[发明专利]一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置及试样的制备方法

说明书

本发明涉及一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置及试样的制备方法，属于材料性能测试技术领域。所述制样装置包括精确控制系统、自动滴胶系统和辅助定位系统。所述试样的制备方法为：采用预先缠绕的超高模量碳纤维复丝框置于制样滴胶装置上，通过精确控制系统自动滴加胶液，然后将浸胶后碳纤维复丝置于烘箱固化，粘贴加强片进行拉伸测试。本发明解决了超高模量碳纤维在手工浸胶过程中遇到的纤维高损伤易脆断难题，制备得到外表平滑的复丝拉伸样条。本发明的制样装置及试样制备方法在超高模量碳纤维及其复合材料、高导热中间相沥青基碳纤维及其复合材料工程化研制和生产中具有重要的推广应用前景。

技术领域

本发明涉及一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置及试样的制备方法，属于材料制备与性能测试技术领域。

背景技术

超高模量碳纤维(≥500GPa)具有高比模量、高比强度、良好的尺寸稳定性等优异特性，是空间飞行器主体结构、功能结构、防护结构和辅助结构上不可替代的核心材料，也是航天材料发展的趋势。超高模量碳纤维包括具有极高拉伸弹性模量的聚丙烯腈基碳纤维和高导热中间相沥青基碳纤维两大类，如日本东丽公司M55J和M65J等系列高强高模碳纤维以及美国氰特公司的P120、K1100等系列高导热中间相沥青基碳纤维等。由于超高模量碳纤维在航空航天和武器装备等领域具有重要用途，国外对超高模量碳纤维相关技术严格保密，对我国实施严格禁运。为满足超高模量碳纤维国产化研制与应用需求，必须开展超高模量碳纤维力学性能测试技术研究。

由于超高模量碳纤维模量极高、脆性极大，采用目前国内通用的GB/T3362-2017碳纤维复丝拉伸性能试验方法中的手工缠绕浸胶制样方法容易导致将部分超高模量碳纤维单丝脆断，制备出的拉伸试样力学测试值远低于出厂指标值，且离散很大，无法有效准确客观评价超高模量碳纤维力学性能及稳定性。前期研究发现，采用手工滴胶法制备高模量碳纤维复丝试样测试结果良好，但由于操作人员和滴加量控制误差，导致复丝含胶量有一定差异，性能存在一定波动，且制样效率较低，难以实现高模量碳纤维复丝拉伸试样批量化的稳定制备。因而，亟需一种适用于超高模量碳纤维复丝拉伸性能测试的制样装置，用于批量稳定制备低损伤率的超高模量碳纤维复丝拉伸试样，以提升拉伸性能测试准确性，指导超高模量碳纤维国产化研制和工程应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于低损伤超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置及试样的制备方法，该制样装置可以有效解决超高模量碳纤维复丝拉伸试样的制作过程中纤维大量损伤导致的拉伸强度测试值偏低、离散偏大等技术难题，制备的复丝拉伸样条外观平滑，拉伸测试结果稳定，适用于具有超高模量的高强高模聚丙烯腈碳纤维和高导热中间相沥青基碳纤维。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样装置，包括精确控制系统、自动滴胶系统和辅助定位系统，所述精确控制系统用于控制滴加浸胶液时的滴加方向、滴加量和滴加速度，所述自动滴胶系统用于控制对超高模量碳纤维复丝的浸胶过程，所述辅助定位系统用于承载固定和运输超高模量碳纤维复丝，所述自动滴胶系统设置位于精确控制系统的正下方，所述辅助定位系统设置位于自动滴胶系统的正下方。所述自动滴胶系统在所述精确控制系统的控制下针对固定在所述辅助定位系统中的超高模量碳纤维复丝的完成滴胶处理工作，从而可完成对超高模量碳纤维复丝拉伸性能制样的制备工作。

在一可选实施例中，所述精确控制系统包括：控制器、连接线、三轴滑台支撑架、滴胶头固定装置和三轴滑台。所述控制器通过所述连接线与所述滴胶头固定装置相连接，所述控制器和滴胶头固定装置设置于所述三轴滑台上，所述三轴滑台设置于所述三轴滑台支撑架上。

在一可选实施例中，所述精确控制系统中的所述控制器包括：电子显示屏、运行按钮、回零按钮、急停按钮、X轴正向运动按钮、X轴负向运动按钮、Y轴正向运动按钮和Y轴负向运动按钮。所述电子显示屏镶嵌设置于所述控制器的正面表面，所述运行按钮、回零按钮、急停按钮、X轴正向运动按钮、X轴负向运动按钮、Y轴正向运动按钮和Y轴负向运动按钮镶嵌设置于所述控制器的正面。