CN116879162B - 一种复合材料预浸料粘性测试装置和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料预浸料粘性测试装置和测试方法，测试装置包括恒温恒湿箱和至少两套测试系统，每套测试系统结构相同，均包括芯轴、芯轴传动部件、预浸料压实部件和轴承与轴承座组件。本发明的测试装置使用时通过芯轴传动部件带动芯轴以一定速度旋转，同时将气缸接入压缩气体使其作伸缩运动并带动压块对芯轴上的预浸料进行压实，压实后的预浸料在恒温恒湿箱内放置一段时间，观察预浸料待测试样是否保持附着或脱离芯轴表面。本发明的测试装置操作简单，测试参数可控，测试结果直观可靠。

Description

一种复合材料预浸料粘性测试装置和测试方法

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种复合材料预浸料粘性测试装置和测试方法。

背景技术

复合材料预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料制品的中间材料。预浸料广泛应用于航空航天工业中，特别是用于制造飞机和导弹组件。预浸料用于制造高性能的复合材料结构，能够提供优异的抗拉强度和刚度，同时具有较低的重量。

预浸料粘性测试可用于材料研发，入厂检，出厂检，生产过程中的质量控制，还可用于复材产品成型制备，用途广泛。复合材料制件成型一般采用预浸料铺贴成坯件，然后固化成型的方法，预浸料粘性是决定该预浸料是否适合制造复合材料构件的一个关键因素。预浸料有一个合适的粘性范围，若预浸料粘性太差，铺贴时铺层间容易产生滑移、架桥等铺放缺陷，而且铺贴角度的准确性得不到保证；预浸料粘性过大则不利于铺贴操作，对于在铺贴预浸料过程中发生的错位，在保证不损伤预浸料的前提下，很难进行错位调整。因此预浸料粘性不合格将直接影响复合材料制件的质量，粘性是树脂基复合材料成型用预浸料的一个基本物理特性。

目前国内外预浸料粘性测试方法剥离法、压拉法、垂直金属板测试法和固定直径芯轴测试法。剥离法和压拉法由于预浸料粘性的复杂性，如测试试样的大小、试验时环境条件、剥离法的剥离角度、压拉法的压实力大小和保持时间等都影响着数据的可重复性及准确性，因而建立对预浸料粘性评定方法很困难，目前尚未有通用的方法。标准HB7736.8介绍了垂直金属板测试法，但该装置受偶然因素影响大，如橡胶辊压实力大小、施加压力的时间和不锈钢板表面性质等。对于固定直径芯轴测试法，目前尚无标准化的测试装置及其测试方法，因此，缺乏一种操作简便、测试参数能准确控制、测试结果可重复性较高的测试装置。

发明内容

本发明提供一种复合材料预浸料粘性测试装置和测试方法，克服现有预浸料粘性测试中存在的测试参数无法准确控制、实施过程误差较大的问题，该测试装置操作简便，能准确调整测试过程中各项参数，测试结果可重复性高。

本发明解决上述技术问题的一技术方案如下：

一种复合材料预浸料粘性测试装置，测试装置包括恒温恒湿箱和至少两套测试系统，每套测试系统结构相同，均包括芯轴、芯轴传动部件、预浸料压实部件和轴承与轴承座组件；

所述恒温恒湿箱的前端带有透明玻璃门，所述恒温恒湿箱内腔底部设有所述轴承与轴承座组件；所述芯轴竖立放置并穿过恒温恒湿箱顶部，所述芯轴上端与芯轴传动部件连接，所述芯轴下端与轴承相连，所述芯轴的中部表面能够包裹待测预浸料试样；所述芯轴传动部件包括电机、蜗轮蜗杆组件和联轴器，所述蜗轮蜗杆组件包括：蜗轮以及与所述蜗轮相配合的蜗杆，所述电机与蜗轮连接，所述联轴器将芯轴和蜗杆连接在一起；所述预浸料压实部件包括气缸和与所述气缸相连接的压块，所述气缸固定于恒温恒湿箱侧壁并穿过侧壁，所述压块位于恒温恒湿箱内腔中，且所述压块所在位置与待测预浸料试样位置相对应。

进一步地，所述芯轴传动部件中的电机通过电机支撑座固定于所述恒温恒湿箱顶部外侧，所述电机的转速可调，所述电机的输出轴绕水平方向旋转，并通过所述蜗轮蜗杆组件转换成绕竖直方向的旋转运动，然后通过联轴器将旋转运动传递给芯轴。

进一步地，所述芯轴采用铝合金或不锈钢，且所述芯轴表面进行阳极化处理，所述芯轴直径为40～80mm。

进一步地，所述气缸通过气缸支撑架水平固定在恒温恒湿箱侧壁，所述气缸支撑架固定在恒温恒湿箱侧壁外侧，所述气缸接入压缩气体并启动后作横向的伸缩运动。

进一步地，所述压块为一弧形不锈钢块，所述压块内圆弧半径大小与芯轴外径大小一致，所述压块高度大于待测预浸料试样高度，所述压块随气缸一起作横向伸缩运动时能触碰到芯轴表面的待测预浸料试样并对待测预浸料试样进行压实，所述压块从高度上能完全覆盖包裹在芯轴外表面的待测预浸料试样。

进一步地，所述轴承座固定连接于恒温恒湿箱内腔底部，且位于所述芯轴下方，所述轴承与芯轴相匹配。

本发明解决上述技术问题的一技术方案如下：

一种如上所述复合材料预浸料粘性测试装置的测试方法，其包括以下步骤：

S1、用丙酮对芯轴表面进行清洁，然后将芯轴装配至测试装置中；

S2、调节恒温恒湿箱内的温度为23±2℃，将湿度调节至50±5%；

S3、裁剪预浸料试样，然后在芯轴表面包裹一层或多层待测预浸料试样，对于单向预浸料，待测预浸料试样的纤维方向沿芯轴环向；对于织物预浸料，使待测预浸料试样经向纤维方向与芯轴轴向呈45°；

S4、打开电机使其通过蜗轮蜗杆和联轴器带动芯轴作旋转运动；

S5、将气缸接入压缩气体，使气缸带动压块作横向伸缩运动，压块对旋转芯轴表面的待测预浸料试样进行压实；

S6、待测预浸料试样被压实后关闭气缸，芯轴保持预设的速度旋转，使待测预浸料试样在恒温恒湿箱内放置满足预设的时间，观察待测预浸料试样是否保持附着或脱离芯轴表面。

进一步地，本发明一种复合材料预浸料粘性测试装置包括多套测试系统，可以同时测试待测预浸料试样和一个或多个对比预浸料试样的粘性，从而进行预浸料粘性比较与评价。

本发明具有以下有益效果：本发明首次设计了一种测试参数可控、简单直观、测试结果可重复性高的预浸料粘性测试装置，且测试装置具有通用性，方法原理明确；通过调节恒温恒湿箱内温度和湿度，并通过调节电机转速、气缸压力大小以及预浸料被压实的时间，达到测试参数可控，测试结果受人为因素影响较小。

附图说明

图1为本发明复合材料预浸料粘性测试装置的立体图。

图2为本发明复合材料预浸料粘性测试装置的中芯轴传动部件的立体图。

图3为本发明复合材料预浸料粘性测试装置的中压块的立体图。

图4为本发明复合材料预浸料粘性测试装置的中压块立的横截面图。

图5为本发明复合材料预浸料粘性测试装置的中轴承与轴承座组件的立体图。

附图中的标记为：1-恒温恒湿箱、2-芯轴、3-待测预浸料试样、4-轴承与轴承座组件、5-气缸、6-气缸支撑架、7-压块、8-联轴器、9-蜗轮、10-蜗杆、11-电机、12-电机支撑座、41-轴承、42-轴承座。

具体实施方式

以下结合具体附图，对本发明防屈曲装置作进一步详细说明。在本实施例的描述中，除非另有说明，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或顺序为基于附图所示的方位或顺序关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的顺序操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-5所示，为本发明一种复合材料预浸料粘性测试装置示意图，该测试装置包括恒温恒湿箱1和两套测试系统，每套测试系统结构相同，均包括芯轴2、芯轴传动部件、预浸料压实部件和轴承与轴承座组件4。

所述恒温恒湿箱1前端带有透明玻璃门，恒温恒湿箱1内腔底部设有所述轴承与轴承座组件4；所述芯轴2竖立放置并穿过恒温恒湿箱1顶部，芯轴2上端与芯轴传动部件连接。轴承与轴承座组件4包括：轴承41及轴承座42。所述芯轴2下端与所述轴承41相连，所述芯轴2中部包裹待测预浸料试样3；所述芯轴传动部件包括电机11、蜗轮蜗杆组件和联轴器8，所述蜗轮蜗杆组件包括：蜗轮9以及与蜗轮9相配合的蜗杆10。所述电机11与蜗轮9连接，所述联轴器8将芯轴2和蜗杆10连接在一起；所述预浸料压实部件包括气缸5和与气缸连接的压块7，所述气缸5固定于恒温恒湿箱1侧壁并穿过侧壁，所述压块7位于恒温恒湿箱1内腔中，且压块7所在位置与待测预浸料试样3位置相对应。

其中，芯轴传动部件中的电机11通过电机支撑座12固定于所述恒温恒湿箱1顶部外侧，所述电机11的输出轴绕水平方向旋转，并通过所述蜗轮蜗杆组件转换成绕竖直方向的旋转运动，然后通过联轴器8将旋转运动传递给芯轴2，可以通过调整电机11的转速从而调整芯轴2的转速。

其中，所述芯轴2采用铝合金7075T6制作，且芯轴表面进行阳极化处理，芯轴直径为50mm。通过对芯轴表面进行阳极化处理，以提高芯轴表面的耐磨和耐腐蚀性。

其中，所述气缸5通过气缸支撑架6水平固定在恒温恒湿箱1侧壁，所述气缸支撑架6固定在恒温恒湿箱1侧壁外侧，所述气缸5接入压缩气体并启动后作横向的伸缩运动，通过调整气压大小可以调节气缸5压力大小。

其中，所述压块7为一弧形不锈钢块，所述压块7内圆弧半径大小为50mm，所述压块7厚度为5mm，所述压块7高度为300mm，所述压块7随气缸5一起作横向伸缩运动时能触碰到芯轴2表面的待测预浸料试样3并对待测预浸料试样3进行间断地压实。

其中，所述轴承座42固定连接于恒温恒湿箱1内腔底部，且位于芯轴2下方，所述轴承41与芯轴2相匹配，以辅助芯轴2的旋转。

上述一种复合材料预浸料粘性测试装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、用丙酮对两根芯轴表面进行清洁，然后将芯轴装配至测试装置中。

S2、调节恒温恒湿箱内的温度为23±2℃，将湿度调节至50±5%。其中，温度和湿度对测试具有重要影响，若温湿度低于上述数值范围可能失去粘性，而温湿度高于上述数值范围则可能导致粘性发生明显变化，进而影响测试的准确性。

S3、裁剪预浸料待测试样，然后在芯轴表面包裹一层待测预浸料试样，对于单向预浸料，待测预浸料试样的纤维方向沿芯轴环向；对于织物预浸料，使预浸料经向纤维方向与芯轴轴向呈45°。如此，有利于对预浸料使用状态下的粘性情况进行测试。同时，裁剪相同大小的预浸料对比试样包裹在测试装置的另一根芯轴上。

S4、打开两个电机使其通过蜗轮蜗杆和联轴器带动两根芯轴分别作旋转运动，两根芯轴转速相同。

S5、将两个气缸均接入同样气压的压缩气体，使气缸带动压块作横向伸缩运动，两个压块分别对旋转的芯轴表面的待测预浸料试样和对比试样进行压实相同的时间。

S6、待测预浸料试样和对比试样被压实后，关闭气缸，芯轴保持一定速度旋转，使待测预浸料试样和对比试样在恒温恒湿箱内放置相同时间，观察待测预浸料试样和对比试样是否保持附着或脱离芯轴表面。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种复合材料预浸料粘性测试装置，其特征在于，测试装置包括恒温恒湿箱和至少两套测试系统，每套测试系统结构相同，均包括芯轴、芯轴传动部件、预浸料压实部件和轴承与轴承座组件；

所述恒温恒湿箱的前端带有透明玻璃门，所述恒温恒湿箱内腔底部设有所述轴承与轴承座组件；所述芯轴竖立放置并穿过恒温恒湿箱顶部，所述芯轴上端与芯轴传动部件连接，所述芯轴下端与轴承相连，所述芯轴的中部表面能够包裹待测预浸料试样；所述芯轴传动部件包括电机、蜗轮蜗杆组件和联轴器，所述蜗轮蜗杆组件包括：蜗轮以及与所述蜗轮相配合的蜗杆，所述电机与蜗轮连接，所述联轴器将芯轴和蜗杆连接在一起；所述预浸料压实部件包括气缸和与所述气缸相连接的压块，所述气缸固定于恒温恒湿箱侧壁并穿过侧壁，所述压块位于恒温恒湿箱内腔中，且所述压块所在位置与待测预浸料试样位置相对应；所述压块随气缸一起作横向伸缩运动时能触碰到芯轴表面的待测预浸料试样并对待测预浸料试样进行间断地压实。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料预浸料粘性测试装置，其特征在于，所述芯轴传动部件中的电机通过电机支撑座固定于所述恒温恒湿箱顶部外侧，所述电机的转速可调，所述电机的输出轴绕水平方向旋转，并通过所述蜗轮蜗杆组件转换成绕竖直方向的旋转运动，然后通过联轴器将旋转运动传递给芯轴。

3.根据权利要求2所述的一种复合材料预浸料粘性测试装置，其特征在于，所述芯轴采用铝合金或不锈钢，且所述芯轴表面进行阳极化处理，所述芯轴直径为40～80mm。

4.根据权利要求3所述的一种复合材料预浸料粘性测试装置，其特征在于，所述气缸通过气缸支撑架水平固定在恒温恒湿箱侧壁，所述气缸支撑架固定在恒温恒湿箱侧壁外侧，所述气缸接入压缩气体并启动后作横向的伸缩运动。

5.根据权利要求4所述的一种复合材料预浸料粘性测试装置，其特征在于，所述压块为一弧形不锈钢块，所述压块内圆弧半径大小与芯轴外径大小一致，所述压块高度大于待测预浸料试样高度，所述压块随气缸一起作横向伸缩运动时能触碰到芯轴表面的待测预浸料试样并对待测预浸料试样进行压实，所述压块从高度上能完全覆盖包裹在芯轴外表面的待测预浸料试样。

6.根据权利要求5所述的一种复合材料预浸料粘性测试装置，其特征在于，所述轴承座固定连接于恒温恒湿箱内腔底部，且位于所述芯轴下方，所述轴承与芯轴相匹配。

7.一种根据权利要求1～6任一项所述复合材料预浸料粘性测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、用丙酮对芯轴表面进行清洁，然后将芯轴装配至测试装置中；

S2、调节恒温恒湿箱内的温度为23±2℃，将湿度调节至50±5%；

S3、裁剪预浸料试样，然后在芯轴表面包裹一层或多层待测预浸料试样，对于单向预浸料，待测预浸料试样的纤维方向沿芯轴环向；对于织物预浸料，使待测预浸料试样经向纤维方向与芯轴轴向呈45°；

S4、打开电机使其通过蜗轮蜗杆和联轴器带动芯轴作旋转运动；

S5、将气缸接入压缩气体，使气缸带动压块作横向伸缩运动，压块对旋转芯轴表面的待测预浸料试样进行压实；

S6、待测预浸料试样被压实后关闭气缸，芯轴保持预设的速度旋转，使待测预浸料试样在恒温恒湿箱内放置满足预设的时间，观察待测预浸料试样是否保持附着或脱离芯轴表面。