一种测试预浸料层间粘结性能的实验装置和实验方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及符合材料自动铺放技术领域，特别涉及一种测试预浸料层间粘结性能的实验装置和实验方法。
【背景技术】
[0002]自动铺放技术是一种低成本复合材料成型技术，包括自动铺带技术(AutomatedTape Laying，ATL)和自动铺丝技术(Automatic Fiber Placement，AFP)，其将材料、结构设计和制造连为一体，高度集成了数控机床技术、材料工艺技术和CAD/CAM软件技术，实现了预浸料的自动铺放、压实、剪切和重送等加工能力，特别适合于生产大型复合材料结构件。在自动铺放技术中，材料体系的选择及铺放工艺控制是当前亟需解决的重要课题。
[0003]预浸料是自动铺放过程中所使用的材料，是由连续增强纤维浸渍基体树脂制成的组合物。在自动铺放过程中，预浸料的粘结性能是一项重要指标，其直接决定了该种预浸料是否适合用于自动铺放，合适的粘结性能保证预浸料既容易铺贴在模具或上一铺层表面又容易去除表面的聚乙烯薄膜和背衬纸。因此，测定预浸料的粘结性能对自动铺放过程中工艺参数的选择具有指导意义。
[0004]目前，国内外均对预浸料粘结性能的测试装置和实验方法进行了探索，但由于测试过程不能完全模拟自动铺放过程而不能准确表征自动铺放过程中预浸料的层间粘结性會K。
[0005]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的【背景技术】部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
【发明内容】
[0006]本申请实施方式的目的在于提供一种测试预浸料层间粘结性能的实验装置和实验方法，使之符合大型复合材料构件自动铺放工程实际，为自动铺放过程中工艺参数的选择提供可靠依据。
[0007]为实现上述目的，本申请一方面提供一种测试预浸料层间粘结性能的实验装置，所述装置包括主体机构、导料机构以及剥离机构，其中，所述主体机构包括底座、控制柜、速度控制部以及压力控制部，其中，所述速度控制部包括步进电机、步进电机安装板、联轴器、主动娃橡胶锟以及一对固定支座，所述步进电机由所述步进电机安装板固定支撑，所述步进电机的电机轴通过所述联轴器与所述主动硅橡胶辊相连接，所述一对固定支座分别位于所述主动硅橡胶辊的两端，所述主动硅橡胶辊的两端分别穿过所述固定支座上的预设通孔;所述压力控制部包括一对气缸、一对气缸支撑板、一对加压辅助板、被动娃橡胶棍以及一对压力传感器，所述被动硅橡胶辊平行地位于所述主动硅橡胶辊的上方，所述被动硅橡胶辊的两端与所述主动硅橡胶辊的两端对齐，所述气缸、气缸支撑板以及压力传感器均对称地位于所述被动硅橡胶辊的两端，所述气缸支撑板以及所述压力传感器通过螺钉固定在所述底座上，所述气缸位于所述气缸支撑板的上方并通过所述加压辅助板与所述被动硅橡胶辊相连接，以对所述被动硅橡胶辊加压，所述压力传感器位于所述固定支座的下方;所述导料机构包括上导料板、下导料板以及安装支架，所述上导料板的高度和倾斜角度可调节，用于铺放上层预浸料，所述下导料板呈水平放置，用于铺放下层预浸料;所述剥离机构包括拉伸试验机、位于所述拉伸试验机中间镂空区域的上夹头和下夹头，所述上夹头用于夹持上层预浸带的未粘结端，所述下夹头用于夹持下层预浸带的未粘结端，所述上夹头和所述下夹头可在所述拉伸试验机的作用下相对发生位移。
[0008]本申请一优选实施方式中，所述主体机构还包括温度控制部，所述温度控制部包括热风机、加热管、热风机安装板以及一对加热管安装支架，其中，所述热风机安装板固定于所述气缸支撑板上，所述热风机通过所述热风机安装板固定于所述加热管的一端，所述热风机的出风口与所述加热管相连接，所述加热管的两端分别通过所述加热管安装支架固定于所述气缸支撑板上。
[0009]本申请一优选实施方式中，所述温度控制部中还包括热电偶，所述热电偶固定于所述加热管内，用于测量所述加热管内的温度。
[0010]本申请一优选实施方式中，所述控制柜中包括步进电机驱动器、PLC、直流电源、压力放大器、模数转换器、温控表以及电磁继电器，其中，所述直流电源为所述步进电机驱动器、PLC、压力放大器、模数转换器、温控表以及电磁继电器供电，所述PLC生成的脉冲信号经所述步进电机驱动器接收后，由所述步进电机驱动器驱动所述步进电机的电机轴转动;所述压力放大器将所述压力传感器采集的压力模拟信号放大后输入所述模数转换器，以将所述压力模拟信号转换为压力数字信号;所述温控表用于控制并显示所述加热管中的温度，所述电磁继电器用于控制电路的通断。
[0011]本申请一优选实施方式中，所述压力控制部中还包括调压阀，所述调压阀用于调节所述气缸内的压力。
[0012]为实现上述目的，本申请另一方面提供一种测试预浸料层间粘结性能的实验方法，所述方法包括:将预浸料裁成长400毫米，宽300毫米的上层预浸带和下层预浸带并去掉每条预浸带表面的背衬纸，在每条预浸带的一端贴上长度为50毫米，宽为300毫米的聚乙烯薄膜;将上层预浸带没有贴所述薄膜的面朝下，将下层预浸带没有贴所述薄膜的面朝上，分别放置于上导料板和下导料板上；当所述实验装置的压力控制部中的气缸处于松动状态时，将所述上层预浸带和下层预浸带绕过所述加热管，两面相对地穿过所述主动硅橡胶辊和所述被动硅橡胶辊之间；通过所述调压阀调节所述气缸的气压，压紧所述主动硅橡胶辊与所述被动硅橡胶辊之间的上层预浸带和下层预浸带；利用所述温控表调节铺放温度，利用所述PLC调节所述步进电机的转速；启动所述实验装置对所述上层预浸带和下层预浸带进行铺叠，并利用所述压力传感器及所述热电偶分别采集铺叠过程中的压力值和温度值；铺叠完成后，取下铺叠后的预浸料叠层，将所述预浸料叠层裁剪为宽50毫米，长400毫米的试样;将所述试样的上层预浸带和下层预浸带中未粘结的一端分别夹持于所述上夹头和下夹头上；以预设速度分离所述上夹头和所述下夹头，以将所述上层预浸带和下层预浸带进行剥离，并通过所述拉伸试验机记录拉伸过程中施加于所述试样上的力以及所述上夹头和所述下夹头的位移之间的关系曲线;根据记录的所述关系曲线，计算平均剥离力，并将所述平均剥离力确定为所述试样的层间粘结性能参数。
[0013]在本申请一优选实施方式中，所述平均剥离力的单位为N/50mm。
[0014]在本申请一优选实施方式中，在将所述平均剥离力确定为所述试样的层间粘结性能参数之后，所述方法还包括:进行M次铺叠过程，并且从每次铺叠后的预浸料中选取一份试样进行剥离实验，得到对应的M个层间粘结性能参数;对得到的所述M个层间粘结性能参数求取平均值，并将得到的所述平均值确定为预浸料的层间粘结性能参数，其中，M为大于或者等于2的整数。
[0015]由以上本申请实施方式提供的技术方案可见，本申请的有益效果在于:
[0016]I)结构简单:本发明中通过两个压辊模拟自动铺放过程，由主动硅橡胶辊的速度控制和被动硅橡胶辊的压力控制模拟自动铺放过程中的铺放速度和铺放压力，结构上得到了极大的简化；
[0017]2)压力的可测性:通过压力传感器可准确测量模拟铺放过程中对预浸料所施加的压力，方便研究铺放压力对预浸料粘结性能的影响；
[0018]3)成本低，操作简单:本发明装置结构简单，投入成本低，实验可操作性强，使用方便。
[0019]参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
[0020]针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
[0021]应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步