一种浸胶纤维丝束制样装置及方法与流程

本发明属于树脂基复合材料缠绕成型制造技术领域，具体涉及一种浸胶纤维丝束制样装置及方法。

背景技术：

目前，随着工业的发展，碳纤维材料凭借自身质轻以及优越的导电性能，已经在一定程度上替代了传统钢、铁的地位，广泛的应用于航天和民用领域。复合材料的性能在很大程度上取决于碳纤维与树脂的结合，而在对纤维进行检测过程中，制作浸胶纤维丝束用于力学性能检测是最常用的方法。在浸胶纤维制样过程中，如何让纤维束尽可能的受力均匀，且相邻纤维束在固化时不会发生粘连的最大的问题。目前常用的制样方法是采用人工法对纤维施加张力，将浸胶丝束固定于框架两端，这种方法一方面需要较多的人力且由于个体的差异导致施加张力不可控，另一方面受限于制样框架的限制而且为了不让纤维束粘连，每个制样架只能制作二十组丝束样品。

技术实现要素：

本发明旨在解决在做浸胶纤维中提高工作效率的问题，同时对制作过程中纤维束的施加张力进行确定，同时能够提供一种结构简单、使用方便，有利于同时对多组样品进行试验的固定装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种浸胶纤维丝束制样装置，包括后纱架、移动平台、制动装置、轮系、压胶装置、挤胶装置、浸胶槽和纤维架，所述的移动平台设置于后纱架与纤维架之间，移动平台底部设置制动装置使之在后纱架、纤维架之间连线的垂直方向上做往复运动，在移动平台上设置有浸胶槽、挤胶装置、压胶装置和轮系。

在上述技术方案中，在所述移动平台上设置有第一竖板，所述轮系、挤胶装置和压胶装置设置于第一竖板上。

在上述技术方案中，在所述移动平台上设置有第二竖板，所述纤维架设置于第二竖板上。

在上述技术方案中，所述制动装置由电机、丝杠和滑轨构成，丝杠设置于移动平台的底部，丝杠与后纱架、纤维架之间连线的方向相垂直，在移动平台底部设置有与丝杠方向相同的滑轨，电机与丝杠连接，驱动移动平台在滑轨上进行滑动。

在上述技术方案中，所述浸胶槽配备有用于对树脂的温度进行调控的水浴装置。

在上述技术方案中，所述挤胶装置设置于浸胶槽的上方，以使经过挤胶装置纤维上多余的胶液落入浸胶槽内，挤胶装置由第一轮柱、第二轮柱和挤胶块构成，挤胶块包括平行的两个端面、四根圆柱和紧固螺钉，第一轮柱、第二轮柱为四氟轮，挤胶块与垂直设置于第一竖板上的定位柱相结合形成允许浸胶纤维丝束从中穿过并将浸胶纤维的多余胶液挤出的空隙。

在上述技术方案中，所述后纱架用于固定纤维卷，由垂直地面设置的2根支撑杆和设置于二者之间的四叶转轮构成，所述四叶转轮由主轴、3组并排设置单叶轮和4跟连杆构成，驱动电机与主轴相连，驱动四叶转轮转动。

在上述技术方案中，所述压胶装置由长板和可沿长板上下移动的压胶棒构成，压胶棒的方向与长板所处的平面相垂直，长板的上沿搭在第一竖板上，以使压胶装置可以沿第一竖板上沿移动，通过长板在第一竖板上沿的移动和压胶棒在长板上的上下移动调节压胶棒的位置，完成压胶动作。

在上述技术方案中，所述轮系由前轮、中轮和后轮构成，前轮距离后纱架最近，中轮其次，后轮距离后纱架最远，前轮与后轮设置的高度相同，中轮设置的高度较前轮、后轮低，所述前轮中部设有凹槽使浸胶限位成圆柱状，中轮上安装有传感器，用于测定浸胶纤维丝束的张力。

在上述技术方案中，所述浸胶纤维丝束制样装置配备有控制系统，控制系统的功能包括调节浸胶槽的水浴温度，调节丝杠驱动移动平台运动的方向、步距，检测浸胶纤维丝束的张力(通过中轮上的传感器)，调节后纱架的转速。

一种浸胶纤维丝束制样方法，按照下列步骤进行：

步骤一、纤维依次经过第二轮柱、浸胶槽、挤胶块、第一轮柱、后轮、中轮和前轮，将纤维端头固定在后纱架上；

步骤二、在浸胶槽内加入待浸泡的胶体，使之没过纤维束，调节浸胶槽的水浴温度；

步骤三、调节驱动电机驱动后纱架进行旋转，调节移动平台的电机使之由丝杠控制纤维束在后纱架的左右移动，从而将纤维丝束分散的缠绕在纤维架上。

在上述技术方案中，在步骤二中，所述待浸泡的胶体为树脂。

在上述技术方案中，在步骤三中，在进行纤维丝束的缠绕之前，将后纱架通过三爪卡盘固定于固化炉内，使纤维丝束在固化条件下进行缠绕，可避免纤维束表面胶液的不均匀性。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、该装置结构简单，最多能够同时利用四纱架的四个面进行试验，有效地缩短了制样周期。在对纤维样品进行试验时既可以对浸胶纤维挤胶张力进行控制，还可以增加样品的制作数量，由以前的两组增加到四组，同时将人员由之前的三人减少到一人。

2、该装置中纤维架为四面型装置，既可以同时满足多组纤维样品的制样工作，又可以将该纤维架装卡在固化炉内旋转固化，避免了纤维束表面胶液的不均匀性。

3、应用本套纤维丝束制样装置，其试验步骤为：将纤维卷轴固定好，将纤维丝束通过浸胶槽保证纤维与树脂充分接触，将浸胶后的纤维丝束固定于制样架，应用控制面板对制样的速率以及丝杠运行距离，进行纤维制样，使整个实验过程、条件可控。

附图说明

图1为本发明提供的一种浸胶纤维丝束制样装置的侧视结构示意图；

图2为本发明提供的一种浸胶纤维丝束制样装置的俯视结构示意图；

图3为本发明提供的后纱架的结构示意图；

图4为本发明提供的一种浸胶纤维丝束制样方法的试验步骤流程图。

其中，1为后纱架，1-1为单叶轮，1-2为主轴，1-3为连杆，2为支撑杆，3为移动平台，4为第一竖板，5为丝杠，6为滑轨，7为轮系，7-1为前轮，7-2为中轮，7-3为后轮，8为第一轮柱，9为压胶装置，10为第二轮柱，11为挤胶块，12为浸胶槽，13为第二竖板，14为纤维架，15为电机；

S101固定纤维，S102纤维浸润，S103固定试样，S104设定程序，进行试验。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：图1、图2为本发明提供的一种浸胶纤维丝束制样装置的结构示意图，

一种浸胶纤维丝束制样装置，包括后纱架1、移动平台3、制动装置、轮系7、压胶装置9、挤胶装置、浸胶槽12和纤维架14，在后纱架与纤维架之间设置移动平台，移动平台底部设置制动装置使之在后纱架、纤维架之间连线的垂直方向上做往复运动，在移动平台上设置有浸胶槽、挤胶装置、压胶装置和轮系。

在所述移动平台上设置有第一竖板4，所述轮系、挤胶装置和压胶装置设置于第一竖板上。在所述移动平台上设置有第二竖板13，所述纤维架设置于第二竖板上。所述制动装置由电机15、丝杠5和滑轨6构成，丝杠设置于移动平台的底部，丝杠与后纱架、纤维架之间连线的方向相垂直，在移动平台底部设置有与丝杠方向相同的滑轨，电机与丝杠连接，驱动移动平台在滑轨上进行滑动。所述浸胶槽内装有树脂，浸胶槽配备水浴装置用于对树脂的温度进行调控。所述挤胶装置设置于浸胶槽的上方，由第一轮柱8、第二轮柱10和挤胶块11构成，挤胶块由平行的两个端面、四根圆柱和紧固螺钉构成，第一轮柱、第二轮柱为四氟轮，浸胶纤维丝束从挤胶块圆柱之间的空隙穿过，采用静摩擦的原理将浸胶纤维多余胶液挤出。

实施例2：图1、图2为本发明提供的一种浸胶纤维丝束制样装置的结构示意图，

一种浸胶纤维丝束制样装置，包括后纱架1、移动平台3、制动装置、轮系7、压胶装置9、挤胶装置、浸胶槽12和纤维架14，在后纱架与纤维架之间设置移动平台，移动平台底部设置制动装置使之在后纱架、纤维架之间连线的垂直方向上做往复运动，在移动平台上设置有浸胶槽、挤胶装置、压胶装置和轮系。

所述后纱架用于固定纤维卷，由垂直地面设置的2根支撑杆和设置于二者之间的四叶转轮构成，所述四叶转轮由主轴1-2、3组并排设置单叶轮1-1和4跟连杆1-3构成，驱动电机与主轴相连，驱动四叶转轮转动。所述压胶装置由长板和压胶棒构成，压胶棒垂直设置于长板上，长板的上沿搭在第一竖板上。所述轮系由前轮7-1、中轮7-2和后轮7-3构成，前轮距离后纱架最近，中轮其次，后轮距离后纱架最远，前轮与后轮设置的高度相同，中轮设置的高度较前轮、后轮低，所述前轮中部设有凹槽使浸胶限位成圆柱状而非片状，中轮上安装有传感器，用于测定浸胶纤维丝束的张力。所述浸胶纤维丝束制样装置配备有控制系统，控制系统的功能包括调节浸胶槽的水浴温度，调节丝杠驱动移动平台运动的方向、步距，检测浸胶纤维丝束的张力(通过中轮上的传感器)，调节后纱架的转速。

实施例3：如图4所示，一种浸胶纤维丝束制样方法的试验步骤流程图。一种浸胶纤维丝束制样方法，按照下列步骤进行：

将纤维卷固定于纤维架上，将纤维端头拉出，依次经过第二轮柱、浸胶槽、挤胶块、第一轮柱、后轮、中轮和前轮，将纤维端头固定在后纱架上；在浸胶槽内加入树脂，使之没过纤维束，调节浸胶槽的水浴温度；将后纱架通过三爪卡盘固定于固化炉内，使纤维丝束在固化条件下进行缠绕，可避免纤维束表面胶液的不均匀性。调节驱动电机驱动后纱架进行旋转，调节移动平台的电机使之由丝杠控制纤维束在后纱架的左右移动，从而将纤维丝束分散的缠绕在纤维架上。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。