[發明專利]一種三維紡織復合材料拉伸和壓縮試樣制備裝置和方法

有效

• 申請號: 202010997310.0
• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN112067400B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 黃建;王昆;王克;周海麗;李超;張立泉
• 申請（專利權）人: 南京玻璃纖維研究設計院有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N3/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張祥

本發明公開了一種三維紡織復合材料拉伸和壓縮試樣制備裝置和方法，所述試樣制備方法區別于常規復合材料試樣制備方法，基于復合材料特有的單胞屬性，能夠實現拉伸、壓縮試樣和加強片幾何尺寸參數可變。該制備方法能夠增加工裝的通用性，減少工裝成本，保證試樣制作的平行度和垂直度，增加加強片與試樣本體之間的結構膠分布均勻性，減少加強片的粘貼質量對操作人員依賴程度，保證試樣加強片粘貼質量的穩定性和一致性，為試驗數據的可靠性、離散性和真實性提供保障。

技術領域

本發明屬于復合材料試樣制備技術領域，具體為一種三維紡織復合材料拉伸和壓縮試樣制備裝置和方法。

背景技術

眾所周知，復合材料在進行拉伸、壓縮等試驗測試時，試樣端部需要粘貼加強片作為夾持區，直接與夾具接觸，保護試樣本體，防止夾具對試樣本體造成損傷，導致破壞提前發生，得不到科學、嚴謹的試驗數據。以往在粘貼加強片的時候往往首先根據試樣幾何尺寸設計先將復合材料平板切割至所需的試樣尺寸，然后在試樣上采用劃線的方式確定加強片粘貼位置，之后涂抹結構膠，粘接加強片之后采用機械方式固定，此方法往往會造成試樣本體兩側的加強片不對正和測試區域尺寸不一致的問題，并且由于機械固定方式導致的加強片受力不均勻，加強片與試樣本體之間的結構膠分布不均，往往導致加強片脫粘等現象發生。

復合材料在進行拉伸、壓縮等試驗時，往往對試樣制作的平行度和垂直度要求很高，加強片與試樣本體的垂直度與平行度不夠將影響試樣質量，繼而直接影響試驗數據的可靠性與真實性。

三維機織復合材料采用三維機織預制體作為增強材料通過樹脂模塑傳遞成型工藝(RTM,ResinTransferMolding)、樹脂膜熔滲工藝(RFI，ResinFilm?Infusion)等工藝制備，三維機織預制體通過機織工藝制備，厚度方向存在增強纖維，使預制體形成了不會分層的整體網狀結構，增加了復合材料的層間連接性能，使其具有比傳統二維鋪層復合材料更高的層間剛度、層間強度、抗沖擊性能等，在航空航天、船舶、建筑、運動器械和醫療器械等方面具有廣泛的應用空間。

與傳統鋪層復合材料相比，三維機織復合材料具有“單胞”概念，其試樣的尺寸需要考慮單胞尺寸，一三斜紋三維機織復合材料單胞尺寸如圖2所示，單胞尺寸隨機織工藝用的紗線規格、經緯紗密度等工藝參數的變化而變化。另外，由于三維機織復合材料獨特的單胞屬性，使其具有一定的尺寸效應，在進行拉伸、壓縮等試驗測試時試樣幾何尺寸一般需要考慮一定的單胞數量，如拉伸、壓縮試樣一般要求其寬度尺寸不小于兩倍單胞寬度，拉伸試樣標定段長度不小于3倍單胞長度，壓縮試樣標定段長度不小于2倍單胞長度。因此在考慮一定單胞數量的情況下，試樣的長度、寬度以及標定段長度等參數需要根據單胞尺寸的變化而變化，相應地，加強片的長度、寬度等參數也需要根據單胞尺寸的變化而變化，換言之，三維機織復合材料拉伸、壓縮等試樣制備需要實現試樣和加強片的幾何參數可變，復合材料試驗常用的拉伸和壓縮試樣幾何外形分別如圖3和圖4所示。

常用加強片粘貼工裝常常針對特定類型和尺寸的試樣進行設計，對于三維機織復合材料的適用性不強，加強片的粘貼質量對操作人員依賴程度較大，給后續試樣精加工帶來困難，難以保證試樣加強片粘貼質量的穩定性和一致性。

發明內容

為解決以上問題，本發明提出了一種三維紡織復合材料拉伸和壓縮試樣制備裝置和方法。

為實現以上目的的技術解決方案如下：