一种纤维高温微滴制样装置及方法

本发明属于复合材料界面力学性能测试，尤其涉及一种纤维高温微滴制样装置及方法。

背景技术：

1、高性能碳纤维复合材料以轻质高强、可设计性强、耐疲劳等优点，成为国民经济和国防建设不可或缺的关键材料，其使用程度是衡量一个国家或地区现代工业先进水平的重要标志之一。

2、复合材料的共性特征是多层次、多尺度的异质、异构界面。界面作为碳纤维与树脂基体间应力传递的纽带，直接关系到复合材料内部应力的传递与分散，以及损伤和裂纹的传播，进而从本质上直接影响复合材料整体对载荷的响应，并控制复合材料的性能和服役行为。

3、因此，通过对树脂/纤维界面状态进行准确检测和评价，获取碳纤维复合材料界面性能，指导碳纤维表面改性对复合材料界面性质进行调控，是提升碳纤维复合材料力学性能和研发新型结构/功能碳纤维复合材料的有效途径和必备手段。碳纤维增强复合材料界面性能，可分为宏观的层间剪切强度(ilss)和微观的界面剪切强度(ifss)。与ilss相比，ifss可更真实地从微观角度反映增强纤维与树脂之间的黏结行为及结合强度。 目前，常用的ifss分析方法有纤维拔出、微滴脱粘、顶出、单丝断裂等方法。使用微滴脱粘法测量嵌入长度较为方便，可实现定量测试ifss，也因此更适合基于此法研发用于测量ifss的仪器。

4、微滴脱粘法测量之前，必须先在试样片上制样才能再进行测量，而在本领域中通常的高温制样，一次只能制一根丝样效率低且在制样与冷却过程中一直充氮气，因而氮气消耗量也大，制样成本也很高，另外制样操作方法单一。

5、专利文献cn110132669a公开了一种棉纤维制样装置，其包括用于运送棉花的送棉单元、与所述送棉单元的出口连接且用于将棉花制成松散有序的棉纤维的牵伸单元以及与所述牵伸单元的出口连接且用于将棉纤维收集和混合制成检测用棉片的收棉单元；所述牵伸单元包括至少沿棉纤维输送方向依次布置并对棉纤维依次进行牵伸操作的第一牵伸机构以及第二牵伸机构，所述第二牵伸机构的牵伸速度大于所述第一牵伸机构的牵伸速度。

6、专利文献cn118418476a公开了一种热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置及其制样工艺，其热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，其制样模具设在安装底座上，制样模具的前后两侧设有凸台，两凸台之间形成有制样槽，制样槽的两端形成有压紧口；制样模具上开设有位于两压紧口处的转槽，两压紧口处转动连接有位于转槽内的转板，转板的转轴沿着前后方向，转板上通过压紧螺栓连接有压板，转板的转轴上设有位于转槽内的第一圆齿轮；凸台内设有内腔，内腔通过开设在凸台上的纵口形成进入内腔的竖直通道，内腔通过开设在凸台上的两横口分别连接两压紧口，内腔内设有位于竖直通道两侧的两第二圆齿轮，第二圆齿轮和第一圆齿轮之间通过调压组件连接，热压块的一侧设有插齿排。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纤维高温微滴制样装置及方法，该装置能有效节约纤维高温微滴制样的操作时间，以及节省氮气消耗量。

2、为了实现本发明的第一个目的，提供了如下技术方案：一种纤维高温微滴制样装置，包括基座和设置在基座上的机罩，在所述机罩内设有移丝滑台装置、滴珠装置、树脂加热熔融装置以及真空抽吸与氮气保护装置；

3、所述树脂加热熔融装置包括热熔融箱和用于控制热熔融箱内温度的测温热电偶组件，所述热熔融箱包括设置在基座上的热熔融箱底座和配套使用的热熔融箱翻盖；

4、所述移丝滑台装置，包括设置在热熔融箱底座中的线性轨道和与所述线性轨道滑动配合的滑台底板以及带动滑台底板运动的丝杆驱动装置，所述滑台底板上架设有用于固定丝样片的制样架组件；

5、所述滴珠装置，包括用于将熔融树脂微滴在丝样片上的滴珠篮，以及用于调节滴珠篮与丝样片之间高度差的滴珠手轮调节组件；

6、所述热熔融箱的热熔融箱翻盖上设有用于滴珠篮进入加热区域的避让口；

7、所述真空抽吸与氮气保护装置，包括用于创造机罩内无氧环境的真空抽组件和用于补充氮气进入机罩内的充氮气组件。

8、具体的，所述制样架组件包括布置在滑台底板上的制样支座，以及固定在制样支座上的样条座，所述样条座设有至少三个丝样片安装位。

9、具体的，所述滑台底板和所述制样支座之间还配合有丝样台微调装置，所述丝样台微调装置用于调节丝样片在水平面上的中心位置。

10、具体的，所述基座的顶部设有与机罩适配的安装槽，所述安装槽的槽口处沿长度方向设有硅橡胶密封条。

11、具体的，所述滴珠手轮调节组件包括用于收放缠绳的滴珠减速机和控制滴珠减速机进行收放动作的滴珠手轮，以及用于布置缠绳的导轮架组，所述导轮架组位于滑台底板上方的一端设有用于固定所述滴珠篮的吊锥体。

12、具体的，所述热熔融箱的外侧设有视觉监控装置，所述视觉监控装置包括支架以及架设在支架上的视觉相机。

13、具体的，所述机罩还设有背光成像光源装置，所述背光成像光源装置包括激发光光源、激发光光源安装架、用来调节光源焦距的调距伸缩杆以及激发光光源支撑座架。

14、具体的，所述机罩上设有观察窗。

15、具体的，还包括用于驱动移丝滑台装置和滴珠装置的驱动电机，所述驱动电机还配套有控制系统。

16、为了实现本发明的第二个目的，提供了如下技术方案: 一种纤维高温微滴制样方法，通过上述的纤维高温微滴制样装置实现，其步骤包括：

17、打开机罩，将待加热的树脂颗粒放入滴珠篮中，打开热熔融箱将丝样片布置在对应的制样架组件上；

18、闭合热熔融箱并罩上机罩，启动真空抽组件将机罩内的空气排出，并通过充氮气组件往机罩内排入氮气，同时通过测温热电偶组件将热熔融箱内的温度调至预设温度；

19、手动制样操作：通过滴珠手轮调节组件控制滴珠篮进入热熔融箱，基于工业相机获取当前滴珠篮与制样架组件上丝样片的相对位置，并通过移丝滑台装置将制样架组件调移动至滴珠篮的下方，根据制样架组件上所放置丝样片的个数和位置，通过微调装置将待沾熔融树脂微滴的丝样片中心位置调整至滴珠篮的正下方，并通过滴珠手轮调节组件调节滴珠篮下降直至将熔融树脂微滴沾接在丝样片上，重复操作直至将熔融树脂微滴沾接在所有丝样片上；

20、自动制样操作：通过工业相机获取当前滴珠篮与制样架组件上丝样片的相对位置，将所述相对位置输入至控制系统以控制移丝滑台装置和滴珠装置，通过驱动电机匀速输出，控制丝杆滑台匀速位移以及滴珠篮匀速或变速下降至在丝样上，以实现通过拖动的方法将熔融的树脂微滴粘接在丝样上。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果：

22、基于全密封制样环境以节省氮气消耗量，同时通过各装置之间的协同配合，以实现自动化制样工艺。

技术特征：

1.一种纤维高温微滴制样装置，其特征在于，包括基座和设置在基座上的机罩，在所述机罩内设有移丝滑台装置、滴珠装置、树脂加热熔融装置以及真空抽吸与氮气保护装置；

2.根据权利要求1所述的纤维高温微滴制样装置，其特征在于，所述制样架组件包括布置在滑台底板上的制样支座，以及固定在制样支座上的样条座，所述样条座设有至少三个丝样片安装位。

3.根据权利要求2所述的纤维高温微滴制样装置，其特征在于，所述滑台底板和所述制样支座之间还配合有丝样台微调装置，所述丝样台微调装置用于调节丝样片在水平面上的中心位置。

4.根据权利要求1所述的纤维高温微滴制样装置，其特征在于，所述基座的顶部设有与机罩适配的安装槽，所述安装槽的槽口处沿长度方向设有硅橡胶密封条。

5.根据权利要求1所述的纤维高温微滴制样装置，其特征在于，所述滴珠手轮调节组件包括用于收放缠绳的滴珠减速机和控制滴珠减速机进行收放动作的滴珠手轮，以及用于布置缠绳的导轮架组，所述导轮架组位于滑台底板上方的一端设有用于固定所述滴珠篮的吊锥体。

6.根据权利要求1所述的纤维高温微滴制样装置，其特征在于，所述移丝滑台装置的一侧设有视觉监控装置，所述视觉监控装置包括支架以及架设在支架上的视觉相机。

7.根据权利要求1所述的纤维高温微滴制样装置，其特征在于，所述机罩还设有背光成像光源装置，所述背光成像光源装置包括激发光光源、激发光光源安装架、用来调节光源焦距的调距伸缩杆以及激发光光源支撑座架。

8.根据权利要求1所述的纤维高温微滴制样装置，其特征在于，所述机罩上设有观察窗。

9.根据权利要求1所述的纤维高温微滴制样装置，其特征在于，还包括用于驱动移丝滑台装置和滴珠装置的驱动电机，所述驱动电机还配套有控制系统。

10.一种纤维高温微滴制样方法，其特征在于，通过如权利要求1~9任一项所述的纤维高温微滴制样装置实现，其步骤包括：

技术总结本发明公开了一种纤维高温微滴制样装置，包括基座和设置在基座上的机罩，在所述机罩内设有移丝滑台装置、滴珠装置、树脂加热熔融装置以及真空抽吸与氮气保护装置；所述树脂加热熔融装置包括热熔融箱和用于控制热熔融箱内温度的测温热电偶组件；所述移丝滑台装置位于热熔融箱内；所述滴珠装置，包括用于将熔融树脂微滴在丝样片上的滴珠篮，以及用于调节滴珠篮与丝样片之间高度差的滴珠手轮调节组件；所述热熔融箱的热熔融箱翻盖上设有用于滴珠篮进入加热区域的避让口。本发明还提供了一种纤维高温微滴制样方法。本发明提供的装置能有效节约纤维高温微滴制样的操作时间，以及节省氮气消耗量。技术研发人员：祝颖丹,冯雄峰,颜春,徐海兵,陈明达,蒲浩,张博文受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/18