断上方的热塑性树脂丝，关闭通电的电热丝后，对同侧的加热棒进行通电，所述加热棒对熔断后的热塑性树脂丝进行加热直至本侧熔断后的热塑性树脂丝熔接在所述纤维丝的表面，关闭本侧的加热棒；

具体包括：

二次熔断，打开第二电热丝19-2开关，第二电热丝19-2通电后快速升温，搭接在第二电热丝19-2上的热塑性树脂丝被熔断，关闭第二电热丝19-2开关；

二次熔接，打开第二加热棒开关，第二加热棒快速升温，将熔断的树脂细丝熔融，熔断的树脂细丝自由端在高温下收缩，并粘在纤维丝表面，关闭第二加热棒开关。

S6、同时对所述纤维丝两侧的加热棒进行通电，两侧的加热棒对所述纤维丝表面上的热塑性树脂丝进行加热直至所述热塑性树脂丝熔融后形成树脂液滴球包覆纤维丝，对所述纤维丝两侧的加热棒进行断电，待所述树脂液滴球冷却，得到热塑性树脂微脱粘试样。

具体包括：熔融成球，同时打开第一加热棒和第二加热棒开关，两个加热棒快速升温，将悬挂在纤维表面的树脂细丝熔融，细丝熔融后形成树脂液滴球包覆纤维，关闭第一加热棒和第二加热棒开关，树脂液滴球冷却硬化，获得最终热塑性树脂微脱粘试样。

其中，所述热塑性树脂丝的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜或橡胶；环境控制箱抽真空主要目的是防止空气对熔融的热塑性树脂产生氧化分解作用，如树脂熔融过程中不会分解，也可视情况不抽真空；环境控制箱抽真空后可视情况，确定是否向其中充入氮气、氦气、氩气中的至少一种，充气后环境控制箱内气压与大气压相同。

优选的一种实施方式，一次熔断、一次熔接、二次熔断、二次熔接和熔融成球的工艺过程分为五步，所述工艺过程可靠；也可对熔断、熔接和熔融成球的过程进行适当调整，实行第一电热丝和第二电热丝同时通电熔断热塑性树脂丝，然后同时对第一加热棒和第二加热棒进行通电直接将熔断后地热塑性树脂丝段熔融成球。

具体的一种实施例：

本实施例采用碳纤维作为微脱粘制样的纤维载体，以聚丙烯为微脱粘测试用的树脂。具体流程如下：

（1）挂丝，截取5-10cm长度的T400级24K碳纤维丝束，将丝束放置于白纸上，用镊子夹住一块双面胶，靠近丝束中分散的纤维丝，随机粘出一根碳纤维丝，并从中抽出单根碳纤维丝；将粘有碳纤维丝的双面胶粘在纤维样品支撑板的一侧特定位置；然后用镊子夹起第二块双面胶，并使双面胶粘在碳纤维丝的另一端，将纤维丝牵伸拉直后，将双面胶粘接固定于纤维样品支撑板另一侧特定位置，此时，碳纤维丝呈拉直状态悬挂固定于纤维样品支撑板，将支撑板插入纤维样品定位槽中；

（2）绕丝，如图2中的图（a）所示，采用熔融拉丝法获得直径在20-500μm之间的特定直径的聚丙烯树脂细丝，将聚丙烯树脂细丝一端固定于头部的定位栓，并在不同列的定位栓之间绕行，树脂细丝另一端固定位尾部的定位栓，聚丙烯树脂细丝与电热丝、纤维丝呈垂直搭接状态，然后固定第一压条和第二压条，将聚丙烯树脂细丝压紧固定在支座上，获得绕丝后的热塑性树脂微脱粘试样的制备装置；

（3）入箱，将绕丝后的热塑性树脂微脱粘试样的制备装置置于环境控制箱中，制备模块与环境控制箱控制模块通过导线连接，关闭箱门，连接抽气管与真空泵，打开抽气阀门，关闭充气阀门，将环境控制箱抽至真空状态；

（4）一次熔断，如图2中的图（d）所示，设置电热丝加热功率，使其温度达到300-350℃，低于聚丙烯分解温度，打开第一电热丝开关，第一电热丝通电后快速升温，搭接在第一电热丝上的热塑性树脂丝被熔断，关闭第一电热丝开关；

（5）一次熔接，如图2中的图（e）所示，设置加热棒加热功率，使其热辐射至树脂的温度达到180-250℃，打开第一加热棒开关，第一加热棒快速升温，将熔断的树脂细丝熔融，熔断的树脂细丝自由端在高温下收缩，并粘在纤维表面，关闭第一加热棒开关；

（6）二次熔断，如图2中的图（f）所示，打开第二电热丝开关，第二电热丝通电后快速升温至300-350℃，搭接在第二电热丝上的热塑性树脂丝被熔断，关闭第二电热丝开关；

（7）二次熔接，如图2中的图（g）所示，打开第二加热棒开关，第二加热棒快速升温至180-250℃，将熔断的树脂细丝熔融，熔断的树脂细丝自由端在高温下收缩，并粘在纤维表面，关闭第二加热棒开关；

（8）熔融成球，如图2中的图（h）所示，同时打开第一和第二加热棒开关，加热棒快速升温至180-250℃，将悬挂在纤维表面的树脂细丝熔融，细丝熔融后形成树脂液滴球包覆纤维，关闭第一和第二加热棒开关，树脂液滴球冷却硬化，等待10min后，打开充气阀门至缓慢充气状态，使空气缓慢流入环境控制箱中，环境控制箱中气压升至大气压后，打开箱门，获得最终微脱粘测试纤维样品。

本发明的实施例原理可行，设计简明，可在一根纤维丝上同时制备多个相近尺寸的热塑性树脂微球，制备工艺稳定可靠，技术可行性好。本发明的实施例的制备装置，设计性强，可拓展性好，可对本装置进行改进设计，通过增加支座内电热丝、加热棒、纤维样品定位槽等组件的数量，实现微脱粘测试样品的批量制备。本发明实施例的制备装置中，采用电热丝对热塑性树脂丝进行快速通电升温熔断，进一步利用加热棒使熔断后的细丝的熔融收缩，粘附并包裹纤维，形成树脂微球，制备效率高。本发明的热塑性树脂丝和纤维，可选择多种树脂类型和纤维类型用于制备样品，材料体系普适性强。

综上，本发明原理可行、设计简明、工艺稳定、技术可行性好、制备效率高、可拓展性好、可设计性强，可较好地实现热塑性树脂微脱粘测试样品的批量稳定高效制备。

以下几点需要说明：

（1）本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

（2）为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。

（3）在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种热塑性树脂微脱粘试样的制备装置，其特征在于，包括：

支座，所述支座的侧壁设置矩形槽，所述矩形槽的顶部贯穿所述支座的上表面，所述矩形槽的底部高于所述支座的下表面，所述矩形槽的底部的长度方向的中线上设置支撑板定位槽；

纤维样品支撑板，所述纤维样品支撑板通过所述支撑板定位槽安装在所述矩形槽中，所述纤维样品支撑板上用于安装纤维丝；

定位栓，在所述矩形槽的两侧且在所述支座的上表面上各设置一列定位栓，所述纤维丝设置在两列所述定位栓的中间，每排所述定位栓之间的连线与所述纤维丝垂直；

加热棒，所述加热棒的数量为两个，两个所述加热棒安装在所述矩形槽内，所述纤维丝设置在两个所述加热棒的上方且设置在两个所述加热棒的中间，所述纤维丝分别与两个所述加热棒平行设置；

电热丝，所述电热丝的数量为两个，两个所述电热丝安装在所述矩形槽内，所述纤维丝与两个所述电热丝在同一水平面上，所述纤维丝设置在两个所述电热丝的中间，所述纤维丝分别与两个所述电热丝平行设置；

热塑性树脂丝，所述热塑性树脂丝呈弓字形依次缠绕两列所述定位栓上，所述热塑性树脂丝搭接在两个所述电热丝上，所述纤维丝与所述热塑性树脂丝接触；

压条，所述压条的数量为两个，每列所述定位栓适配一个压条，当所述热塑性树脂丝呈弓字形缠绕在两列所述定位栓上后，所述压条用于对同侧的一列定位栓压紧；

其中，每个所述电热丝各连接一根导线，每个所述加热棒各连接一根导线。

2.根据权利要求1所述的热塑性树脂微脱粘试样的制备装置，其特征在于，所述压条包括：

支撑块，所述支撑块设置在所述支座的上表面；

刚性压臂，所述刚性压臂的一端通过固定销转动安装在所述支撑块上，所述刚性压臂的长度长于同侧的一列所述定位栓的占地长度；

压片，所述压片安装在刚性压臂下表面；

紧固螺栓，所述紧固螺栓安装在所述刚性压臂远离所述支撑块的一端，所述支座的上表面设置与所述紧固螺栓适配的安装孔；

当所述刚性压臂向所述定位栓方向转动直至所述刚性压臂呈水平设置时，所述压片通过压紧同侧的一列所述定位栓对所述热塑性树脂丝进行紧固，所述紧固螺栓旋入同侧的安装孔内。

3.根据权利要求1所述的热塑性树脂微脱粘试样的制备装置，其特征在于，所述支撑板定位槽包括两个定位板，两个所述定位板垂直所述支座的底面且与所述矩形槽的侧壁平行；

两个所述定位板之间的距离与所述纤维样品支撑板的厚度适配。

4.根据权利要求3所述的热塑性树脂微脱粘试样的制备装置，其特征在于，所述纤维样品支撑板为U型直角板，所述纤维样品支撑板的底部滑动移入两个所述定位板形成的空间内，所述纤维样品支撑板被两个所述定位板夹持固定；

所述纤维丝安装在所述纤维样品支撑板的两个纵板之间且绷直。

5.一种热塑性树脂微脱粘试样的制备系统，其特征在于，包括权利要求1至权利要求4任一项所述的热塑性树脂微脱粘试样的制备装置和环境控制箱；

所述热塑性树脂微脱粘试样的制备装置放置在所述环境控制箱的腔体内，两个所述电热丝的导线和两个所述加热棒的导线分别与所述环境控制箱连接；

所述环境控制箱通过导线组分别控制两个所述电热丝的温度和两个加热棒的温度。

6.根据权利要求5所述的热塑性树脂微脱粘试样的制备系统，其特征在于，所述环境控制箱包括：

箱体，所述箱体呈方体设置，所述箱体的内腔中用于放置所述热塑性树脂微脱粘试样的制备装置，所述箱体的侧壁上设置支持开合的箱门，所述箱体的门框设置密封圈，所述箱门的外表面设置把手；

充气管，所述充气管设置在所述箱体上且与所述箱体的内腔连通；

出气管，所述出气管设置在所述箱体上且与所述箱体的内腔连通；

气压表，所述气压表设置在所述箱体上且与所述箱体的内腔连通，所述气压表用于实时监测所述箱体的内腔气压。

7.根据权利要求6所述的热塑性树脂微脱粘试样的制备系统，其特征在于，所述系统还包括：

电热丝控制器，所述电热丝控制器安装在所述箱体的外侧壁上，两个所述电热丝的导线分别与所述电热丝控制器连接；

加热棒控制器，所述加热棒控制器安装在所述箱体的外侧壁上，两个所述加热棒的导线分别与所述加热棒控制器连接。

8.根据权利要求6所述的热塑性树脂微脱粘试样的制备系统，其特征在于，所述系统还包括：

进气阀，所述进气阀设置在所述充气管上；

排气阀，所述排气阀设置在所述出气管上；

进气开关，所述进气开关安装在所述箱体的外壁上，所述进气开关与所述进气阀电连接；

排气开关，所述排气开关安装在所述箱体的外壁上，所述排气开关与所述排气阀电连接。

9.一种热塑性树脂微脱粘试样的制备方法，其特征在于，应用于权利要求5至权利要求8任一项所述的热塑性树脂微脱粘试样的制备系统，包括下述步骤：

截取预设长度的纤维丝，将纤维丝固定在纤维样品支撑板上且绷直后，将纤维样品支撑板插入支撑板定位槽中；

将热塑性树脂丝的一端缠绕固定在一列定位栓的头部定位栓，热塑性树脂丝呈弓字形依次在两列定位栓上穿插缠绕，热塑性树脂丝的另一端缠绕在另一列定位栓的尾部定位栓上，

其中，在同一列定位栓内，头部定位栓为远离支撑块端的第一个定位栓；

将热塑性树脂微脱粘试样的制备装置放入到环境控制箱的内腔中，关闭箱门后，打开排气开关直至箱体内为真空环境，然后，根据制备需求向箱体内充入预设气体，充气后的箱体内的气压与箱体外的气压相同；

对纤维丝一侧的电热丝进行通电，直至通电的电热丝熔断上方的热塑性树脂丝，关闭通电的电热丝后，对同侧的加热棒进行通电，加热棒对熔断后的热塑性树脂丝进行加热直至本侧熔断后的热塑性树脂丝熔接在纤维丝的表面，关闭本侧的加热棒；

对纤维丝另一侧电热丝进行通电，直至通电的电热丝熔断上方的热塑性树脂丝，关闭通电的电热丝后，对同侧的加热棒进行通电，加热棒对熔断后的热塑性树脂丝进行加热直至本侧熔断后的热塑性树脂丝熔接在纤维丝的表面，关闭本侧的加热棒；

同时对纤维丝两侧的加热棒进行通电，两侧的加热棒对纤维丝表面上的热塑性树脂丝进行加热直至热塑性树脂丝熔融后形成树脂液滴球包覆纤维丝；

对纤维丝两侧的加热棒进行断电，待树脂液滴球冷却，得到热塑性树脂微脱粘试样。

10.根据权利要求9所述的热塑性树脂微脱粘试样的制备方法，其特征在于，所述纤维丝的材质为金属纤维、无机非金属纤维或有机纤维；

所述热塑性树脂丝的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜或橡胶；

所述预设气体为氮气、氦气或氩气。