[发明专利]浸胶纱试样的制备方法及其压缩测试夹具

说明书

本发明公开一种浸胶纱试样的制备方法及其压缩测试夹具，其中所述制备方法包括：制备硅胶材料的试样模具，其中沿所述模具的中部具有用于埋设浸胶纱的缝隙；提供碳纤维纱，将浸胶纱埋置于所述缝隙中；将配制好的树脂浇筑在所述试样模具中，固化并脱模后得到浸胶纱试样，其中所述浸胶纱试样为两段式圆柱体试样。通过本发明制得的浸胶纱试样的测试段的浸胶纱直径均匀、纤维体积分数稳定。

技术领域

本发明涉及材料力学性能测试技术领域，尤其涉及一种浸胶纱试样的制备方法及其压缩测试夹具。

背景技术

从二十世纪九十年代开始，以碳纤维、特种玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子聚乙烯纤维等为代表的高性能纤维的制备技术与工艺步入快速发展，并且在航空航天、汽车、风电等诸多领域得到广泛应用。纤维纱是纤维在复合材料中的主要使用形式，因此它的力学性能具有重要影响。

浸胶纱测试是目前工程应用中常用的碳纤维力学性能的检测评价方法。目前碳纤维的力学性能评价大多集中于拉伸性能方面，而浸胶纱的压缩测试目前尚无相应标准。

相比于传统的层压复合材料，碳纤维编织复合材料的抗冲击性能和横向性能都有较大提升，然而编织复合材料主要由碳纤维纱编织并由基体浸润成型。因此，在细观尺度上，编织复合材料主要包含基体和浸胶纱两种组分，而浸胶纱起主要承载作用，它对于编织复合材料的力学性能具有很大影响。在编织复合材料力学性能的多尺度仿真分析方法中，对于编织复合材料细观有限元模型的建立，其中关键步骤是定义单浸胶纱的力学性能参数。但是目前对于浸胶纱的压缩性能测试缺乏相应方法，所以只能通过理论或有限元预测，缺乏充分的试验验证。

现有技术中的碳纤维浸胶纱试样制备及测试技术具有以下缺点：第一，效率较低，试样制备需要分两次固化，且浸胶纱的树脂和树脂块的树脂种类不一致可能造成界面的提前失效；第二，制备的浸胶纱试样本身的直径不稳定，会引入强度测量值的误差；第三，由于模具开槽直径和浸胶纱直径总是存在误差，因此不能确保浸胶纱在两头树脂保护端的正中间部位，也会影响测试的准确性；第四，由于采用金属模具，需要合模、脱模，加工成本高、效率低、通用性差；第五，加载前试样的装夹复杂、繁琐，试样需要先置于限位夹具再压缩夹具。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种浸胶纱试样的制备方法及其压缩测试夹具，以解决现有技术存在的碳纤维浸胶纱压缩测试方法均不能保证试样的恒定截面积和稳定纤维体积分数，以及存在夹具复杂、加载同轴性差等缺点。

根据本发明实施例的一个方面提供一种浸胶纱试样的制备方法，其包括：

制备硅胶材料的试样模具，其中沿所述模具的中部具有用于埋设浸胶纱的缝隙；提供碳纤维纱，将浸胶纱埋置于所述缝隙中；将配制好的树脂浇筑在所述试样模具中，固化并脱模后得到浸胶纱试样，其中所述浸胶纱试样为两段式圆柱体试样。

其中，所述制备硅胶材料的试样模具包括：制作两段式圆柱体的浸胶纱试样阳模；提供一立方体形状的容器，将所述浸胶纱试样阳模置于所述容器中；将配制好的硅胶倒入所述容器，待硅橡胶完全固化后，在阳模的中间部分的硅胶上切出缝隙，并进行脱模。

其中，所述碳纤维纱的长度大于所述试样模具的长度。

根据本发明实施例的另一方面还提供一种浸胶纱试样的压缩测试夹具，其包括：刚性框架、上直线轴承、下直线轴承、上夹头、下夹头和多个紧固螺栓；所述刚性框架包括上框架和下框架，所述上框架限定所述上直线轴承，所述下框架限定所述下直线轴承，所述上直线轴承和所述下直线轴承同轴；所述上直线轴承与所述上夹头连接，所述下直线轴承与所述下夹头连接，所述上夹头和所述下夹头同轴；所述上夹头和所述下夹头之间用于加持浸胶纱试样，所述多个紧固螺栓用于限定所述浸胶纱试样的加持位置，使所述浸胶纱试样与所述上夹头和所述下夹头同轴。

其中，所述浸胶纱试样包括中间的待测试段和两端的树脂保护端，所述树脂保护端的截面形状为方形。