大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了大张力缠绕成型用热塑预浸料的红外检测装置及方法，属于复合材料检测领域，装置包括固定于安装架上的放料装置、收料装置、限位装置、导向装置、加热装置、红外检测装置以及预浸料；预浸料由放料装置放出，依次经过限位装置、导向装置、加热装置、红外检测装置，最后进入收料装置。本发明专利技术建立了红外检测结果与热塑预浸料许用缠绕张力之间的直接关系，提高了检测效率；并按照检测结果将热塑预浸料分级使用，减少了材料浪费；根据热塑预浸料高刚度特性及大张力成型低损伤容限特性，合理设计检测限位及导向装置，避免了检测时对热塑预浸料的损伤。塑预浸料的损伤。塑预浸料的损伤。

【技术实现步骤摘要】
大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置及方法


[0001]本专利技术专利属于复合材料检测的
，涉及一种复合材料预浸料红外检测装置及方法，尤其涉及大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置及方法。

技术介绍

[0002]热塑复合材料预浸料中树脂为完全固结状态，能有效传递载荷，可以实现高达1000MPa级别的大张力缠绕成型，比采用热固复合材料的100MPa级常规张力缠绕提高了一个数量级，适用于储能飞轮、高速电机转子护套、电磁发射身管等先进电磁领域大张力缠绕制件成型。但高性能热塑预浸料存在浸渍难、合股并纱难等工艺难点，导致预浸料易存在缺陷，并且对于宽幅预浸料，需要分切使用，在分切时易造成预浸料的损伤。大张力缠绕是一种特殊的成型方式，不同于常规成型方式，大张力缠绕在成型过程中需要对预浸料施加较大的应力并且还会伴随着较高的成型温度作用，对预浸料强度及均匀性要求极高，对材料缺陷及损伤极为敏感。无损伤的热塑预浸料根据设计需求，能稳定实现1000
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1500MPa的大张力缠绕。预浸料缺陷及损伤会导致预浸料的许用缠绕张力减小，含缺陷或损伤预浸料在低于1000MPa张力缠绕时就会发生破坏，并且这种破坏的波动性较大、随机性明显，严重影响大张力缠绕成型的连续性和实用性，制约了热塑预浸料大张力缠绕技术的使用，急需要针对性的检测装置及方法。
[0003]现有红外检测方式主要是对成型后的材料性能进行检测，或对热固性预浸料的检测。现有红外检测方式未建立检测参数与大张力缠绕成型中材料的许用缠绕张力之间的关系，缺乏对预浸料缠绕的许用缠绕张力的直接评价，导致现有检测步骤多、时间长、效率低。并且现有检测方式无法做到对张力缠绕用预浸料的评级使用，易造成预浸料的浪费。现有检测装置并未考虑到热塑预浸料刚度大、大张力缠绕对预浸料损伤敏感的关键问题，当前检测使用的过辊及限位装置易造成热塑预浸料的损伤，不适合对大张力缠绕用热塑预浸料检测。为满足热塑预浸料大张力缠绕需求，急需一种专用的红外检测装置及使用方式，直接、准确、低损伤的评判预浸料许用缠绕张力，并且实现预浸料的分级使用，助力热塑预浸料大张力缠绕技术的发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
中提及的问题，提供大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置及方法。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置，其特征是：包括安装架、放料装置、收料装置、限位装置、导向装置、加热装置、红外检测装置以及预浸料；其中，放料装置、收料装置、限位装置、导向装置、加热装置、红外检测装置均固定于安装架，放料装置用于放出预浸料，限位装置用于约束预浸料位置，收料装置用于回收约束预浸料，预浸料依次经放料装置、限位装置后，被收料装置回收，导向装置用于将限位装置与收料装置之间的预浸料
导向加热装置和红外检测装置之间，加热装置用于加热预浸料下表面，红外检测装置用于检测加热装置温度以及预浸料上表面温度。
[0007]在其中的一些实施例中，限位装置包括多组倾斜的过辊，过辊通过过辊安装座固定在安装架上，过辊通过斜面侧向分力及摩擦力约束预浸料位置，记预浸料厚度为h，宽度为d，材料模量为E，拉伸强度为δ，过辊间最大倾角为θ，过辊间距L大于E*d/(0.1*δ)；过辊直径D大于E*h/(0.1*δ)。
[0008]在其中的一些实施例中，加热装置由加热辊、加热辊安装轴、热源、热源安装座、温度控制装置组成，加热辊通过加热辊安轴安装在安装架上，热源和温度控制装置安装在热源安装座上，热源安装座连接在安装架上，热源用于给加热辊升温，温度控制装置通过控制热源的热量输入，控制加热辊的温度。
[0009]在其中的一些实施例中，热源为热风枪或加热棒或感应线圈。
[0010]在其中的一些实施例中，红外检测装置由红外测温仪、红外测温仪固定架、滑台机构和随动视窗组成，红外热像仪通过红外热像仪固定架固定在安装架上，随动视窗通过滑轨滑动架设在滑台机构上，滑台机构固定在安装架上，随动视窗由视窗盒、前对辊夹、后对辊夹组成，视窗盒顶部开有与预浸料宽度相同的视窗，视窗和加热辊均位于前对辊夹和后对辊夹之间，且加热辊位于视窗下方，预浸料从前对辊夹和后对辊夹穿过，并被前对辊夹和后对辊夹分别夹持，预浸料下表面贴在加热辊上，红外测温仪能透过视窗检测加热辊温度以及预浸料上表面温度。
[0011]在其中的一些实施例中，放料装置由放料筒、放料轴和阻尼器组成，预浸料前端卷在放料筒上，放料筒固定在放料轴上，放料轴通过阻尼器与安装架连接，阻尼器能在放料轴1
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100RPM转速下提供不少于0.01Nm的阻力；阻尼器为机械式摩擦带或电机或磁粉制动器。
[0012]在其中的一些实施例中，收料装置由收料盘、收料轴、收料电机和电机安装座组成，收料盘固定在收料轴上，收料轴与收料电机传动连接，收料电机固定安装在电机安装座上，电机安装座固定在安装架上，预浸料后端卷在收料盘上，收料电机经收料轴带动收料盘转动，提供不少于10N的收料张力，保持预浸料的收紧与取向。
[0013]在其中的一些实施例中，导向装置由至少两个平行的导向辊组成，且加热辊前侧和后侧各设至少一个导向辊，导向辊的直径D大于E*h/(0.1*δ)。
[0014]在其中的一些实施例中，前对辊夹由第一金属辊、第一橡胶辊、第一活动安装架和第一弹簧组成，第一金属辊和第一橡胶辊平行设置，第一弹簧一端与视窗盒连接，另一端与第一橡胶辊连接，第一弹簧通过弹力将第一橡胶辊拉向第一金属辊，使第一橡胶辊与第一金属辊紧贴，预浸料从第一金属辊和第一橡胶辊之间穿过；后对辊夹由第二金属辊、第二橡胶辊、第二活动安装架和第二弹簧组成，第二金属辊和第二橡胶辊平行设置，第二弹簧一端与视窗盒连接，另一端与第二橡胶辊连接，第二弹簧通过弹力将第二橡胶辊拉向第二金属辊，使第二橡胶辊和第二金属辊紧贴，预浸料从第二橡胶辊和第二金属辊之间穿过。
[0015]大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置的检测方法，包括以下步骤：
[0016]步骤一：针对同一批同种材料的预浸料，记加热辊表面温度T1，所检预浸料上表面平均温度T2，所检预浸料上表面最高温度Tmax，预浸料上表面最低温度Tmin，计温度波动系数x2＝(Tmax
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Tmin)/T2；
[0017]步骤二、标定、测量一筒预浸料的红外特征，得到其上表面平均温度T2；
[0018]将该段中温度波动系数x2<10％的部分取若干段，测试其拉伸强度，平均拉伸破坏时的拉力记为N1；取温度波动系数10％<x2<20％的部分若干段，测试其拉伸强度，得到其拉伸强度为N1*k1，k1为第一强度折减系数；取温度波动系数20％<x2<30％的部分若干段，测试其拉伸强度，得到其拉伸强度为N1*k2，k2为第二强度折减系数；
[0019]步骤三：评级使用，温度波动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置，其特征是：包括安装架(1)、放料装置(2)、收料装置(3)、限位装置(4)、导向装置(5)、加热装置(6)、红外检测装置(7)以及预浸料(8)；其中，放料装置(2)、收料装置(3)、限位装置(4)、导向装置(5)、加热装置(6)、红外检测装置(7)均固定于安装架(1)，放料装置(2)用于放出预浸料(8)，限位装置(4)用于约束预浸料(8)位置，收料装置(3)用于回收约束预浸料(8)，预浸料(8)依次经放料装置(2)、限位装置(4)后，被收料装置(3)回收，导向装置(5)用于将限位装置(4)与收料装置(3)之间的预浸料(8)导向加热装置(6)和红外检测装置(7)之间，加热装置(6)用于加热预浸料(8)下表面，红外检测装置(7)用于检测加热装置(6)温度以及预浸料(8)上表面温度。2.根据权利要求1所述的大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置，其特征是：所述的限位装置(4)包括多组倾斜的过辊(41)，所述的过辊(41)通过过辊安装座(42)固定在安装架(1)上，所述的过辊(41)通过斜面侧向分力及摩擦力约束预浸料(8)位置，记预浸料(8)厚度为h，宽度为d，材料模量为E，拉伸强度为δ，过辊(41)间最大倾角为θ，过辊(41)间距L大于E*d/(0.1*δ)；过辊(41)直径D大于E*h/(0.1*δ)。3.根据权利要求2所述的大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置，其特征是：所述的加热装置(6)由加热辊(61)、加热辊安装轴(62)、热源(63)、热源安装座(64)、温度控制装置(65)组成，加热辊(61)通过加热辊安轴(62)安装在安装架(1)上，热源(63)和温度控制装置(65)安装在热源安装座(64)上，热源安装座(64)连接在安装架(1)上，热源(63)用于给加热辊(61)升温，温度控制装置(65)通过控制热源(63)的热量输入，控制加热辊(61)的温度。4.根据权利要求3所述的大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置，其特征是：所述的热源(63)为热风枪或加热棒或感应线圈。5.根据权利要求4所述的大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置，其特征是：所述的红外检测装置(7)由红外测温仪(71)、红外测温仪固定架(72)、滑台机构(73)和随动视窗(74)组成，红外热像仪(71)通过红外热像仪固定架(72)固定在安装架(1)上，随动视窗(74)通过滑轨(731)滑动架设在滑台机构(73)上，滑台机构(73)固定在安装架(1)上，随动视窗(74)由视窗盒(741)、前对辊夹(742)、后对辊夹(743)组成，视窗盒(741)顶部开有与预浸料(8)宽度相同的视窗，视窗和加热辊(61)均位于前对辊夹(742)和后对辊夹(743)之间，且加热辊(61)位于视窗下方，预浸料(8)从前对辊夹(742)和后对辊夹(743)穿过，并被前对辊夹(742)和后对辊夹(743)分别夹持，预浸料(8)下表面贴在加热辊(61)上，红外测温仪(71)能透过视窗检测加热辊(61)温度以及预浸料(8)上表面温度。6.根据权利要求5所述的大张力缠绕成型用热塑性预浸料的红外检测装置，其特征是：所述的放料装置(2)由放料筒(21)、放料轴(22)和阻尼器(23)组成，所述的预浸料(8)前端卷在放料筒(21)上，所述的放料筒(21)固定在放料轴(22)上，放料轴(22)通过阻尼器(23)与安装架(1)连接，阻尼器(23)能在放料轴(22)1
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100RPM转速下提供不少于0.01Nm的阻力；所述的阻尼器(23)为机械式摩擦带或电机或磁粉制动器。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：还大军，王武强，李勇，肖军，刘洪全，周克印，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：