[发明专利]测试预浸料层间粘结性能的高速实验装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料自动铺放技术领域，尤其涉及一种模拟自动铺放过程中预浸料层间粘结性能测定的实验装置及方法。

背景技术

自动铺放技术利用数控系统，实现预浸料的自动铺放、压实、剪切和重送等加工能力的集成，是目前世界上自动化、数字化程度最高的复合材料低成本制造技术之一。自动铺放技术在航空航天领域的快速发展，加快了铺放材料体系和工艺技术的研究步伐。

预浸料是自动铺放的原材料，是自动铺放技术发展和应用的基础。自动铺放技术高速成形特性要求预浸料具有合适的粘结性能以便铺贴在模具或上一层预浸料表面。实际铺放过程中预浸料与模具表面的贴合仅有一层，预浸料层间的贴合是自动铺放过程的最主要部分。

目前测定预浸料层间粘结性能的实验装置存在装置速度低、测量精度低、装置制造成本高、无法与实际铺放相结合等不足。

发明内容

本发明提供一种测试预浸料层间粘结性能的高速实验装置，固定在安装架上，其特征在于：包括两组对称布置的实验装置，每组实验装置均包括放料装置和牵引装置，两牵引装置之间为剥离装置，剥离装置下方布置用于加热待测预浸料的加热装置，剥离装置的任一侧布置测量装置，测量装置包括支架，支架上安装张力检测辊、张力传感器；

剥离装置和牵引装置均包括两个辊筒；在布置测量装置的一侧，待测预浸料一端缠绕在放料装置上，另一端穿过剥离装置两辊筒间，经测量装置的张力检测辊，再从牵引装置两辊筒间输出；在另一侧，待测预浸料一端缠绕在放料装置上，另一端依次从剥离装置两辊筒间、牵引装置两辊筒间穿出。

进一步，加热装置由红外加热灯、调压器、电压表、电流表、温度显示器、热电阻、PLC控制器、旋转编码器连接组成。

进一步，剥离装置的两个辊筒分别为硅橡胶辊和钢辊，钢辊两端通过固定螺栓安装在剥离支架上，硅橡胶辊轴通过腰孔安装在剥离支架上，剥离气缸安装在硅橡胶辊一侧可驱动硅橡胶辊向钢辊一侧有限位移，以压紧两辊筒间的待测预浸料。

进一步，牵引装置两个辊筒分别为硅橡胶辊和钢辊，钢辊两端通过固定螺栓安装在牵引支架上，硅橡胶辊轴通过腰孔安装在牵引支架上，牵引气缸安装在硅橡胶辊一侧可驱动硅橡胶辊向钢辊一侧有限位移，以压紧两辊筒间的待测预浸料。

进一步，两牵引装置曾中心对称分布在剥离装置两侧，其中一个牵引装置的钢辊通过联轴器连接伺服电机，两钢辊通过同步带由伺服电机驱动同步运转。

进一步，硅橡胶辊轴上安装加压辅助板，剥离气缸或牵引气缸通过加压辅助板驱动硅橡胶辊。

进一步，每组实验装置包括一个料卷导向装置，两个料卷导向装置分列于加热装置两侧，料卷导向装置为带有挡边的钢辊，待测预浸料先通过料卷导向装置导向后再输入剥离装置两辊筒之间。

一种测试预浸料层间粘结性能的高速实验装置的实验方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)将预浸料裁成预浸带，缠绕在两个放料装置上；

(b)根据自动铺放过程中实际需要实现的速度，计算一次实验所需预浸带的长度，并手动放卷一定长度的预浸带，揭掉表面的背衬纸，贴上一定长度的PE薄膜，使两条预浸带处于松弛状态；

(c)当剥离装置和牵引装置中的气缸处于松动状态时，将一条预浸带从一侧的放料装置依次通过料卷导向装置、剥离装置两辊筒间、牵引装置两辊筒间输出，将另一条预浸带从另一侧的放料装置依次通过料卷导向装置、剥离装置两辊筒间、测量装置、牵引装置两辊筒间输出；

(d)调节牵引气缸的气压，压紧硅橡胶辊与钢辊间的预浸带；

(e)根据牵引装置中伺服电机的速度，由PLC控制器计算输出加热装置中的电压，经调压器放大后控制红外加热灯的加热功率，设置不同实验速度和电压后，启动装置，测量装置中的张力传感器即可记录实验过程中的剥离力；

(f)一次实验分两个阶段，先测覆PE膜部分预浸带的剥离力，再测不覆PE膜部分预浸带的剥离力，第二阶段的剥离力与第一阶段剥离力的差值，即表示预浸料层间粘结性能值。

本发明的有益效果：

1)结构简单：本发明中两个牵引装置呈中心对称分布，设计时更方便，而且操作方便，人力时间投入少，更节约成本。

2)实验过程更接近实际铺放：本发明中速度、温度和压力均接近真实铺放情况，使得预浸料层间粘结性能的测量结果与实际情况误差更小。

附图说明

图1为本发明实验装置的方案图；

图2为本发明实验装置的结构示意图；

图3为本发明中的剥离装置结构示意图；

图4为本发明中的测量装置结构示意图；