[發明專利]一種碳纖維預浸料摩擦系數測定裝置及其使用方法

在審

• 申請號: 202010553787.X
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111829946A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 李哲夫;岳廣全;李林秀;潘利劍;劉衛平
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

本發明提供了一碳纖維預浸料摩擦系數測定裝置，包括電機、絲桿滑臺、保溫罩、加壓裝置、滑塊、連接桿、夾具和工作臺，電機、絲桿滑臺和保溫罩安裝在工作臺上；保溫罩內的工作臺上固定有加熱裝置，加熱裝置上安裝有夾具，夾具頂部固定有試樣二，滑塊下表面通過第一壓料板固定有試樣一，并將試樣一放置在試樣二之上；滑塊上方固定有加壓裝置，加壓裝置設置有壓力傳感器；連接桿一端與滑塊固定連接，另一端伸出保溫罩之外，與測力傳感器固定連接；測力傳感器固定在絲桿滑臺的滑臺上；電機帶動絲桿滑臺的滑臺運動。本發明操作簡單且占地面積小，可以測定不同溫度、不同壓力、不同相對運動速度和不同取向的碳纖維預浸料之間的摩擦系數。

技術領域

本發明屬于摩擦檢測技術領域，特別是涉及一種碳纖維預浸料摩擦系數測定裝置及其使用方法。

背景技術

隨著科學技術的進步和發展，復合材料在航空航天領域的應用越來越廣泛，尤其是自動鋪帶及自動鋪絲等技術，由于其成型效率高、產品質量穩定等特點得到了迅速發展和應用。但結構復雜的復合材料構件(如C型長桁等)很難在預浸料的鋪層過程中使用自動鋪層技術，這大大降低了其生產效率。為了解決這一問題，熱模壓成型工藝應運而生。該工藝是是將手工鋪貼或者自動鋪帶而成的預浸料放置定位在帽型長桁芯模上，將料片加熱到設定溫度以后，將芯模進行閉合壓制，制成復雜形狀的預成型體，最后再送入熱壓罐中進行固化工藝。目前，熱模壓成型工藝已被波音及空客廣泛采用，如B787中機身帽型長桁及A350后機身長桁成型等。

但是在成型過程中，由于預浸料的層間摩擦和彎曲效應，會出現褶皺等缺陷，導致制件的力學性能下降。因此，準確測定未固化的預浸料的層間摩擦力，對減少熱模壓工藝缺陷，提高結構件的質量和生產效率，推動該工藝在航空結構上的進一步應用有著重要意義。目前的摩擦系數的測量裝置多樣，但是大多都為常溫測量裝置，不能準確反應熱模壓成型過程中摩擦力的大小。并且，當單向預浸料中碳纖維的取向角度不同時，層間/層外相對滑移的摩擦力也不同。

發明專利CN200920294488.8公開了一種薄膜高溫摩擦測試儀，該方案包括水平試驗臺、滑塊、測力系統和驅動機構，水平試驗臺底部安裝有加熱器，加熱器與溫控器連接。使用時先通過加熱器及溫控器將水平試驗臺金屬的表面加熱，且恒定一段時間后測量，即可進行薄膜產品熱摩擦系數的檢測。該方案是在通用的薄膜摩擦測試儀上加入了控溫裝置，但是該方案不適合測量碳纖維預浸料的摩擦。首先該方案未考慮到壓力的變化，不同的法向壓力會導致摩擦力的不同；第二，該方案無法固定不同取向纖維的預浸料，會導致滑動過程中的纖維脫落，并且該方案測定的溫度范圍在100℃左右，無法對熱塑性樹脂碳纖維預浸料的摩擦行為進行測量。

發明專利CN201910932375.4公開了一種可調進排氣高溫動密封摩擦力的測試裝置，該方案是試樣固定在密封條支撐座上，在測量過程中密封條支撐座在導軌的約束下滑動。測量時電機驅動絲桿轉動，使得測力傳感器向前移動，推動推桿和密封條支撐座向前運動，并測量滑動過程中試樣與壓板之間的摩擦力，具體數值由測力傳感器測得。該方案是用于測量在高溫高壓氣體下，試樣與壓板之間得摩擦力。與本方案相比，存在如下不同：(1)該方案是將密封條支撐座置于導軌之上，再在密封條上壓上壓板。在滑動過程中密封條支撐座與壓板、導軌均發生了摩擦，實際測得的摩擦力是兩者之和，導致實際測量結果偏大；(2)該方案的壓板是直接固定在側壁板上的，通過調節側壁板高度來改變壓板與試樣之間的壓縮量，這種設計在高溫動密封摩擦測試領域是符合設計要求的，但是既不能靈活調節試樣之間的壓力，也不能對試樣所受壓力進行準確測量，不適合復合材料加工的實際需求。

因此，需要設計一種能準確測量熱模壓成型時的摩擦系數測量裝置，以獲取不同角度的未固化的碳纖維預浸料在相應溫度狀態下的準確摩擦系數，從而提高熱模壓成型工藝數值模擬精度，同時為熱模壓工藝與相應的模具工裝設計提供準確的實驗數據和模擬結果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種碳纖維預浸料摩擦系數測定裝置及其使用方法，可以方便的測定不同溫度、不同壓力、不同相對運動速度和不同取向的碳纖維預浸料之間的摩擦系數。