增强纤维浸胶纱制样中的定量控制装置及制样方法与流程

本发明涉及一种增强纤维浸胶纱制样中的定量控制装置及制样方法。

背景技术：

增强纤维浸胶纱是由增强纤维丝束经过浸渍液态树脂并固化后制成的类圆柱体丝束状复合材料。这种材料一般用来作为检测试样测试其拉伸性能。而这种测试方法是评价增强纤维力学性能最常规和最直观的方法。

一根标准的浸胶纱试样，外表平直、浸胶均匀、样品表面无毛刺、断纱、无挂树脂胶体、无纤维错位，周身呈集束状，色泽圆润光亮。同时试样的树脂和纤维的质量含量必须在标准规定的范围内。否则，试样不符合以上表述，应舍弃不能用于试验。

但是即使符合上述要求的试样，在测试过程中，依旧会出现数据不稳定的情况，同型号不同纱卷的浸胶纱试样在顺序依次制样完毕后，测试的数据差异较大的情况。通常这种情况下，技术人员会对数据结果进行比对分析，大多数情况下分析出差异的原因会追溯至制样过程中，结论是制样过程中，试样的张力、树脂黏度、树脂含量无法进行定量控制，导致测试结果的差异。所以，因为数据差异导致的重复制样的情况是经常发生的，数据的不稳定，让检测机构不得不投入人员进行重复劳动，不仅降低了工作效率，频繁的重复试验或者为保证报告寄送客户的及时率，更让相关技术人员不得不加班加点工作，疲惫不堪。

浸胶纱的张力，影响试样成型后的平直程度，增强纤维在其增强方向（纤维方向）如果发生弯曲，就会降低最终力学性能（拉伸强度）实测数据。由于目前比较常用的张力控制方式是标准（gb/t20310-2006玻璃纤维无捻粗纱浸胶纱试样的制作和拉伸强度的测定）里介绍的机械摩擦法，就是让增强纤维（原纱）通过辊轮，以调节纱线经过辊轮的数量和角度，让纱线和辊轮发生摩擦后产生阻力，转化为纱线的张力，使纱线呈紧绷伸直状态，张力过小会让纱线弯曲，影响测试数据；张力过大，即纱线和辊轮之间的摩擦阻力也增大，过大的阻力在实际过程中会发生纱线断丝的情况，这也会造成纱线成型之前的损伤，最终依旧会影响测试数据。

树脂黏度和树脂含量是两个相互关联的技术指标，树脂黏度影响树脂浸润纤维的速度和效果，理论上树脂黏度越低，树脂流动性越好，浸润纤维的速度越快，效果会越好；反之树脂流动性越差，浸润速度也会越慢，效果也会较差。树脂含量是描述复合材料中树脂和纤维的体积或质量的占比情况，树脂在复合材料中是保护纤维和传递载荷的作用，树脂含量较低，会造成局部载荷传递不均匀的情况，导致薄弱处提前发生破坏，影响试验结果；反之树脂含量过高，容易造成试样挂珠情况，这些挂珠的部位会产生应力集中，同样会造成试样提前破坏，因此树脂含量必须控制在一定范围内。树脂黏度在一定程度上会影响树脂含量的，粘度过低，树脂流动性很大，会让树脂含量相对偏低；反之，粘度较高，树脂流动性差，树脂易附着与纤维表面，没有外界干预的情况下，很难去除，造成树脂含量偏高甚至挂珠的现象。

标准里谈及张力控制、树脂含量控制以及树脂黏度控制，但是均无具体定量控制的方案，甚至有些非定量方案在实施过程中也很难实现或者实现后的效果不理想。比如：树脂含量控制装置，标准里画图表示采用直径适中的圆孔，让浸胶纱穿过圆孔，过滤多余的树脂，但是实际制样过程中，纱线线密度（粗细）不一致，线密度较低的纱线，直径只有0.3mm甚至以下的尺寸，穿纱进这样尺寸的圆孔本就是不方便实现的操作。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种增强纤维浸胶纱制样中的定量控制装置，解决现有技术中增强纤维浸胶制样过程中张力、树脂黏度和树脂含量难以控制的技术缺陷。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：增强纤维浸胶纱制样过程中的定量控制装置，包括机架；张力控制装置，张力控制装置包括张力控制器、驱动装置、磁粉离合器、磁粉制动器、浸胶纱缠绕架和原纱支撑辊，驱动装置安装在机架上，磁粉离合器的输入轴与驱动装置连接，磁粉离合器的输出轴连接浸胶纱缠绕架，驱动装置通过磁粉离合器驱动浸胶纱缠绕架转动，用于将浸胶纱缠绕在浸胶纱缠绕架上，磁粉制动器安装在机架上，原纱支撑辊的一端与磁粉制动器的输入轴连接用于放置原纱，磁粉离合器和磁粉制动器均与张力控制器电联接；树脂黏度控制装置，树脂黏度控制装置设置在浸胶纱缠绕架和原纱支撑辊之间，树脂黏度控制装置包括移动小车、树脂槽和树脂加热槽，树脂槽位于树脂加热槽内，树脂加热槽用于对放置于树脂槽内的树脂加热，原纱经过树脂槽内浸胶，移动小车与张力控制器电连接并随浸胶纱缠绕在浸胶纱缠绕架上而在原纱支撑辊的长度方向上移动；树脂含量控制装置，包括压辊架、上压辊、下压辊和第一排叉，上压辊和下压辊的两端均设置在压辊架上，并且上压辊可相对压辊架上下移动用于调整上压辊与下压辊间的距离，第一排叉设置在靠近浸胶纱缠绕架的一侧，其上开有多个宽度不等的第一浸胶纱通道，原纱在树脂槽内浸胶后从上压辊和下压辊之间穿过再通过第一浸胶纱通道缠绕在浸胶纱缠绕架上，原纱在穿过第一浸胶纱通道时过滤掉多余的树脂。本发明采用磁粉离合器控制浸胶纱缠绕架缠绕浸胶纱的速度，同时配合磁粉制动器控制支纱支撑辊放纱的速度，控制纱线在浸胶过程中的张力，本发明中的树脂加热槽对放置于其中的树脂槽进行加热，保持树脂的温度，使树脂黏度适中，本发明设置上压辊和下压辊，去除浸胶纱上部分多余的树脂，本发明中的第一排叉，在浸胶纱通过第一浸胶纱通道时，第一浸胶纱通道将浸胶纱上多余的树脂过滤掉，使浸胶纱上树脂的含量得到控制，本发明中由于第一排叉上第一浸胶纱通道有多个且宽度不等，可根据所需要使浸胶纱通过适当的第一浸胶纱通道，提高本发明的通用性。

作为本发明的进一步改进，压辊架设置在树脂槽上靠近浸胶纱缠绕架的一端，第一排叉设置在树脂槽用，其滤掉的多余树脂回流至树脂槽内。本发明中滤掉的树脂回流至树脂槽内，一方面回流的树脂可再利用，另一方面提高本发明所使用的环境状况。

作为本发明的进一步改进，树脂加热槽包括由内外两层构成，在其一端连接有导热油进油管和导热油出油管，导热油进油管和导热油出油管均与油温循环控制设备连通，用于向树脂加热槽内流入导热油。本发明采用向树脂加热槽内通入导热油实现温度的提升以及后续树脂温度的维持。

作为本发明的进一步改进，在原纱支撑辊与树脂槽之间设置有定位架，定位架随小车的移动而同步移动，定位架上开设有定位孔，原纱穿过定位孔后进入浸胶槽。本发明设置定位加，原纱通过定位孔，使原纱在通过定位孔后在原纱支撑辊的长度方向上不会弯折，提高纤维浸纱制样的质量。

作为本发明的进一步改进，小车上朝着原纱支撑辊的方向设置有支撑杆，定位架设置在支撑杆上。本发明通过设置支撑杆，将定位架固定在小车上，使定位架与小车同步移动。

作为本发明的进一步改进，还包括电子天平，用于称取截取长度的浸胶纱的质量。本发明可采用电子天平称量浸胶纱的质量，从而计算出浸胶纱的密度，根据原纱的密度和浸胶纱的密度计算浸胶纱内树脂的含量。

作为本发明的进一步改进，树脂槽内设置有两根以上的压线辊，用于将原纱压入树脂槽内的树脂中。本发明设置压线辊，使原纱在浸胶过程中浸入树脂液面以下，确保浸纱质量。

作为本发明的进一步改进，树脂槽上靠近原纱支撑辊的一端设置有第二排叉，第二排叉上开有多个第二浸胶纱通道，原纱通过第二浸胶纱通道后浸入树脂中。本发明设置第二排叉，使得原纱在位于树脂槽内的部分不会在原纱支撑辊的长度方向上产生弯折，更进一步提高纤维浸胶制样的质量。

本发明的另一个目的是提供一种增强纤维浸胶纱制样方法，采用增强纤维浸胶纱制样过程中的定位控制装置，包括如下步骤：

步聚1，从纱卷或纱筒上牵引出原纱端头，并使原纱依次通过定位孔、第二浸胶纱通道、树脂槽内的压线辊、上压辊与下压辊和第一浸胶纱通道并牵引至浸胶纱缠绕架处；

步聚2，混合树脂主剂和固化剂均匀后注入树脂槽内，并调节树脂槽内的温度至标准规定的温度并采有计时器开始计时；

步聚3，手动牵引原纱端部，将浸胶后的浸胶纱牵引至浸胶纱缠绕架，调节张力控制器，开始缠绕至浸胶纱缠绕至浸胶纱缠绕架后暂停缠绕；

步聚4，截取一段浸胶纱并测试浸胶纱内树脂含量，并调整上压辊与下压辊间的距离至浸胶纱内树脂含量符合标准要求，正式缠绕浸胶纱；

步聚5，浸胶纱缠绕架上布满浸胶纱后，浸胶纱缠绕架停止缠绕，更换新的浸胶纱缠绕架继续缠绕；

步聚6，当计时器显示的时间超过树脂黏度能保持的适宜时间时，应当立即停止制样，并更换新的树脂，重复步聚1至5。

作为本发明的更进一步改进，步聚4中测试浸胶纱内树脂含量包括：

步聚4.1，截取一段长l1的原纱，在电子秤上称其质量为m1，计算出原纱的密度ρ1=m1/l1；

步聚4.2，截取一段长l2的浸胶纱，在电子秤上称其质量为m2，计算出浸胶纱的密度ρ2=m2/l2；

步聚4.3，计算出浸胶纱中树脂的含量ω2=（ρ2-ρ1）/ρ2；

步聚4.4，重复步聚4.1至4.4至树脂含量符合标准范围。

综上所述，本发明的有益效果是：本发明采用磁粉离合器、磁粉制动器、张力控制器以及树脂加热槽等将增强纤维浸胶纱制样过程中决定纤维力学性能的几个参数：张力、树脂黏度、树脂含量进行了定量控制，打破常规的观察法预估制样品质的方式，使得样品制备过程更严谨有序，试样通过定量可控的制备过程，品质更为稳定，减少甚至杜绝因制样技术原因造成的影响试验数据的情况，对于检测机构而言，稳定的试样能有效降低重复制样的次数与力学性能测试的次数，从而降低人工成本（返工率），同时提升出具报告的及时率。不仅如此，这种定量的方式让制样的各重要环节都能受控，也能让技术人员对张力、树脂含量、树脂黏度的变化对样品产生的影响进行深度研究，探究出最接近材料真实性能的制样方案，并制修订出相关技术指标更完善、更严谨的标准，为检测行业的标准化做出贡献。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是反映本发明中树脂含量控制装置的示意图。

其中：1、机架；2、张力控制器；3、磁粉离合器；4、磁粉制动器；5、浸胶纱缠绕架；6、原纱支撑辊；7、移动小车；8、树脂槽；9、树脂加热槽；10、压辊架；11、上压辊；12、下压辊；13、第一排叉；14、第一浸胶纱通道；15、导热油进油管；16、导热油出油管；17、定位架；18、定位孔；19、支撑杆；20、压线辊；21、第二排叉；22、第二浸胶纱通道；23、排叉固定板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

实施例1

如图1和图2所示的增强纤维浸胶纱制样过程中的定量控制装置，包括机架1、张力控制装置和树脂含量控制装置。

所述的张力控制装置包括张力控制器2、驱动装置（图中未示出）、磁粉离合器3、磁粉制动器4、浸胶纱缠绕架5和原纱支撑辊6，所述的驱动装置优选的采用电机，所述的电机采用螺栓可拆卸的安装在机架1上，所述的磁粉离合器3采用螺栓可拆卸的安装在机架1上，磁粉离合器3的输入轴与电机的输出轴采用联轴器连接，所述的磁粉离合器3的输出轴连接浸胶纱缠绕架5，本发明中的浸胶纱缠绕架5为矩形框架式结构，其中部设置有一根连接轴，所述的连接轴与磁粉离合器3的输出轴连接，所述的电机通过磁粉离合器3驱动浸胶纱缠绕架5转动，用于将浸胶纱缠绕在浸胶纱缠绕架5上，使浸胶后的纱线连续依次平行排布在纱架上，为后续收取试样准备。所述的磁粉制动器4安装在机架1上，所述的原纱支撑辊6的一端与磁粉制动器4的输入轴连接用于放置绕有原纱的纱卷或纱筒，所述的磁粉离合器3和磁粉制动器4均与张力控制器2电联接，所述的张力控制器2控制浸胶纱缠绕架5和原纱支撑辊6的转动速度，以确保原纱浸胶过程中的张力。

本发明中所述的磁粉制动器4依据张力控制器2的张力设定，控制其自转速度并以此带动纱筒或纱卷自转，用于纱筒或纱卷放料（提供增强纤维），以浸渍树脂。纱线的张力由张力控制器2收集并自动调整磁粉制动器4的转速，磁粉制动器4通过与磁粉离合器3自转的速度差，提供并保持相应的恒定张力。

所述的树脂黏度控制装置设置在浸胶纱缠绕架5和原纱支撑辊6之间，树脂黏度控制装置包括移动小车7、树脂槽8和树脂加热槽9，所述的树脂槽8位于树脂加热槽9内，所述的树脂加热槽9用于对放置于树脂槽8内的树脂加热，原纱经过树脂槽8内浸胶，所述的移动小车7与张力控制器2电连接并随浸胶纱缠绕在浸胶纱缠绕架5上而在原纱支撑辊6的长度方向上移动；本发明中所述的树脂加热槽9包括由内外两层构成，内外两层之间形成导热油腔，其内层采用金属材质制成以便于导热进树脂槽8内，使树脂槽8内的树脂较快的升温，在树脂加热槽9的外层包覆有真空绝热板等隔热性能优异的材料，防止热量向外界流失，本发明在树脂加热槽9靠近原纱支撑辊6的一端连接有导热油进油管15和导热油出油管16，所述的导热油进油管15和导热油出油管16均与油温循环控制设备（现有技术，图中未示出）连通，用于向树脂加热槽9内流入导热油，所述的油温循环控制设备使导热油温度升高并从导热油进油管15进入树脂加热槽8内的导热油腔中，与树脂加热槽9交换能量后温度略微降低的导热油从导热油出油管16流出再次进入油温循环控制设备加热，使导热油循环为树脂加热槽9内的树脂槽8供热，使树脂槽8内的树脂维持在最佳的温度范围内。

所述的树脂含量控制装置包括压辊架10、上压辊11、下压辊12和第一排叉13，所述的上压辊11和下压辊12的两端均设置在压辊架10上，并且所述的上压辊11的两端可相对压辊架10上下移动用于调整上压辊11与下压辊12间的距离，本发明可在压辊架10上开有竖直滑槽，并且在上压辊11的两端分别转动设置有丝杆，所述的丝杆与压辊架10采用轴承连接，通过转动所述的丝杆驱动上压辊的两端直竖直滑槽内移动，本发明中所述的第一排叉13设置在靠近浸胶纱缠绕架5的一侧，其上开有多个宽度不等的第一浸胶纱通道14，原纱在树脂槽8内浸胶后从上压辊11和下压辊12之间穿过再通过第一浸胶纱通道14缠绕在浸胶纱缠绕架5上，原纱在穿过第一浸胶纱通道14时过滤掉多余的树脂，本发明优选的在第一排叉13的底部沿其长度方向并排固定有多个第一固定杆，相邻的两根第一固定杆之间形成第一浸胶纱通道14。

本发明优选的将压辊架10的底端固定（如焊接）在树脂槽8上靠近浸胶纱缠绕架5的一端，所述的第一排叉13设置在树脂槽8用，其滤掉的多余树脂回流至树脂槽8内，本发明在所述的树脂槽8的两侧均固定有排叉固定板23，所述的第一排叉13的两端分别与两个排叉固定板23连接（如焊接），排叉固定板23将第一排叉13支撑在树脂槽8的上方。本发明中所述的树脂槽8靠近浸胶纱缠绕架5的一端的顶部朝着浸胶纱缠绕架5的方向倾斜形成斜面，以便于被所述的第一排叉13过滤掉的多余的树脂更顺利的流入树脂槽8内。本发明中所述的树脂槽8内设置有两根以上的压线辊20，用于将原纱压入树脂槽8内的树脂中，本发明优选的压线辊20的数量为两根，两根所述的压线辊20的两端分别与树脂槽8内壁连接，并且在使用时所述的压线辊20位于树脂的液面以下保持原纱浸渍于树脂中。

本发明在所述的树脂槽8上靠近原纱支撑辊6的一端设置有第二排叉21，所述的第二排叉21上开有多个第二浸胶纱通道22，原纱通过第二浸胶纱通道22后浸入树脂中。本发明中所述的第二排叉21的顶部固定有多根第二固定杆，相邻的两根第二固定杆之间构成第二浸胶纱通道22，本发明中所述的第二浸胶纱通道的宽度相等，均等于或者略大于原纱的直径，第二浸胶纱通道22的数量与第一浸胶纱通道14的数量相等，并且所述的第二浸胶纱通道22与第一浸胶纱通道14相对应，相对应的第二浸胶纱通道22与第一浸胶纱通道14的中心位于同一水平线上，使通过第二浸胶纱通道22的原纱与通过第一浸胶纱通道14的浸胶纱保持水平状态而不弯曲。

本发明在所述的原纱支撑辊6与树脂槽8之间设置有定位架17，所述的定位架17随小车的移动而同步移动，所述的定位架17上开设有定位孔18，原纱穿过定位孔18后进入树脂槽8。本发明优选的在移动小车7上朝着原纱支撑辊6的方向设置有多根支撑杆19，本发明最佳的设置两根支撑杆19，两根所述的支撑杆19平行并且位于同一水平面上，所述的定位架17设置在支撑杆19上。纱线在缠绕的过程中，需要从定位孔18中穿过，以保证纱线在张力控制装置下行进的线路基本一致，从而保证张力稳定，同时也保证了缠绕在浸胶纱框架上的纱线平行排布不会偏离。

本发明预备有电子天平（图中未示出），用于称取截取长度的浸胶纱的质量，以便于测试浸胶纱内树脂含量，本发明优选的采用精度为万分之一的电子天平，以提高本发明测试浸胶纱内树脂含量的精确度，本发明中的电子天平可放置在任意不影响浸胶纱制样的位置，仅在测试浸胶纱内树脂含量时使用，如可在机架1上专门设置用于放置电子天平的支撑平台等。

本发明中的树脂槽8和树脂加热槽9是可以分离的，这是为制样结束后方便清理树脂槽8，本发明中的树脂槽8是独立的一个金属盒，通过热传导的方式，从树脂加热槽9获取热量，传递给加热槽8内的液态树脂，使树脂均匀受热，油温循环控制设备通过导热油的形式为树脂加热槽9提供热源，压线辊20是放置在树脂槽8内树脂液面下的物件，用于保持纤维浸渍于树脂中，本发明可采用计时器记录树脂的工作时间，这是控制树脂黏度的关键环节，由于在一定环境温度下，树脂黏度随时间的增加，大致会呈现略微下降而后逐步增加的情况，因此我们事先可以获取树脂黏度随时间变化的黏度—时间对照表。在实际试验中，我们依照标准中对黏度的范围规定，对照树脂黏度—时间对照表，就可以知悉在某环境温度下，树脂可以使用的有效时间，再根据计时器记录时间，当时间到达树脂使用的有效时间，即需要更换新配置的树脂。这样就能保证树脂黏度的可控性，如此还能研究在不同黏度下，树脂浸润情况以及相对应的浸胶纱的拉伸性能。本发明中的移动小车的作用是在张力控制装置中的磁粉离合器开始工作（旋转）时，能够根据磁粉离合器旋转速度的快慢，同步沿纱架宽度方向行进，从而能将浸胶纱依次并列排布在纱架上，并使浸胶纱与纱之间保持设定好的某一间距。

本发明中树脂含量的预测量方式是采用裁取一段经过排叉后的浸胶纱，通过电子天平称量其质量而后用质量除以长度，计算出浸胶纱线密度，根据（浸胶纱线密度-原纱线密度）/浸胶纱线密度的计算公式，计算经由树脂含量控制装置控制后的树脂含量情况，如果树脂含量不在标准范围内，按上述方式调整对压辊轮的间距后再重复测量树脂含量，直至符合标准范围。

实施例2

本实施例系增强纤维浸胶纱制样方法，采用实施例1所述的增强纤维浸胶纱制样过程中的定位控制装置，本发明的方法具体的包括如下步骤：

步聚1，将缠绕有原纱的纱卷或纱筒安放在原纱支撑辊6上，从纱卷或纱筒上牵引出原纱端头，并使原纱依次通过定位孔18、第二浸胶纱通道22、树脂槽8内的压线辊20下方、上压辊11与下压辊12之间和第一浸胶纱通道14并牵引至浸胶纱缠绕架5处。

步聚2，将树脂主剂和固化剂在混合容器内混合均匀后注入树脂槽8内，使压线辊20全部浸入树脂液面以下，再调节树脂槽8内的温度至标准规定的温度并采有计时器开始计时。

步聚3，手动牵引原纱端部，将浸胶后的浸胶纱牵引至浸胶纱缠绕架5，调节张力控制器2，原纱经过树脂槽8，并开始缠绕至浸胶纱缠绕至浸胶纱缠绕架5后暂停缠绕。

步聚4，截取一段浸胶纱并测试浸胶纱内树脂含量，并根据测试所得的浸胶纱内树脂含量调整上压辊11与下压辊12间的距离至浸胶纱内树脂含量符合标准要求，正式缠绕浸胶纱；在本步聚中如测试的浸胶纱内树脂含量高于标准规定的量，则将上压辊11向下调整以使浸胶纱在通过上压辊11与下压辊12之间时被挤掉更多的树脂，相反的，如测试的浸胶纱内树脂含量低于标准规定的量，则应将上压辊11向上调整，以减少被上压辊11与下压辊12挤掉的树脂量，多次调整后使所测的树脂含量符合规标规定的要求，再进行正式的浸胶纱。

步聚5，浸胶纱缠绕架5上布满浸胶纱后，所述的浸胶纱缠绕架5停止缠绕，更换新的浸胶纱缠绕架5继续缠绕。

步聚6，当计时器显示的时间超过树脂黏度能保持的适宜时间时，应当立即停止制样，并更换新的树脂，再重复步聚1至5。本发明中树脂黏度能保持的适宜时间在制样前先行实验获得黏度—时间对照表，黏度—时间对照表的获取系现有技术，本发明不予详述。

本发明步聚4中测试浸胶纱内树脂含量具体的包括如下小步聚：

步聚4.1，截取一段长l1的原纱，在电子秤上称其质量为m1，计算出原纱的密度ρ1=m1/l1。

步聚4.2，截取一段长l2的浸胶纱，在电子秤上称其质量为m2，计算出浸胶纱的密度ρ2=m2/l2。

步聚4.3，计算出浸胶纱中树脂的含量ω2=ρ2-ρ1/ρ2，并与标准规定的树脂含量相比较。

步聚4.4，重复步聚4.1至4.4至树脂含量符合标准范围。

以上说明书中未做特别说明的部分均为现有技术，或者通过现有技术即能实现。而且本申请中所述具体实施案例仅为本申请的较佳实施案例而已，并非用来限定本申请的实施范围。即凡依本申请申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本申请的技术范畴。