用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置及评价方法
阅读说明：本技术 用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置及评价方法 (Evaluation device and evaluation method for evaluating quality consistency of composite material tape winding prepreg ) 是由 王慧敏 任亮 仝佳号 刘珊珊 贾宽宇 孙丽 范微微 王春华 于 2021-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及复合材料带缠绕预浸料质量评价技术领域,尤其是涉及一种用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置及评价方法；包括支撑座和重力辊,重力辊与加热机构连接；支撑座一侧设有向上延伸的背板,重力辊通过限位框固定于支撑座上,重力辊可沿限位框的长度方向往复滑动,限位框与支撑座可拆卸连接,重力辊上连接有手持工装,限位框上方设有拉力计,拉力计上设有拉钩,拉力计侧端通过倾斜轨道与背板连接；还包括位于限位框内且沿限位框长度方向间隔布设的至少两压板,各压板两端通过可拆卸连接件与支撑座可拆卸连接,复合材料带缠绕预浸料质量的评价装置可以有效的对复合材料带缠绕预浸料质量进行评价。(The invention relates to the technical field of quality evaluation of composite material tape winding prepreg, in particular to an evaluation device and an evaluation method for evaluating the quality consistency of the composite material tape winding prepreg; comprises a supporting seat and a gravity roller, wherein the gravity roller is connected with a heating mechanism; one side of the supporting seat is provided with a back plate extending upwards, the gravity roller is fixed on the supporting seat through a limiting frame, the gravity roller can slide in a reciprocating manner along the length direction of the limiting frame, the limiting frame is detachably connected with the supporting seat, the gravity roller is connected with a handheld tool, a tension meter is arranged above the limiting frame, a drag hook is arranged on the tension meter, and the side end of the tension meter is connected with the back plate through an inclined track; the device comprises a support seat, a limiting frame and at least two pressing plates, wherein the limiting frame is arranged in the support seat, the two ends of each pressing plate are detachably connected with the support seat through detachable connecting pieces, and the evaluation device for the quality of the composite material tape winding prepreg can effectively evaluate the quality of the composite material tape winding prepreg.)
技术领域
本发明涉及复合材料带缠绕预浸料质量评价技术领域，尤其是涉及一种用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置及评价方法。
背景技术
复合材料带缠绕成型用预浸料，依据现有三项常规指标不能很好的表征预浸料质量一致性，预浸料黏性表征方法逐渐被重视。预浸料黏性是指在极短时间内在温度和压力作用下预浸料在界面处的自黏结特性，其自黏结特性需要结合预浸料基体树脂在温度作用下的黏度变化情况，即基体树脂粘温曲线。复合材料带缠绕成型过程是预浸布带与缠绕至芯模的层合不带不断熔合的过程，需要预浸料层间具有一定的黏性，并且为了保证产品制品的稳定性，需预浸料黏性一致性好，实际操作需要控制在一定的黏度公差范围。黏度过高时，在张力作用下预浸料容易变形、变窄，制品富胶、滑胶、褶皱、厚度波动大等缺陷；黏度过低时，预浸料与芯膜贴合性差，容易造成层间架桥、分层、缠绕困难等问题。急需找到一种复合材料带缠绕预浸料质量一致性监测方法，进行定量监测，选取合适的黏性范围，从而选取适合复合材料带缠绕预热温度控制范围。
目前，传统的复合材料带缠绕预浸料黏性测试方法无法进行准确的监测预浸料质量一致性，例如，比如：滚球法利用小球在预浸料上滚动情况表征预浸料黏性；撕裂法采用预浸料完全分离的时间表征预浸料黏性；粘贴分离法将预浸料垂直放置后是否层间分离作为黏性表征。
现有的复合材料带缠绕预浸料存在以下几种缺陷：
①预浸料三项指标并不能表征预浸布实际状态如过干、过黏，且不能表征。
②复合材料带缠绕成型温度设计不合理，导致预浸料与芯模贴合性差，制品出现褶皱、滑移、厚度波动大、富胶等缺陷。
③复合材料带缠绕成型中，预浸料黏度过大导致的布带变形严重。
现有复合材料带缠绕预浸料质量一致性评估无有效的表征方法，实际生产只能靠操作人员经验判定、评估。已有的预浸料测试方法无法准确有效且定量的测量，仍需找到一种预浸料质量一致性表征方法，从而找到复合材料带缠绕成型工艺的预热温度控制范围。
因此，针对上述问题本发明急需提供一种用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置及评价方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置及评价方法，通过用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置的结构设计以解决现有技术中存在的现有复合材料带缠绕预浸料质量一致性评估无有效的表征方法的技术问题。
本发明提供的一种用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置，包括支撑座和重力辊，重力辊与加热机构连接；支撑座一侧设有向上延伸的背板，重力辊通过限位框固定于支撑座上，重力辊可沿限位框的长度方向往复滑动，限位框与支撑座可拆卸连接，重力辊上连接有手持工装，限位框上方设有拉力计，拉力计上设有拉钩，拉力计侧端通过倾斜轨道与背板连接；
还包括位于限位框内且沿限位框长度方向间隔布设的至少两压板，各压板两端通过可拆卸连接件与支撑座可拆卸连接。
优选地，可拆卸连接件包括设于各压板两端的固定孔，支撑座上设有与各固定孔一一对应的连接孔，各螺杆依次穿过对应的固定孔和连接孔将压板固定于支撑座上。
优选地，限位框沿长度方向的两侧布设有限位滑道，各限位滑道对应贯穿限位框的侧壁，重力辊两端分别对应穿过限位滑道在限位滑道滑动。
优选地，加热机构包括可伸入加热管内部的加热管，加热管一端伸入重力辊中，另一端从限位滑道穿出与温控仪电连接。
优选地，倾斜轨道与水平面的夹角为45°-75°。
本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置的评价方法；
由下至上依次叠放第一预浸布和第二预浸布，获得预浸料；其中，第一预浸布和第二预浸布的宽度相等，第二预浸布的长度大于第一预浸布的长度，
将预浸料放置于限位框内，将两压板压制预浸料两侧，并通过螺杆固定于支撑座上，将超出第一预浸布的第二预浸布一端与拉钩连接；采用梯度升温法加热重力辊后，通过手持工装拉动重力辊对预浸料进行辊压，辊压后，牵引拉力计在倾斜轨道上移动，获得拉力最大值、拉力最小值、变形时第二预浸布未剥离宽度和变形时第二预浸布未剥离长度；
根据拉力最大值和拉力最小值，通过有效拉力=[拉力最大值+拉力最小值]/2，获得有效拉力；
在预浸料发生变形时，根据第二预浸布的宽度、第二预浸布的长度、压板的长度、压板的宽度、变形时第二预浸布未剥离宽度和变形时第二预浸布未剥离长度，通过有效剥离面积=第二预浸布宽度×第二预浸布长度-压板宽度×压板长度-变形时第二预浸布未剥离宽度×变形时第二预浸布未剥离长度，获得有效剥离面积；在预浸料未发生变形时，根据第二预浸布的宽度、第二预浸布的长度、压板的长度、压板的宽度，通过有效剥离面积S=第二预浸布的宽度×第二预浸布的长度-压板的长度×压板的宽度，获得有效剥离面积；
通过预浸料质量一致性=有效拉力/有效剥离面积，获得预浸料质量一致性数据，从而评价预浸料质量。
优选地，依次叠放四层第一预浸布。
优选地，采用梯度升温法加热重力辊，温度范围为40-80℃。
优选地，设定六个梯度升温点：T1、T2、T3、T4、T5和T6；T1＜T2＜T3＜T4＜T5＜T6。
优选地，拉力计的迁移速度为0.25m/min；重力辊的移动速度0.25m/min。
本发明提供的一种用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明提供的用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置，通过包括支撑座和重力辊，重力辊与加热机构连接；支撑座一侧设有向上延伸的背板，重力辊通过限位框固定于支撑座上，重力辊可沿限位框的长度方向往复滑动，限位框与支撑座可拆卸连接，重力辊上连接有手持工装，限位框上方设有拉力计，拉力计上设有拉钩，拉力计侧端通过倾斜轨道与背板连接；还包括位于限位框内且沿限位框长度方向间隔布设的至少两压板，各压板两端通过可拆卸连接件与支撑座可拆卸连接的设计，实现对复合材料带缠绕预浸料的质量的评价装置，将预浸料平铺于限位框，通过加热机构对采用梯度升温法加热重力辊，通过采用梯度升温法加热重力辊辊压预浸料，再通过拉力计拉拽预浸料，获得需要评价的参数，进而实现对复合材料带缠绕预浸料质量的评价。
2、本发明提供的用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置，通过用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置的设计，可以实现对复合材料带缠绕预浸料质量的有效评价，加热机构对重力加热辊进行加热，可以找到适合的控制范围，减少预浸料过杆、过黏导致的布带变形、缠绕困难，缠绕制品出现褶皱、滑移、厚度波动大、富胶等缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中所述用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置的结构示意图（立体图）；
图2为本发明中所述用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置的结构示意图（前视图）；
图3为本发明中所述拉钩拉动第二预浸布的示意图。
附图标记说明：
1、支撑座；2、背板；3、限位框；31、限位滑道；4、重力辊；5、手持工装；6、拉力计；7、拉钩；8、倾斜轨道；9、压板；10、固定孔；11、加热管；12、温控仪；13、第一预浸布；14、第二预浸布。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2、图3所示，本实施例一种用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置，包括支撑座1和重力辊4，重力辊4与加热机构连接；支撑座1一侧设有向上延伸的背板2，重力辊4通过限位框3固定于支撑座1上，重力辊4可沿限位框3的长度方向往复滑动，限位框3与支撑座1可拆卸连接，重力辊4上连接有手持工装5，限位框3上方设有拉力计6，拉力计6上设有拉钩7，拉力计6侧端通过倾斜轨道8与背板2连接；还包括位于限位框3内且沿限位框3长度方向间隔布设的至少两压板9，各压板9两端通过可拆卸连接件与支撑座1可拆卸连接。
本发明通过包括支撑座1和重力辊4，重力辊4与加热机构连接；支撑座1一侧设有向上延伸的背板2，重力辊4通过限位框3固定于支撑座1上，重力辊4可沿限位框3的长度方向往复滑动，限位框3与支撑座1可拆卸连接，重力辊4上连接有手持工装5，限位框3上方设有拉力计6，拉力计6上设有拉钩7，拉力计6侧端通过倾斜轨道8与背板2连接；还包括位于限位框3内且沿限位框3长度方向间隔布设的至少两压板9，各压板9两端通过可拆卸连接件与支撑座1可拆卸连接的设计，实现对复合材料带缠绕预浸料的质量的评价装置，将预浸料平铺于限位框3，采用梯度升温法通过加热机构对加热重力辊4，通过加热重力辊4辊压预浸料，再通过拉力计6拉拽预浸料，获得需要评价的参数，进而实现对复合材料带缠绕预浸料质量的评价。
本发明提供的用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置，可以实现对复合材料带缠绕预浸料质量的有效评价，加热机构对重力加热辊进行加热，可以找到适合的控制范围，减少预浸料过杆、过黏导致的布带变形、缠绕困难，缠绕制品出现褶皱、滑移、厚度波动大、富胶等缺陷。
如图1、图2所示，本实施例的可拆卸连接件包括设于各压板9两端的固定孔10，支撑座1上设有与各固定孔10一一对应的连接孔，各螺杆依次穿过对应的固定孔10和连接孔将压板9固定于支撑座1上。
本发明通过可拆卸连接件包括设于各压板9两端的固定孔10，支撑座1上设有与各固定孔10一一对应的连接孔，各螺杆依次穿过对应的固定孔10和连接孔将压板9固定于支撑座1上的设计，可以实现对预浸料的固定，保证在拉拽预浸布时，获得有效的拉力数据。
如图1所示，本实施例的限位框3沿长度方向的两侧布设有限位滑道31，各限位滑道31对应贯穿限位框3的侧壁，重力辊4两端分别对应穿过限位滑道31在限位滑道31滑动。
本发明通过限位框3沿长度方向的两侧布设有限位滑道31，各限位滑道31对应贯穿限位框3的侧壁，重力辊4两端分别对应穿过限位滑道31在限位滑道31滑动的设计，可以实现重力辊4的限位横向移动，可以实现对预浸布的往复热压。
如图1、图2所示，本实施例的加热机构包括可伸入加热管内部的加热管11，加热管11一端伸入重力辊4中，另一端从限位滑道31穿出与温控仪12电连接。
本发明通过加热机构包括可伸入加热管内部的加热管11，加热管11一端伸入重力辊4中，另一端从限位滑道31穿出与温控仪12电连接的设计，可以实现对重力辊的加热，加热管11与温控仪12电连接，可以实现对加热管11的温度控制，可以实现梯度升温，保证温度的精准设定。
本发明的倾斜轨道8与水平面的夹角为45°-75°。
本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的用于评价复合材料带缠绕预浸料质量一致性的评价装置的评价方法：包括如下步骤：
S1)由下至上依次叠放第一预浸布13和第二预浸布14，获得预浸料；其中，第一预浸布13和第二预浸布14的宽度相等，第二预浸布14的长度大于第一预浸布13的长度；
S2)将预浸料放置于限位框3内，将两压板9压制预浸料两侧，并通过螺杆固定于支撑座1上，将超出第一预浸布13的第二预浸布14一端与拉钩7连接；采用梯度升温法加热重力辊4后，通过手持工装5拉动重力辊4对预浸料进行辊压，辊压后，牵引拉力计6在倾斜轨道8上移动，获得拉力最大值N1、拉力最小值N2、变形时第二预浸布未剥离宽度和变形时第二预浸布未剥离长度；
S3)根据拉力最大值N1和拉力最小值N2，通过有效拉力N=[拉力最大值N1+拉力最小值N2]/2，获得有效拉力；
S4)在预浸料发生变形时，根据第二预浸布的宽度、第二预浸布的长度、压板9的长度、压板9的宽度、变形时第二预浸布未剥离宽度和变形时第二预浸布未剥离长度，通过有效剥离面积S=第二预浸布宽度×第二预浸布长度-压板宽度×压板长度-变形时第二预浸布未剥离宽度×变形时第二预浸布未剥离长度，获得有效剥离面积；在预浸料未发生变形时，根据第二预浸布的宽度、第二预浸布的长度、压板9的长度、压板9的宽度，通过有效剥离面积S=第二预浸布的宽度×第二预浸布的长度-压板9的长度×压板9的宽度，获得有效剥离面积；
S5)通过预浸料质量一致性=有效拉力N/有效剥离面积S，获得预浸料质量一致性数据，从而评价预浸料质量。
本实施例依次叠放四层第一预浸布13。
本实施例的采用梯度升温法加热重力辊4，温度范围为40-80℃；设定六个梯度升温点：T1、T2、T3、T4、T5和T6；T1＜T2＜T3＜T4＜T5＜T6，在40-80℃范围内，选择6个升温点，实现梯度升温。
本实施例的拉力计6的迁移速度为0.25m/min；重力辊的移动速度0.25m/min，保证数据获得的精准性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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