权利要求
S110、退丝：待测碳纤维丝束穿设于退丝辊，所述退丝辊转动以实现退丝;S120、浸胶：从所述退丝辊穿出的所述碳纤维丝束顺次穿过导丝辊和包覆有复膜纸的排丝辊，配制胶液注入浸胶槽中，所述碳纤维丝束在穿过所述导丝辊的过程中浸没于所述浸胶槽，使得所述碳纤维丝束在到达所述排丝辊之前涂覆所述胶液;
S130、排丝：所述排丝辊由第一电机驱动旋转，依据所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量设定所述第一电机的周向电机频率和轴向电机频率;沿所述排丝辊的轴向排列多个所述碳纤维丝束，相邻的所述碳纤维丝束之间无间隙;
S140、溶剂挥发：所述碳纤维丝束和所述复膜纸一同从所述排丝辊上裁切下并放置至胶干以形成预浸料;
S150、铺叠：按预设尺寸和/或预设重量取出所述预浸料的中间部分进行胶液的含量测定;将胶液满足预设含量的所述预浸料裁切为具有第一预设宽度和第一预设长度的样品，将N个样品逐层叠放在脱模纸上，每叠放M层后将样品旋转180°后再继续叠放，N>M;N个样品叠放后在顶部覆盖一层脱模纸以形成厚度为H的待测样品;
S160、固化：将待测样品置于炉内加压固化;
S170、裁切：将待测样品裁切为具有第二预设宽度和第二预设长度的尺寸的试样。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S110中，在退丝过程中所述碳纤维丝束的张力为100gf～500gf。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S120中，采用丙酮、AG80环氧树脂、4,4’-二氨基二苯砜配制胶液。
4.根据权利要求3所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，将丙酮、AG80环氧树脂、4,4’-二氨基二苯砜按质量比(20～25)：(10～15)：(4～8)配置胶液。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S130中，当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为3K时，所述第一电机的周向电机频率为10Hz～15Hz，轴向电机频率为45Hz～50Hz;当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为12K时，所述第一电机的周向电机频率为20Hz～25Hz，轴向电机频率为45Hz～50Hz;当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为24K时，所述第一电机的周向电机频率为30Hz～36Hz，轴向电机频率为40Hz～50Hz。
6.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S130中，多个所述碳纤维丝束在所述排丝辊的轴向上的总尺寸为50mm～150mm。
7.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S140中，沿垂直于所述碳纤维丝束的长度方向将所述碳纤维丝束和所述复膜纸一同从所述排丝辊上裁切下，在通风干燥处放置12h～24h至胶干。
8.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S150中，所述预设尺寸为所述预浸料在所述碳纤维丝束宽度方向上尺寸为2mm～5mm，所述预设重量为2g～10g，所述胶液的预设含量为30%～55%。
9.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S150中，当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为3K时，N=12～14;当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为12K时，N=8～10;当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为24K时，N=6～8;
和/或，M=2。
10.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S150中，H=1.8mm～2.2mm。
11.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S150中，第一预设宽度为40mm～45mm;第一预设长度为55mm～60mm;
和/或，在步骤S170中，第二预设宽度为B，第二预设长度为L，L=6H;B=2H或者B/H≤2。
12.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，所述导丝辊设置有多个，多个导丝辊沿所述碳纤维丝束的输送方向间隔设置，部分的所述导丝辊伸入所述浸胶槽的胶液中。
13.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S160中，将待测样品展平放入模具中再放入炉内，密封炉盖后将炉内压力抽真空至-0.07MPa～-0.1MPa，而后向炉内充入保护气体，使得炉内压力升高。
14.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S160中，炉内温度以2℃/min升温，炉内初始压力为0.45MPa～0.50MPa;当炉内温度上升至120℃时保温50min，炉内压力上升至0.55MPa～0.59MPa;按炉内温度以2℃/min继续升温，40min后炉内温度上升至190℃，炉内压力上升至0.65MPa～0.70MPa;当温度上升至190℃保温3h;
在步骤S160中，炉内压力超过0.70MPa时，进行泄压处理。
15.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，在步骤S110、S120和S130中，采用放线排丝装置进行操作，所述放线排丝装置包括沿所述碳纤维丝束的输送方向顺次布设的放线控制模块、导丝模块和排丝模块;
所述放线控制模块包括所述退丝辊、驱动所述退丝辊转动第二电机、设置在所述退丝辊的下游的第一导丝辊和设置在所述退丝辊和所述第一导丝辊之间的放线控制器;
所述导丝模块包括第二导丝辊和设置在所述第二导丝辊下方的所述浸胶槽;所述排丝模块包括第三导丝辊、所述排丝辊和所述第一电机，所述第三导丝辊设置在所述排丝辊的上游。
16.根据权利要求15所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，所述第一导丝辊形成为直径为10mm～50mm的柱状结构;
和/或，所述放线控制器对所述碳纤维丝束的牵引力为50gf～1000gf。
17.根据权利要求15所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，所述第二导丝辊设置有多个，多个所述第二导丝辊沿所述碳纤维丝束的输送方向间隔设置，且相邻的两个所述第二导丝辊上下排布;所述第二导丝辊形成为直径为10mm～100mm的柱状结构。
18.根据权利要求15所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，其特征在于，所述第三导丝辊形成为直径为10mm～100mm的柱状结构;所述排丝辊形成为直径为200mm～400mm的柱状结构，所述排丝辊在轴向上的尺寸为50mm～300mm。
19.一种碳纤维复合材料层间剪切强度试样的检测方法，其特征在于，应用于检测权利要求1至18中任一项所述的制备方法制备出的所述试样，所述试样的检测步骤包括：将所述试样放入力学试验机中进行剪切强度测试，使用三点弯曲夹具固定所述试样，测试多组所述试样的平均值和变异系数。
20.根据权利要求19所述的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的检测方法，其特征在于，所述三点弯曲夹具包括加载压头和两个支座，所述加载压头设置在所述试样的上方，两个所述支座设置在所述试样的下方且间隔设置;
所述试样在所述支座远离所述加载压头一侧的边缘与所述支座的中心线之间的距离大于H。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及材料检测技术领域，尤其是涉及一种碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备和检测方法。
背景技术
[0002]碳纤维是一种新型的高性能、高科技纤维材料，具有轻质、高强、高模量、耐腐蚀、高温稳定性等优点，被广泛应用于航空航天、军事、汽车、建筑、体育器材等领域。然而，碳纤维材料的性能受到许多因素的影响，其中碳纤维复合材料的层间剪切强度是衡量其性能的重要指标之一，它直接影响到碳纤维材料的耐久性和可靠性。因此，精准、高效地检测碳纤维材料的层间剪切强度，对于提升碳纤维材料的综合性能具有深远的战略意义。
[0003]现有的碳纤维材料层间剪切强度测试技术，主要是通过拉力试验机进行测试。首先将碳纤维材料制成规定尺寸的试样，然后将试样放入拉力试验机的夹具中，通过施加一定载荷，使试样发生剪切破坏，最后通过记录试样破坏时的最大载荷以及试样的厚度和宽度，计算出试样的层间剪切强度。
[0004]然而，现有的层间剪切强度测试技术，例如《聚合物基复合材料及其层压板短梁剪切强度标准试验方法》(ASTM D2344)、《纤维增强塑料层间剪切强度试验方法》(GB/T1450.1)、《碳碳复合材料剪切强度试验方法》(GB/T 40388)、《纤维增强塑料短梁法测定层间剪切强度》(JC/T 773，替代GB/T 3357)、只是提出了检测方法，而实验过程中试制样品的完整性及纤维破坏形式的可控性难易程度对于纤维层间剪切强度检测数据的可靠性和准确性具有重要影响。
发明内容
[0005]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备和检测方法，以解决现有对碳纤维复合材料层间剪切强度的检测中试样不规范会对实验数据的可靠性和准确性的问题。
[0006]本发明的第一方面提供了一种碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备和检测方法，其中，制备方法包括以下步骤：
[0007]S110、退丝：待测碳纤维丝束穿设于退丝辊，所述退丝辊转动以实现退丝;
[0008]S120、浸胶：从所述退丝辊穿出的所述碳纤维丝束顺次穿过导丝辊和包覆有复膜纸的排丝辊，配制胶液注入浸胶槽中，所述碳纤维丝束在穿过所述导丝辊的过程中浸没于所述浸胶槽，使得所述碳纤维丝束在到达所述排丝辊之前涂覆所述胶液;
[0009]S130、排丝：所述排丝辊由第一电机驱动旋转，依据所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量设定所述第一电机的周向电机频率和轴向电机频率;沿所述排丝辊的轴向排列多个所述碳纤维丝束，相邻的所述碳纤维丝束之间无间隙;
[0010]S140、溶剂挥发：所述碳纤维丝束和所述复膜纸一同从所述排丝辊上裁切下并放置至胶干以形成预浸料;
[0011]S150、铺叠：按预设尺寸和/或预设重量取出所述预浸料的中间部分进行胶液的含量测定;将胶液满足预设含量的所述预浸料裁切为具有第一预设宽度和第一预设长度的样品，将N个样品逐层叠放在脱模纸上，每叠放M层后将样品旋转180°后再继续叠放，N>M;N个样品叠放后在顶部覆盖一层脱模纸以形成厚度为H的待测样品;
[0012]S160、固化：将待测样品置于炉内加压固化;
[0013]S170、裁切：将待测样品裁切为具有第二预设宽度和第二预设长度的尺寸的试样。
[0014]优选地，在步骤S110中，在退丝过程中所述碳纤维丝束的张力为100gf～500gf。
[0015]优选地，在步骤S120中，采用丙酮、AG80环氧树脂、4,4’-二氨基二苯砜配制胶液。
[0016]优选地，将丙酮、AG80环氧树脂、4,4’-二氨基二苯砜按质量比(20～25)：(10～15)：(4～8)配置胶液。
[0017]优选地，在步骤S130中，当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为3K时，所述第一电机的周向电机频率为10Hz～15Hz，轴向电机频率为45Hz～50Hz;当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为12K时，所述第一电机的周向电机频率为20Hz～25Hz，轴向电机频率为45Hz～50Hz;当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为24K时，所述第一电机的周向电机频率为30Hz～36Hz，轴向电机频率为40Hz～50Hz。
[0018]优选地，在步骤S130中，多个所述碳纤维丝束在所述排丝辊的轴向上的总尺寸为50mm～150mm。
[0019]优选地，在步骤S140中，沿垂直于所述碳纤维丝束的长度方向将所述碳纤维丝束和所述复膜纸一同从所述排丝辊上裁切下，在通风干燥处放置12h～24h至胶干。
[0020]优选地，在步骤S150中，所述预设尺寸为所述预浸料在所述碳纤维丝束宽度方向上尺寸为2mm～5mm，所述预设重量为2g～10g，所述胶液的预设含量为30%～55%。
[0021]优选地，在步骤S150中，当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为3K时，N=12～14;当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为12K时，N=8～10;当所述碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为24K时，N=6～8;
[0022]和/或，M=2。
[0023]优选地，在步骤S150中，H=1.8mm～2.2mm。
[0024]优选地，在步骤S150中，第一预设宽度为40mm～45mm;第一预设长度为55mm～60mm;
[0025]和/或，在步骤S170中，第二预设宽度为B，第二预设长度为L，L=6H;
[0026]B=2H或者B/H≤2。
[0027]优选地，所述导丝辊设置有多个，多个导丝辊沿所述碳纤维丝束的输送方向间隔设置，部分的所述导丝辊伸入所述浸胶槽的胶液中。
[0028]优选地，在步骤S160中，将待测样品展平放入模具中再放入炉内，密封炉盖后将炉内压力抽真空至-0.07MPa～-0.1MPa，而后向炉内充入保护气体，使得炉内压力升高。
[0029]优选地，在步骤S160中，炉内温度以2℃/min升温，炉内初始压力为0.45MPa～0.50MPa;当炉内温度上升至120℃时保温50min，炉内压力上升至0.55MPa～0.59MPa;按炉内温度以2℃/min继续升温，40min后炉内温度上升至190℃，炉内压力上升至0.65MPa～0.70MPa;当温度上升至190℃保温3h;
[0030]在步骤S160中，炉内压力超过0.70MPa时，进行泄压处理。
[0031]优选地，在步骤S110、S120和S130中，采用放线排丝装置进行操作，所述放线排丝装置包括沿所述碳纤维丝束的输送方向顺次布设的放线控制模块、导丝模块和排丝模块;
[0032]所述放线控制模块包括所述退丝辊、驱动所述退丝辊转动第二电机、设置在所述退丝辊的下游的第一导丝辊和设置在所述退丝辊和所述第一导丝辊之间的放线控制器;
[0033]所述导丝模块包括第二导丝辊和设置在所述第二导丝辊下方的所述浸胶槽;
[0034]所述排丝模块包括第三导丝辊、所述排丝辊和所述第一电机，所述第三导丝辊设置在所述排丝辊的上游。
[0035]优选地，所述第一导丝辊形成为直径为10mm～50mm的柱状结构;
[0036]和/或，所述放线控制器对所述碳纤维丝束的牵引力为50gf～1000gf。
[0037]优选地，所述第二导丝辊设置有多个，多个所述第二导丝辊沿所述碳纤维丝束的输送方向间隔设置，且相邻的两个所述第二导丝辊上下排布;所述第二导丝辊形成为直径为10mm～100mm的柱状结构。
[0038]优选地，所述第三导丝辊形成为直径为10mm～100mm的柱状结构;
[0039]所述排丝辊形成为直径200mm～400mm的柱状结构，所述排丝辊在轴向上的尺寸为50mm～300mm。
[0040]本发明第二方面提供了一种碳纤维复合材料层间剪切强度试样的检测方法，应用于检测上述任一技术方案所述的制备方法制备出的所述试样，所述试样的检测步骤包括：将所述试样放入力学试验机中进行剪切强度测试，使用三点弯曲夹具固定所述试样，测试多组所述试样的平均值和变异系数。
[0041]优选地，所述三点弯曲夹具包括加载压头和两个支座，所述加载压头设置在所述试样的上方，两个所述支座设置在所述试样的下方且间隔设置;
[0042]所述试样在所述支座远离所述加载压头一侧的边缘与所述支座的中心线之间的距离大于H。
[0043]与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0044]本发明的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，具体步骤包括退丝、浸胶、排丝、溶剂挥发、铺叠、固化和裁切，明确限定了每一步骤的操作流程，严格控制试样的制备工艺，从根本上解决了试样不规范对实验数据的影响，避免了传统手工制备碳纤维复合材料试样存在的均一性差、品控困难的问题，实现了碳纤维复合材料制备的精细化和规范化，极大地提升了碳纤维复合材料层间剪切强度数据检测的可靠性，使得针对该制备方法制备出的试样的检测方法，能够准确、高效地实现测试碳纤维复合材料的层间剪切强度，极大地提升了碳纤维复合材料层间剪切强度数据的可靠性和准确性，保证碳纤维复合材料在应用中的安全性。
[0045]为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0046]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。
[0047]图1为本发明实施例提供的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法中采用的放线排丝装置的结构示意图;
[0048]图2为本发明实施例提供的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的检测方法中三点弯曲夹具装夹试样的结构示意图。
[0049]图标：1-放线控制模块;11-退丝辊;12-第二电机;13-第一导丝辊;14-放线控制器;2-导丝模块;21-第二导丝辊;22-浸胶槽;3-排丝模块;31-第三导丝辊;32-排丝辊;33-第一电机;34-定位装置;41-加载压头;42-支座;100-试样;101-碳纤维;102-树脂。
具体实施方式
[0050]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。
[0051]通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
[0052]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。
[0053]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。
[0054]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。
[0055]根据本发明的第一方面提供一种碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法。
[0056]在下文中，将描述根据本实施例的碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法的详细步骤。
[0057]在本实施例中，制备方法包括以下步骤：
[0058]S110、退丝：待测碳纤维丝束穿设于退丝辊11，穿设方式为碳纤维丝束围设在退丝辊11的部分周向外壁，使得碳纤维丝束能够随退丝辊11的转动而向前输送。在本实施例中，退丝辊11逆时针转动以实现退丝。
[0059]进一步地，在步骤S110中，退丝过程中碳纤维丝束的张力为100gf(克力)～500gf，张力优选为200gf～300gf，使得碳纤维丝束在输送至后续制备流程的过程中保持类似绷紧的状态，提升试样制备质量。
[0060]较佳地，利用压紧压板压至退丝筒，避免碳纤维丝束在退丝桶上出现打滑的情况，利用压紧压板防止打滑为碳纤维生产过程中使用的现有技术，其具体结构与工作原理在此不再赘述。
[0061]S120、浸胶：从退丝辊11穿出的碳纤维丝束顺次穿过导丝辊和包覆有复膜纸的排丝辊32，配制胶液注入浸胶槽22中，碳纤维丝束在穿过导丝辊的过程中浸没于浸胶槽22，使得碳纤维丝束在到达排丝辊32之前涂覆胶液，需要说明的是，碳纤维丝束要位于浸胶槽22中胶液的液面下方，以保证胶液的充分浸润。需要说明的是，制备的过程中需要持续关注浸胶槽22中胶液的用量，剩余不足时及时补充，确保浸胶槽22中的胶液保持没过碳纤维丝束。
[0062]在本实施例中，如图1所示，导丝辊设置有多个，多个导丝辊沿碳纤维丝束的输送方向间隔设置，如此实现碳纤维丝束从退丝辊11到排丝辊32的传输，部分的导丝辊伸入浸胶槽22的胶液中，以保证碳纤维丝束充分浸胶。
[0063]在本实施例中，覆膜纸的光面背向排丝辊32的表面设置，使得碳纤维丝束设置在覆膜纸的光面上。优选地，覆膜纸包覆排丝辊32的整周外壁，且对接处无缝隙，使得覆膜纸将排丝辊32的周向外壁完全覆盖。
[0064]进一步地，在步骤S120中，采用溶剂丙酮、AG80环氧树脂、4,4’-二氨基二苯砜(DDS)配制胶液。优选地，将丙酮、AG80环氧树脂、4,4’-二氨基二苯砜按质量比(20～25)：(10～15)：(4～8)配置胶液。例如，在一种可选地实施方式中，取400gAG80环氧树脂、700g丙酮加入烧杯搅拌1至3分钟，待完全溶解后加入133gDDS，搅拌均匀后密封待用。
[0065]S130、排丝：排丝辊32由第一电机33驱动旋转，依据碳纤维丝束中碳纤维丝的数量设定第一电机33的周向电机频率和轴向电机频率;具体地，在步骤S130中，当碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为3K(即每束碳纤维丝束中的单丝纤维的数量为3000根)时，第一电机33的周向电机频率为10Hz～15Hz，轴向电机频率为45Hz～50Hz;当碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为12K(即每束碳纤维丝束中的单丝纤维的数量为12000根)时，第一电机33的周向电机频率为20Hz～25Hz，轴向电机频率为45Hz～50Hz;当碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为24K(即每束碳纤维丝束中的单丝纤维的数量为24000根)时，第一电机33的周向电机频率为30Hz～36Hz，轴向电机频率为40Hz～50Hz，如此可以方便地将不同规格的碳纤维丝束均匀排布成为板状复合材料，避免了传统手工制备碳纤维复合材料的均一性差的问题，实现了碳纤维复合材料制备的精细化和规范化。
[0066]开启变频器电源，沿排丝辊32的轴向排列多个碳纤维丝束，多个碳纤维丝束沿其宽度方向依次排布，且相邻的碳纤维丝束之间无间隙，使得多个碳纤维丝束在排丝辊32上紧密排布，而后剪断碳纤维丝束完成排丝过程。
[0067]在步骤S130中，多个碳纤维丝束在排丝辊32的轴向上的总尺寸为50mm～150mm，优选为80mm～150mm。
[0068]在本实施例中，在步骤S110、S120和S130中，采用放线排丝装置进行操作，放线排丝装置包括沿碳纤维丝束的输送方向顺次布设的放线控制模块1、导丝模块2和排丝模块3，采用自动化设备放线排丝装置参与制备过程，也提升了试样的制备效率。
[0069]具体地，如图1所示，放线控制模块1包括退丝辊11、驱动退丝辊11转动第二电机12、沿碳纤维丝束的输送方向设置在退丝辊11的下游的第一导丝辊13和设置在退丝辊11和第一导丝辊13之间的放线控制器14，放线控制器14上设置有弹簧和与弹簧连接的摆杆，摆杆远离摆动中心的一端上设置有第一导丝辊13，弹簧的一端与摆杆连接，另一端与调节杆连接，调节杆相对于放线控制器14的壳体滑动来调节弹簧的长度，从而实现调节放线控制器14对碳纤维丝束作用的牵引力。
[0070]在优选地实施方式中，第一导丝辊13形成为直径为10mm～50mm的柱状结构，第一导丝辊13根据实际需求可以设置一个或多个;和/或，放线控制器14对碳纤维丝束的牵引力为50gf～1000gf，如此满足退丝过程中碳纤维丝束的张力为100gf～500gf，且张力优选为200gf～300gf的需求。
[0071]进一步地，如图1所示，导丝模块2包括第二导丝辊21和设置在第二导丝辊21下方的浸胶槽22，浸胶槽22优选为长条形的容器，以保证碳纤维丝束在输送的中充分浸胶。
[0072]在优选地实施方式中，第二导丝辊21设置有多个，第二导丝辊21的数量可以是5～15个，多个第二导丝辊21沿碳纤维丝束的输送方向间隔设置，且相邻的两个第二导丝辊21上下排布，使得相邻的第二导丝辊21在竖直方向上交错设置，有利于碳纤维丝束在输送过程中保持张力;第二导丝辊21形成为直径为10mm～100mm的柱状结构。需要说明的是，在本实施例中，碳纤维丝束的输送方向为在图1视角下从右向左输送。
[0073]更进一步地，如图1所示，排丝模块3包括第三导丝辊31、排丝辊32和第一电机33，第三导丝辊31设置在排丝辊32的上游，使得穿过第二导丝辊21的碳纤维丝束经由第三导丝辊31输送到排丝辊32上。优选地，第三导丝辊31形成为直径为10mm～100mm的柱状结构;排丝辊32形成为直径为200mm～400mm的柱状结构，排丝辊32在轴向上的尺寸为50mm～300mm。
[0074]在本实施例中，退丝辊11、第一导丝辊13、第二导丝辊21、第三导丝辊31和排丝辊32均形成为圆柱状的滚筒结构，使得碳纤维丝束能够贴附在圆柱状滚筒结构的外壁输送，避免在输送过程中划伤碳纤维丝束的表面。
[0075]在优选地实施方式中，如图1所示排丝模块3还包括定位装置34，定位装置34形成为伸缩结构，例如伸缩杆，定位装置34设置在排丝辊32和第一电机33的底部，从而调节排丝辊32在其轴向上的位置，以便于调节排丝辊32与导丝模块2之间的相对位置，满足制备要求。优选地，定位装置34的外壁设置有风琴式保护罩，以避免胶液或杂质形成污染。
[0076]较佳地，排丝模块3还包括控制装置，控制装置与第一电机33通讯连接且设置在排丝辊32轴向上的一端，用于对第一电机33的频率进行操控。
[0077]S140、溶剂挥发：将碳纤维丝束和复膜纸一同从排丝辊32上裁切下并展开铺平放置至胶干以形成预浸料。
[0078]具体地，在步骤S140中，沿垂直于碳纤维丝束的长度方向(即沿碳纤维丝束的宽度方向)将碳纤维丝束和复膜纸一同从排丝辊32上裁切下，在通风干燥处放置12h～24h至胶干，以保证溶剂充分挥发。
[0079]S150、铺叠：按预设尺寸和/或预设重量取出预浸料的中间部分进行胶液的含量测定，从中间部分取样能够保证胶液含量测定的准确性，胶液含量测量方法按照碳纤维增强塑料树脂含量试验方法(GB/T 3855)进行测定，优选地，在步骤S150中，预设尺寸为预浸料在碳纤维丝束宽度方向上尺寸为2mm～5mm，即从中间量取宽度为2mm～5mm的预浸料进行胶液含量的测量;预设重量为2g～10g，即从中间量重量为2g～10g的预浸料进行胶液含量的测量;胶液的预设含量为30%～55%，即测量的预浸料中的含胶量为30%～55%。
[0080]在步骤S150中，将胶液满足预设含量的预浸料裁切为具有第一预设宽度和第一预设长度的样品，优选地，第一预设宽度为40mm～45mm;第一预设长度为55mm～60mm，需要说明的是，第一预设宽度和如下所述的第二预设宽度均为在碳纤维丝束宽度方向上的尺寸，第一预设长度和如下所述的第二预设长度均为在碳纤维丝束长度方向上的尺寸。在可选地实施方式中，将胶液满足预设含量的预浸料先裁切为两条宽度为40mm～60mm的尺寸，再裁切为第一预设宽度为40mm～45mm，第一预设长度为55mm～60mm的尺寸，便于裁切且裁切精度更高。
[0081]在步骤S150中，将N个样品逐层叠放在脱模纸上，脱模纸具有粘性，每粘贴一层后可以将碳纤维丝束上的复膜纸撕掉，叠放时需要确保层与层之间纤维平行且对齐，并手动去除层间的气泡，以防止对后续层间剪切强度检测数据的影响。
[0082]具体地，每叠放M层后将样品旋转180°后再继续叠放，N>M;使得N层样品中每M层碳纤维丝束其长度方向上的两端是颠倒的，从而提升待测样品的厚度的均匀性，减小厚度尺寸的偏差，N个样品叠放后在顶部覆盖一层脱模纸以形成厚度为H的待测样品。
[0083]在优选地实施方式中，当碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为3K时，N=12～14;当碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为12K时，N=8～10;当碳纤维丝束中碳纤维丝的数量为24K时，N=6～8;和/或，M=2。
[0084]在步骤S150中，H=1.8mm～2.2mm。
[0085]S160、固化：将待测样品置于炉内加压固化，优选选用氮气气氛炉进行固化。
[0086]在步骤S160中，将叠好的待测样品展平放入模具中，确保待测样品平展且待测样品与模具之间密封性良好无空隙后再水平地放入炉内，沿对角线密封炉盖，具体为，通过多个螺钉将炉盖与炉体连接，多个螺钉围设于炉口间隔设置，螺钉的安装顺序为彼此相对地排布，例如安装上第一螺钉后在炉口的相对位置安装第二螺钉，然后在与第一螺钉和第二螺钉的连线垂直的连线经过的位置上安装第三螺钉，而后在炉口的相对位置安装第四螺钉，……，以保证炉盖与炉体装配受力均匀，密封性良好。
[0087]进一步地，密封炉盖后开启真空阀抽真空，将炉内压力抽真空至-0.07MPa～-0.1MPa，关闭真空泵，而后向炉内充入保护气体，保护气体优选为氮气，使得炉内压力升高至开始升温前(即启动炉体工作按钮前)的初始压力，而后关闭保护气体的进气阀再关闭保护气体储罐阀。
[0088]启动炉体工作按钮，按照下述条件对待测样品进行固化，具体地，在步骤S160中，第一阶段：炉内温度以2℃/min升温，炉内初始压力为0.45MPa～0.50MPa;第二阶段：当炉内温度上升至120℃时保温50min，炉内压力上升至0.55MPa～0.59MPa;按炉内温度以2℃/min继续升温，40min后炉内温度上升至190℃，炉内压力上升至0.65MPa～0.70MPa;第四阶段：当温度上升至190℃保温3h;而后关闭电源随炉冷却;极大地降低了碳纤维复合材料孔隙率，提高试样的制备质量。优选地，待炉内温度冷却至约为60℃，开启放气阀进行泄压处理后取出固化样品。
[0089]需要说明的是，上述压力参数包括根据理想气体状态方程PV=nRT计算出来的理论值，装置在实际运行过程中压力可能会出现浮动。
[0090]为确保安全，在步骤S160中，炉内压力超过0.70MPa时，进行泄压处理，具体为开启排空阀进行泄压。
[0091]S170、裁切：将待测样品裁切为具有第二预设宽度和第二预设长度的尺寸的试样。优选地，第二预设宽度为B，测量精度为±0.01mm;第二预设长度为L，测量精度为±0.02mm;L=6H;B=2H或者B/H≤2。优选地，裁切样品的数量为多个，例如6～8个。最后裁切完成后对试样进行编号并放入对应样品袋中，贴上标签注意表明编号和裁切日期。
[0092]需要说明的是，在本申请中，长度、宽度或厚度的尺寸的单位均为mm。
[0093]根据本发明提供一种碳纤维复合材料层间剪切强度试样的制备方法，具体步骤包括退丝、浸胶、排丝、溶剂挥发、铺叠、固化和裁切，明确限定了每一步骤的操作流程，严格控制试样的制备工艺，从根本上解决了试样不规范对实验数据的影响，避免了传统手工制备碳纤维复合材料试样存在均一性差、品控困难的问题，实现了碳纤维复合材料制备的精细化和规范化，极大地提升了碳纤维复合材料层间剪切强度数据检测的可靠性。此外，采用自动化设备放线排丝装置参与制备过程，也提升了试样的制备效率。
[0094]本发明的第二方面提供一种碳纤维复合材料层间剪切强度试样的检测方法，应用于检测如上所述的制备方法制备出的试样，试样100中包括碳纤维101和树脂102，这里的树脂102可以理解为固化后的胶液。
[0095]试样的检测步骤包括：选取外观均匀、无缺陷的试样100放入力学试验机(例如10KN INSTRON力学试验机)中进行剪切强度测试，具体为使用三点弯曲夹具固定试样，并测试多组试样100剪切强度的平均值和变异系数(CV值)，例如测试5组。
[0096]进一步地，在本实施例中，如图2所示，三点弯曲夹具包括加载压头41和两个支座42，加载压头41和支座42均形成为圆柱状结构且轴线彼此平行设置，加载压头41的直径为10mm±0.4mm和/或加载压头41的直径R与试样的厚度H的比值≤5(即R/H≤5)，支座42的直径为4mm±0.4mm;加载压头41设置在试样的上方，两个支座42设置在试样的下方且间隔设置，三点弯曲夹具装夹试样100后，试样100中碳纤维101的延伸方向(即碳纤维101的长度方向)与加载压头41或支座42的轴线方向垂直;在试样100中碳纤维101的延伸方向上(即图2视角下的水平方向)，加载压头41与支座42之间的最小距离为3mm～5mm，加载压头41向试样100产生冲击以检测试样100的剪切强度，优选地加载压头41的加载速度为1～2mm/min。
[0097]试样100在其长度方向(即碳纤维101的延伸方向)上的两端伸出支座42，在优选地实施方式中，试样100在支座42远离加载压头41一侧的边缘(即试样100在其长度方向上的端部)与其相近的支座42的中心线之间的距离大于H，以保证实验可靠，提升参数检测的准确性。
[0098]需要说明的是，碳纤维复合材料层间剪切强度试样的检测方法检测出的试样100，碳纤维层间剪切强度最大值可达109.32MPa，层间剪切强度CV值最小可控制在2.85%，说明数据的离散程度较低，数据点相对更集中，能够准确地实现测试碳纤维复合材料的层间剪切强度，极大地提升了碳纤维复合材料层间剪切强度数据的可靠性和准确性，保证碳纤维复合材料在应用中的安全性。
[0099]根据本发明提供一种碳纤维复合材料层间剪切强度试样的检测方法，应用于上述制备方法制备出的试样进行检测，试样制备流程规范，提升试样的一致性和均匀性，因此使得检测方法能够准确、高效地实现测试碳纤维复合材料的层间剪切强度，极大地提升了碳纤维复合材料层间剪切强度数据的可靠性和准确性，保证碳纤维复合材料在应用中的安全性。
[0100]最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
说明书附图(2)
