一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置

1.本发明涉及复合材料拉伸试验技术领域，特别是涉及一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置。


背景技术：

2.碳纤维复合材料是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90％的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
3.现有技术中，通常使用高温拉伸试验机进行碳纤维复合材料的高温拉伸试验，高温拉伸试验机能够对各种金属材料、合金材料、非金属材料、复合材料在＞35℃的高温环境下进行拉伸，但是，现有的高温拉伸试验机的重量一般都在两吨以上，重量大不易搬运，且高温拉伸试验机的售价昂贵，行业内存量少，进行高温拉伸实验时需要排队等待较长的时间，增加了碳纤维复合材料的高温拉伸试验的难度。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，可便携嵌套于拉伸试样加强片中间，在普通常温材料万能试验机上就能够完成碳纤维复合材料的高温拉伸试验。
5.本发明提供了一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，包括：
6.一加热箱，加热箱为圆筒状，用于对碳纤维复合材料进行加热；
7.一电加热模块，与加热箱电连接，用于控制加热箱的加热温度；以及
8.对称嵌合装配于加热箱上下两端的第一环状密封盖和第二环状密封盖；
9.第一环状密封盖和第二环状密封盖中间均具有能够能够放置拉伸试样的通孔；
10.加热箱包括内加热筒、中间加热筒、外加热筒以及均匀缠绕在内加热筒外侧臂的绝缘加热电阻丝；
11.中间加热筒套设于内加热筒外侧，外加热筒套设于中间加热筒外侧，绝缘加热电阻丝与电加热模块电连接；
12.中间加热筒和外加热筒中间设置有两个环形连接块，两个环形连接块分别位于中间加热筒外侧壁的上下两端，两个环形连接块、中间加热筒和外加热筒一体连接，两个环形连接块、中间加热筒和外加热筒中间的空腔抽真空形成真空腔。
13.在其中一个实施例中，内加热筒外侧臂的上下两端均一体连接有环形安装块，环形安装块向环状密封盖的一侧设置有第一环形凹槽，两个环形连接块面向环状密封盖的一侧设置有第二环形凹槽，第一环状密封盖和第二环状密封盖均设置有与第一环形凹槽和第二环形凹槽匹配安装的第一环状凸起和第二环状凸起。
14.在其中一个实施例中，加热箱的长度为120mm～130mm，内加热筒的截面圆的直径为25mm～35mm，内加热筒和中间加热套筒的间距为4mm～6mm，中间加热筒和外加热筒的间
距为4mm～6mm，真空腔的长度为105mm～115mm。
15.在其中一个实施例中，环形安装块高为4mm～6mm，外径为37mm～43mm；第一环形凹槽和第二环形凹槽的宽和深均为1.8mm～2.2mm。
16.在其中一个实施例中，外加热筒的外侧壁上下两端一体连接有两个环形法兰，环形法兰、第一环状密封盖和第二环状密封盖设置有数量相等的螺栓孔，第一环状密封盖和第二环状密封盖通过螺栓固定连接。
17.在其中一个实施例中，外加热筒和中间加热筒由不锈钢制备，内加热筒由铜制备，第一环状密封盖和第二环状密封盖均由复合贴面保温橡塑板制备。
18.在其中一个实施例中，绝缘加热电阻丝为2080镍铬丝。
19.本发明的有益效果是：
20.(1)本发明设置三层加热筒，内加热筒外侧壁缠绕的绝热加热电阻丝在电加热模块控制下通电时对内加热筒进行加热，中间加热筒和外加热筒组合形成的真空腔能够实现保温隔热，进而实现对放置在加热箱内部的拉伸试样进行隔热加热；
21.(2)本发明的加热箱长度为120mm～130mm，内加热筒的截面圆的直径为25mm～35mm，内加热筒和中间加热套筒的间距为4mm～6mm，中间加热筒和外加热筒的间距为4mm～6mm，具有体积小，易携带搬运的特点，能够方便高温拉伸实验的进行；
22.(3)本发明的应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置在使用时将拉伸试样放置在加热箱内，即将加热箱套接在拉伸试样的加强片上，加热箱能够给予拉伸试样的加强片一定的高温环境，则拉伸试验可以在普通常温材料万能试验机上就能够完成，降低了高温拉伸实验的实验需求，提高了高温拉伸实验的普遍性；
23.(4)本发明通过第一环形凸起与第一环形凹槽，第二环形凸起和第二环形凹槽匹配嵌合，增加了密封盖与加热筒之间的密封性，进而提升了加热筒的绝热性。
24.(5)本发明的内加热筒相对于中间加热筒与外加热筒的组合是分离的，可以进行更换。
附图说明
25.图1是本发明实施例提供的加热箱的结构示意图；
26.图2是本发明实施例提供的加热箱的另一个角度结构示意图；
27.图3是图2沿aa面的剖面示意图；
28.图4是本发明实施例提供的内加热筒与绝缘加热电阻丝的连接关系示意图；
29.图5是本发明实施例提供的电加热模块的电路连接关系示意图；
30.图6是本发明实施例提供的第一环状密封盖或第二环状密封盖的结构示意图；
31.图7是本发明实施例提供的内加热筒的结构示意图；
32.图8是本发明实施例提供的外加热筒和中间加热筒的装配关系示意图；
33.图9是图8另一个角度的结构示意图；
34.图10是图9沿bb面的剖面结构示意图；
35.图11是加热箱与拉伸试样的装配关系图。
36.附图标记说明：100、加热箱；200、第一环状密封盖；300、第二环状密封盖；201、通孔；101、内加热筒；102、中间加热筒；103、外加热筒；104、绝缘加热电阻丝；105、环形连接
块；106、真空腔；107、环形安装块；108、第一环形凹槽；109、第二环形凹槽；202、第一环状凸起；203、第二环状凸起；400、环形法兰；500、螺栓孔；600、螺栓；700、拉伸试样。
具体实施方式
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
38.需要说明的是，在本发明的描述中，“上”、“下”、“顶”、“底”、方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语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。
39.在一个实施例中，如图1、图2、图3和图4所示，图1是本发明实施例提供的加热箱100的结构示意图，图2是本发明实施例提供的加热箱100的另一个角度结构示意图，图3是图2沿aa面的剖面示意图，图4是本发明实施例提供的内加热筒101与绝缘加热电阻丝104的连接关系示意图。本发明的应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，包括：
40.一加热箱100，加热箱100为圆筒状，用于对碳纤维复合材料进行加热。一电加热模块，与加热箱100电连接，用于控制加热箱100的加热温度。以及对称嵌合装配于加热箱100上下两端的第一环状密封盖200和第二环状密封盖300。第一环状密封盖200和第二环状密封盖300中间均具有能够能够放置拉伸试样700的通孔201。
41.具体的，本实施例中的第一环状密封盖200和第二环状密封盖300结构一致，嵌合装配指的是密封盖与加热箱100相互嵌套，使密封盖与加热箱100之间的连接更加紧密。
42.需要说明的，本实施例中加热箱100的内筒直径与第一环状密封盖200和第二环状密封盖300上的通孔201的孔直径大小一致。
43.本实施例中，加热箱100包括内加热筒101、中间加热筒102、外加热筒103以及均匀缠绕在内加热筒101外侧臂的绝缘加热电阻丝104。
44.具体的，绝缘加热电阻丝104为2080镍铬丝，其镍含量78.18％，线径2mm，截面积3.142mm2，每米重26.39g，电阻在20℃，0.347欧/m。外加热筒103和中间加热筒102由不锈钢制备，内加热筒101由铜制备。铜的导热性能较好，其热导率在398w/m.k，不锈钢能够反射热辐射。
45.中间加热筒102套设于内加热筒101外侧，外加热筒103套设于中间加热筒102外侧，绝缘加热电阻丝104与电加热模块电连接。中间加热筒102和外加热筒103中间设置有两个环形连接块105，两个环形连接块105分别位于中间加热筒102外侧壁的上下两端，两个环形连接块105、中间加热筒102和外加热筒103一体连接，两个环形连接块105、中间加热筒102和外加热筒103中间的空腔抽真空形成真空腔106。
46.需要说明的是，真空腔106的作用是起到阻断热传导，由于内加热筒101需要装绝缘加热电阻丝104，为方便检查绝缘加热电阻丝104质量，进行拆卸替换等问题，故内加热筒101与另外链各个加热筒是分离开的两个零件。
47.本实施例的电加热模块可以选择如图5所示的电加热模块，该电加热模块采用位式加热控制温度的原理，将绝缘加热电阻丝104从缠绕处引出，并套上绝缘绝热橡胶，与加热电源和加热接触器串联，位式温度控制表是定值控制，加热接触器km常开触电闭合，绝缘
加热电阻丝104加热。当实际温度达到或者超过上限时，继电器触电k断开，控制接触器断开加热电源，加热箱100温度下降，当温度下降时，继电器触电闭合，继续加热，这样就可以使加热箱100内的温度保持在温度的范围内。当需要变换温度范围时，可以拆开线路，更换更高温度的熔断电阻丝，使其继续升温，在合适的温度范围内加热，适用于本装置的电阻丝要选择比标准电阻丝温度更高的熔断电阻丝，以此来保证试样所处的环境温度达到预设值。
48.在一个可选的实施例中，如图6、图7、图8、图9和图10所示，图6是本发明实施例提供的第一环状密封盖200或第二环状密封盖300的结构示意图，图7是本发明实施例提供的内加热筒101的结构示意图，图8是本发明实施例提供的外加热筒103和中间加热筒102的装配关系示意图，图9是图8另一个角度的结构示意图，图10是图9沿bb面的剖面结构示意图。本实施例中，内加热筒101外侧臂的上下两端均一体连接有环形安装块107，环形安装块107向环状密封盖的一侧设置有第一环形凹槽108，两个环形连接块105面向环状密封盖的一侧设置有第二环形凹槽109，第一环状密封盖200和第二环状密封盖300均设置有与第一环形凹槽108和第二环形凹槽109匹配安装的第一环状凸起202和第二环状凸起203。凹槽与凸起相互嵌合，使密封盖和加热箱100的连接更加紧密。
49.本实施例的应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，能够嵌套在拉伸试样700表面，并对拉伸试样700进行加热，给予主要测力部位一定的高温环境，进而使得拉伸试验能够在普通常温材料万能试验机上就能够完成。由于普通常温材料万能试验机数量多且存在普遍，所以利用本实施例的应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置在普通常温材料万能试验机上完成拉伸试验降低了碳纤维复合材料拉伸试验的难度。
50.在其中一个实施例中，加热箱100的长度为120mm～130mm，内加热筒101的截面圆的直径为25mm～35mm，内加热筒101和中间加热套筒的间距为4mm～6mm，中间加热筒102和外加热筒103的间距为4mm～6mm，真空腔106的长度为105mm～115mm。环形安装块107高为4mm～6mm，外径为37mm～43mm；第一环形凹槽108和第二环形凹槽109的宽和深均为1.8mm～2.2mm。
51.优选的，加热箱100的长度为125mm，内加热筒101的截面圆的直径为30mm，内加热筒101和中间加热套筒的间距为5mm，中间加热筒102和外加热筒103的间距为5mm，真空腔106的长度为110mm。环形安装块107高为5mm，外径为40mm；第一环形凹槽108和第二环形凹槽109的宽和深均为2mm。
52.需要说明的是，根据拉伸试样700国标规定，拉伸试样700厚度为2～5mm，加强片2mm，试样宽25mm，加强片内测间距130mm，故本实施例中加热箱100优选总长125mm，箱体内层圆截面直径30mm，便于将加热箱100嵌套于试样的拉伸标距处。
53.本实施例中的应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置形体小，方便携带。且由于编织碳纤维增强体橡胶塑性大，应变范围很小，所以本实施例的加热箱大小满足编织碳纤维拉伸试验断裂产生长度范围。
54.在其中一个实施例中，外加热筒103的外侧壁上下两端一体连接有两个环形法兰400，环形法兰400、第一环状密封盖200和第二环状密封盖300设置有数量相等的螺栓孔500，第一环状密封盖200和第二环状密封盖300通过螺栓600固定连接。第一环状密封盖200和第二环状密封盖300均由复合贴面保温橡塑板制备，在平均温度0度时，导热系数低至0.034w/m.k，其采用丁腈橡胶、聚氯乙烯等多种进口和特殊原料，经特殊工艺加工而成柔性
闭孔发泡保温材料，具备持久稳定的导热性能、湿阻因子及更高的防火性能，且外观有金属光泽，橡塑与贴面复合，橡塑表面添加了特制的高强度铝箔防护层，使其性能得到更大的改善。
55.优选的，环形法兰400以及密封盖上均具有螺纹孔，可以通过螺栓600将环形法兰400和密封盖连接起来。
56.优选的，第一环状密封盖200和第二环状密封盖300的盖子底厚2mm。第一环状密封盖200和第二环状密封盖300与加热箱100连接处设置有橡胶圈，用以增加密封盖与加热箱100的连接密封性。
57.本实施例的应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置在使用时，如图11所示，图11是加热箱100与拉伸试样700的装配关系图。拉伸材料放置于加热箱100的内加热筒101中，且由于拉伸试样700的国标标距为100mm大于50mm，故应在试样平行长度两端和中间各绑定一只热电偶，热电偶测量端垂直于试样表面，避免内加热筒101壁对热电偶的影响。一般使用的k型热电偶，其温度范围在-200℃～1300℃。
58.需要说明的是，碳纤维复合材料在加热时，特别是针对于对橡胶基这种高分子聚合物样件热解产生黑色气体和油烟，在高温拉伸实验机这种大型实验箱中不好清洗且替换成本高。而本实施例中的应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置的内加热筒101容易拆开取出，清洗方便且替换成本低。
59.为了闭合试样与加热箱100上下两侧的缝隙，可以在缝隙处填充耐高温、绝热性能强的保温棉，以保证试验箱内的温度，并在保温棉中插入温度传感器，以此来监测试验箱内的温度情况。
60.目前进行高温拉伸实验的装置为高温拉伸试验箱，高温拉伸实验箱普遍在两吨以上，重量较大不易搬运，其高温炉是竖式对开结构，拉伸试验是在高温炉内进行。且现有高温拉伸试验箱的售价都比较昂贵，行业内存量较少，如果在高温拉伸实验较多时，需要进行排队预约实验，非常不方便。
61.采用本实施例的应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置结合普通常温材料万能试验机就能够完成高温拉伸实验，本实施例的应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置体积小，易携带搬运，能够适配于普通常温材料万能试验机，而行业中存在的普通常温材料万能试验机数量较多，本装置结合普通常温材料万能试验机进行高温拉伸实验能够提高高温拉伸实验的普遍性，即降低了实验时的预约时间，且创造了更多的实验机会，降低了高温拉伸实验的难度。
62.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，其特征在于，包括：一加热箱(100)，所述加热箱(100)为圆筒状，用于对碳纤维复合材料进行加热；一电加热模块，与所述加热箱(100)电连接，用于控制加热箱(100)的加热温度；以及对称嵌合装配于所述加热箱(100)上下两端的第一环状密封盖(200)和第二环状密封盖(300)；所述第一环状密封盖(200)和第二环状密封盖(300)中间均具有能够能够放置拉伸试样(700)的通孔(201)；所述加热箱(100)包括内加热筒(101)、中间加热筒(102)、外加热筒(103)以及均匀缠绕在所述内加热筒(101)外侧臂的绝缘加热电阻丝(104)；所述中间加热筒(102)套设于所述内加热筒(101)外侧，所述外加热筒(103)套设于所述中间加热筒(102)外侧，所述绝缘加热电阻丝(104)与所述电加热模块电连接；所述中间加热筒(102)和外加热筒(103)中间设置有两个环形连接块(105)，两个环形连接块(105)分别位于所述中间加热筒(102)外侧壁的上下两端，所述两个环形连接块(105)、中间加热筒(102)和外加热筒(103)一体连接，两个环形连接块(105)、中间加热筒(102)和外加热筒(103)中间的空腔抽真空形成真空腔(106)。2.如权利要求1所述的一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，其特征在于，所述内加热筒(101)外侧臂的上下两端均一体连接有环形安装块(107)，所述环形安装块(107)向环状密封盖的一侧设置有第一环形凹槽(108)，所述两个环形连接块(105)面向环状密封盖的一侧设置有第二环形凹槽(109)，所述第一环状密封盖(200)和第二环状密封盖(300)均设置有与所述第一环形凹槽(108)和第二环形凹槽(109)匹配安装的第一环状凸起(202)和第二环状凸起(203)。3.如权利要求2所述的一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，其特征在于，所述加热箱(100)的长度为120mm～130mm，所述内加热筒(101)的截面圆的直径为25mm～35mm，所述内加热筒(101)和中间加热套筒的间距为4mm～6mm，所述中间加热筒(102)和外加热筒(103)的间距为4mm～6mm，所述真空腔(106)的长度为105mm～115mm。4.如权利要求2所述的一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，其特征在于，所述环形安装块(107)高为4mm～6mm，外径为37mm～43mm；所述第一环形凹槽(108)和第二环形凹槽(109)的宽和深均为1.8mm～2.2mm。5.如权利要求3或4所述的一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，其特征在于，所述外加热筒(103)的外侧壁上下两端一体连接有两个环形法兰(400)，所述环形法兰(400)、第一环状密封盖(200)和第二环状密封盖(300)设置有数量相等的螺栓孔(500)，所述第一环状密封盖(200)和第二环状密封盖(300)通过螺栓(600)固定连接。6.如权利要求5所述的一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，其特征在于，所述外加热筒(103)和中间加热筒(102)由不锈钢制备，内加热筒(101)由铜制备，所述第一环状密封盖(200)和第二环状密封盖(300)均由复合贴面保温橡塑板制备。7.如权利要求6所述的一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，其特征在于，绝缘加热电阻丝(104)为2080镍铬丝。

技术总结
本发明公开了一种应用于碳纤维复合材料拉伸的小型变温加热装置，包括：一加热筒，一电加热模块，以及对称嵌合装配于加热箱上下两端的第一环状密封盖和第二环状密封盖。第一环状密封盖和第二环状密封盖中间均具有能够能够放置拉伸试样的通孔，加热箱包括内加热筒、中间加热筒、外加热筒以及均匀缠绕在内加热筒外侧臂的绝缘加热电阻丝，中间加热筒套设于内加热筒外侧，外加热筒套设于中间加热筒外侧，绝缘加热电阻丝与电加热模块电连接。该装置体积小，易搬运携带，能够在高温拉伸实验时对碳纤维复合材料进行加热，结合普通常温材料万能试验机就能够完成高温拉伸实验，降低了高温拉伸实验的难度。实验的难度。实验的难度。


技术研发人员：刘洋 赵婉伶 董智超 高勇刚 李效聪 王子龙
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/10/15