CN210401001U - 一种碳纤维试样制样模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及碳纤维试样制作，一种碳纤维试样制样模具，包括：上模具，设有两个同轴的半圆柱状的上注胶槽，所述两个上注胶槽的圆弧底部均设有贯穿的注胶孔；两个上注胶槽两侧及中间设有与其同轴的半圆柱状上限位槽；下模具，设有下注胶槽和下限位槽，分别与上注胶槽、上限位槽结构、尺寸相同；上注胶槽和下注胶槽表面设有隔离层。本实用新型模具试样脱模容易，大大降低了试样的损坏率。

Description

一种碳纤维试样制样模具

技术领域

本实用新型涉及碳纤维试样制作，具体涉及一种碳纤维试样制样模具。

背景技术

碳纤维复合材料因其密度低及模量强度高等优异特性在承载结构中得到广泛使用。客观准确测试碳纤维力学性能是质量评价中非常重要的内容，影响到碳纤维复合材料的设计与使用。目前碳纤维力学性能评价以拉伸性能为主，工程应用通常采用碳纤维复丝拉伸的方法。国家标准GB/T3362-2005碳纤维复丝拉伸性能试验方法对待测碳纤维手动浸胶方法有明确的规定和描述，即框架缠绕—手工浸胶—干燥固化—粘贴加强片，然后测试其拉伸强度和拉伸模量。而对于碳纤维的压缩性能，文献报道采用多单丝压缩测试方法，包括弹性环法、拉伸回弹法、直接测量法、弯曲梁法、单丝复合材料法等。这些方法因为制样困难或对设备精度要求高且测试值离散较大很难客观反映碳纤维压缩强度。而现有对于碳纤维复丝的压缩性能的测试，文献报道中使用的制样模具存在模具加工成本较高，制样周期长，试样成型条件苛刻，试样脱模困难等问题，尤其不适于工程上碳纤维的研制，因此有必要建立一种效率更高的碳纤维压缩强度压缩试样的制样模具。

实用新型内容

本实用新型为了克服上述缺陷，提供一种碳纤维试样制样模具。

本实用新型的技术方案：一种碳纤维试样制样模具，包括：

上模具，设有两个同轴的半圆柱状的上注胶槽，所述两个上注胶槽的圆弧底部均设有贯穿的注胶孔；两个上注胶槽两侧及中间设有与其同轴的半圆柱状上限位槽；

下模具，设有下注胶槽和下限位槽，分别与上注胶槽、上限位槽结构、尺寸相同；

上注胶槽和下注胶槽表面设有隔离层。

进一步的，所述上模具和下模具为长宽相同的长方体。

进一步的，所述上限位槽、下限位槽和注胶孔设有隔离层。

进一步的，所述上模具和下模具表面设有隔离层。

进一步的，所述隔离层为透明胶带粘贴拼合构成。

进一步的，所述隔离层为脱模剂凝固而成。

进一步的，所述上模具和下模具采用硬硅胶制成。

进一步的，所述上模具和下模具采用3D打印制得。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型模具制样成本低，周期短，试样成型条件简单具有推广应用前景。

2、本实用新型模具试样脱模容易，大大降低了试样的损坏率。

附图说明

图1为本实用新型上模具主视图；

图2为本实用新型上模具俯视图；

图3为本实用新型上模具侧视图；

图4为本实用新型上模具A-A剖面图；

图5为本实用新型下模具主视图；

图6为本实用新型下模具俯视图；

图7为本实用新型下模具侧视图；

图8为本实用新型下模具B-B剖面图。

图中：1-上模具，2-上注胶槽，3-上限位槽，4-注胶孔，5-下模具，6-下注胶槽，7-下限位槽，8-隔离层，9-树脂块，10-碳纤维复丝。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种修改或改动，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1-8所示的一种碳纤维试样制样模具，包括：

上模具1，设有两个同轴的半圆柱状的上注胶槽2，所述两个上注胶槽2的圆弧底部均设有贯穿的注胶孔4；两个上注胶槽2两侧及中间设有与其同轴的半圆柱状上限位槽3。

下模具5与上模具1为长宽相同的长方体，其设有下注胶槽6和下限位槽7，分别与上注胶槽2、上限位槽3结构、尺寸相同且设置位置相同。所述上模具1 和下模具5采用硬硅胶，利用3D打印制得。

所述上模具1和下模具5表面，包括上注胶槽2、下注胶槽6、上限位槽3、下限位槽7和注胶孔4均设有隔离层8。所述隔离层8为透明胶带粘贴拼合构成 (另一种实施方式为脱模剂凝固而成)。

实用新型人对模具进行脱模预处理形成隔离层8，如果不对模具表面进行脱模预处理，在进行试件脱模时可能会导致试件难以取出，试件取出过程中由于试件与模具的粘结力超过试件本身强度导致试件破坏等情况。脱模处理主要有两种办法，包括粘贴透明胶带和涂抹脱模剂两种。

试验过程将碳纤维复丝用树脂粘合形成碳纤维棒，将碳纤维棒放置到设有隔离层8的下模具5的下限位槽7中，盖上上模具1，使两者的长宽对齐，此时碳纤维棒应位于上模具1的上限位槽3内。用胶带固定上下模具，固定时上模具1 的注胶孔4应保持敞开且上下模具间不应产生肉眼可见的缝隙。通过上模具1 的注胶孔4向模具内注胶直至模具内胶液不产生凹液面，之后进行固化。

碳纤维复丝压缩强度测试试样，固化温度为-60～100℃，本实施例采用室温状态下(25℃)固化，在0.5h后达到最高强度的50％，24h后达到最高强度。

固化成型后，将隔离层8撕下，使模具上下分离，取出制得的碳纤维复丝压缩试样用于压缩试验，模具经清洗干燥之后可用于下一次的试样制备。

本实施例的模具材料为硬硅胶，模具分为上、下两部分，两部分均采用3D 打印技术制得。

上模具1为一硅胶长方体块，硅胶块长50mm宽20mm；上注胶槽为直径10mm 的半圆形截面的半圆柱，长20mm；两个注胶孔4长12mm宽3mm，用于注胶；三个上限位槽3用于放置碳纤维棒，上限位槽3的直径与碳纤维棒外径相匹配，本实施例中三个上限位槽3的直径为2mm。

下模具5为一硅胶长方体块，硅胶块长50mm宽20mm；下注胶槽6为直径10mm 的半圆形截面半圆柱，长20mm；三个下限位槽7用于放置碳纤维棒，下限位槽的直径与碳纤维棒外径相匹配，本实施例中三个下限位槽7的直径为2mm。

上模具1和下模具5的表面贴上透明胶带形成的隔离层8，防止试样脱模时环氧树脂将上模具1和下模具5粘合在一起无法脱模的情况发生。

本实施例利用模具制成碳纤维复丝压缩强度测试试样的步骤为：1.对模具表面贴隔离层8进行脱模处理。如果不对模具表面进行脱模处理，在进行试件脱模时可能会导致试件难以取出，试件取出过程中由于试件与模具的粘结力超过试件本身强度导致试件破坏等情况。本实施例采用粘贴透明胶带的方法做脱模处理。采用粘贴透明胶带时，总体粘贴思路为，首先对重要的部分进行粘贴，再对次要的部分进行粘贴。需要注意首先沿横向(圆柱周向)在注胶槽内粘贴胶带，再沿纵向(轴向)粘贴胶带，之后在碳纤维棒上、下限位槽粘贴胶带，最后在预留注胶孔4区域粘贴胶带。采用这个的粘贴顺序是因为在进行脱模时纵向粘贴于注胶槽内的胶带会随试件一同取出。如果不在纵向胶带下粘贴横向胶带可能会由于纵向胶带间存在的缝隙使得环氧树脂直接与制备模具接触。碳纤维棒上、下限位槽和预留注胶孔4面积较低，在此部分发生的环氧树脂与模具部分接触产生的力不会对最后的脱模产生过大的影响，因此在最后进行处理。采用脱模剂进行脱模处理可以较大的减少工作量，。

模具固定。在完成脱模处理后，就可以进行模具固定了。首先将CFRP棒放入模具中，然后将模具的上下部分盖紧，使用胶带将在模具中部将上下模具紧密的粘粘在一起。此时的CFRP棒可能会出现长度超过模具尺寸的情况。使得CFRP棒的一端与模具的一个限位孔齐平，再使用胶带粘贴在模具的接触缝隙位置。灌注环氧树脂。在完成模具固定后，需要进行环氧树脂灌注。将环氧树脂中的 AB胶按1:1的比例，将B胶注入A胶进行混合。混合时注意使用无锐角的物体沿某一恒定方向(顺时针或逆时针)缓慢搅拌环氧树脂，尽可能减少环氧树脂中存在的气泡。B胶注入A胶五分钟后将环氧树脂缓慢注入模具至充分填充注胶槽和注胶孔4。如果时间较短，可能会由于环氧树脂黏度不够导致环氧树脂从模具间的缝隙或者模具与CFRP棒间的缝隙流出；如果时间较长，则可能由于黏度过大导致其无法充分填充注胶槽导致试件部分缺胶。如果环氧树脂注入速度过快，可能由于CFRP棒的阻碍导致CFRP棒下侧的下注胶槽6没有被环氧树脂充分填充导致部分缺胶，或者填充至注胶孔4顶后环氧树脂继续下渗导致填充量不足。环氧树脂形成强度。环氧树脂形成强度通常包括高温养护法和室温养护两种方式。虽然高温养护可以提高试件制备的销量，减少环氧树脂强度形成阶段的温度差异对试件产生的影响。但是由于缺少相关的试验设备，且常温条件下形成强度更接近于工程实践，故本实施例采用室温养护的方法形成强度。即25℃固化，在0.5h 后达到最高强度的50％，24h后达到最高强度。

试件脱模。室温下静置24小时后可以进行脱模。首先撕开此前固定试件制取模具使用的透明胶布，然后使用硬质刻刀插入上下模具间，沿外边缘方向缓慢撬开一道缝隙。一般情况下，在缝隙绕模具一圈后，下模具5将会分离。之后，将硬质刻刀插入预留注胶孔4边缘与试件的缝隙，使其分离。之后用硬质刻刀插入碳纤维棒限位槽中，轻轻翘起试件，会发现该侧试件与上模具1直接出现微小的缝隙。再用硬质刻刀插入另一个碳纤维棒上限位槽3中，轻轻翘起试件，即可使得试件与上模具1分离。

试件后加工。此时得到的试件在限位段外边缘仍旧有CFRP棒的突出部分。使用钢锯锯除部分突出CFRP棒，再使用砂纸打磨端部至CFRP棒与环氧树脂纤维部分齐平。

利用本实用新型制样模具制得的压缩试样如图2所示，碳纤维复丝两端包埋于环氧树脂中，形成测试段两端的树脂块。该试样用于碳纤维复丝力学性能的测试。

Claims (8)

1.一种碳纤维试样制样模具，其特征在于，包括：

上模具(1)，设有两个同轴的半圆柱状的上注胶槽(2)，所述两个上注胶槽(2)的圆弧底部均设有贯穿的注胶孔(4)；两个上注胶槽(2)两侧及中间设有与其同轴的半圆柱状上限位槽(3)；

下模具(5)，设有下注胶槽(6)和下限位槽(7)，分别与上注胶槽(2)、上限位槽(3)结构、尺寸相同；

上注胶槽(2)和下注胶槽(6)表面设有隔离层(8)。

2.根据权利要求1所述的碳纤维试样制样模具，其特征在于：所述上模具(1)和下模具(5)为长宽相同的长方体。

3.根据权利要求1所述的碳纤维试样制样模具，其特征在于：所述上限位槽(3)、下限位槽(7)和注胶孔(4)设有隔离层(8)。

4.根据权利要求3所述的碳纤维试样制样模具，其特征在于：所述上模具(1)和下模具(5)表面设有隔离层(8)。

5.根据权利要求4所述的碳纤维试样制样模具，其特征在于：所述隔离层(8)为透明胶带粘贴拼合构成。

6.根据权利要求4所述的碳纤维试样制样模具，其特征在于：所述隔离层(8)为脱模剂凝固而成。

7.根据权利要求1所述的碳纤维试样制样模具，其特征在于：所述上模具(1)和下模具(5)采用硬硅胶制成。

8.根据权利要求1所述的碳纤维试样制样模具，其特征在于：所述上模具(1)和下模具(5)采用3D打印制得。

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