一种材料样品表面火焰处理装置及测试方法与流程

1.本发明涉及材料表面处理技术领域，特别是涉及一种材料样品表面火焰处理装置及测试方法。


背景技术：

2.火焰处理广泛应用于聚合物材料表面改性，通过火焰处理可以将含氧官能团引入到非极性物质表面，从而改变聚合物表面的极性，增强其表面的附着力，有助于聚合物材料后期的喷漆，粘接等工艺。另一方面，火焰处理能够助力不相容材质的焊接，比方说pp材质表面进行火焰处理后，有助于其与pa材质进行焊接，焊接性能增加。
3.目前火焰处理主要应用于包括方向盘、仪表盘、控制台、手套箱等零部件装配前期处理。火焰处理的方式更多的是通过机器人控制，这种方式整体投入成本较高，不适用前期的研发试验，且不能进行批量处理。另外，针对于焊接领域的火焰处理的方案较少，通常选用的是煤气进行火焰处理，而该处理方案显然具有一定的片面性，只是对材料表面进行活化处理，并且燃气和空气的反应控制摩尔比并没有达到最优，因而火焰会存在不完全燃烧现象，火焰处理效率低，并且不同批次的样品进行火焰处理后达到的效果会存在一定的差异性。
4.另外，目前对聚合物材料火焰处理后的效果检测，主要是采用接触角测试仪进行水接触角和油接触角测试，或者通过x射线光电子能谱(xps)来对火焰处理后样品表面进行元素分析。这样的评价手段测试成本较高，需要有相关设备才能进行评价，在广泛应用上受到限制。
5.此外，现有的火焰处理设备同判定火焰处理的好坏的设备通常是分开进行，没有火焰处理的设备同判定火焰处理的好坏的设备集成到一起，工作效率比较低。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是：现有的火焰处理效率低，火焰处理效果检测成本高。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种材料样品表面火焰处理装置，其包括装配机构、调节火源、传送机构和检测机构；所述装配机构包括装配架和旋转电机，所述装配架用于固定样品，所述旋转电机驱动所述装配架旋转；所述调节火源包括喷火头、供气管和多个供气瓶，所述供气瓶包括空气瓶和至少一种燃气瓶，所述喷火头通过供气管分别与每个供气瓶相连通，所述喷火头上设有调压阀，每个所述供气瓶上设有控制供气瓶开关的开关阀，所述喷火头用于对样品火焰处理；所述传送机构用于将装配机构运输至喷火头的出火口处；所述检测机构包括放置台、移动支架、刷头、检测容器、摄像设备组和电脑端，所述放置台位于所述传送机构的一侧，所述检测容器内装有检测液，所述移动支架用于控制所述刷头蘸取检测液并在样品上涂布，所述摄像设备组用于拍摄所述放置台上的样品，所述电脑端与所述摄像设备组通信连接。
8.进一步地，所述传送机构包括驱动器、滑台和滑轨，所述滑台安装于所述滑轨上，
所述驱动器驱动所述滑台沿所述滑轨滑动，所述装配架和所述旋转电机安装于所述滑台上。
9.进一步地，所述移动支架包括升降架和平移架，所述刷头安装在所述升降架的底端，所述升降架驱动所述刷头升降，所述升降架安装在所述平移架上，所述平移架驱动所述升降架平移。
10.进一步地，所述摄像设备组包括水平摄像机和竖直摄像机，所述水平摄像机位于所述放置台的一侧，所述水平摄像机用于拍摄所述放置台上的样品的侧面，所述竖直摄像机位于所述放置台上方，所述竖直摄像机用于拍摄所述放置台上样品的上表面。
11.进一步地，所述装配架包括第一夹板和第二夹板，所述第一夹板的板面和所述第二夹板的板面相向设置，所述第一夹板朝向所述第二夹板的一面设有多个凹槽，所述第一夹板和所述第二夹板之间留有间隙，所述第一夹板和所述第二夹板通过至少两个螺栓相固定。
12.进一步地，所述装配架为板状，所述装配架上设有多个插孔，所述插孔用于插入样品。
13.进一步地，所述检测液包括离子水和乙醇，所述离子水和所述乙醇的体积比为0:100～80:20。
14.进一步地，所述喷火头上方设有抽风装置，所述抽风装置用于对所述喷火头上方的空间产生负压。
15.进一步地，所述燃气瓶包括天然气瓶、异丙醇瓶和乙醇瓶，所述供气管上设有第一雾化器和第二雾化器，所述第一雾化器位于所述异丙醇瓶和所述喷火头之间，所述第二雾化器位于所述乙醇瓶和所述喷火头之间。
16.一种材料样品表面火焰处理装置的测试方法，其包括以下步骤：
17.s01、通过注塑或者裁切的方式获得多个样品，将多个样品固定在装配架上，将装配架安装在传送机构上；
18.s02、设置旋转电机的转子旋转方向和转动速率；
19.s03、从至少两种燃气瓶中选择一种燃气瓶，通过改变空气瓶和所选的燃气瓶提供的气体配比形成多个供气方案；
20.s04、选择其中一个供气方案，打开对应供气瓶的开关阀，打开调压阀；
21.s05、启动传送机构，传送机构将样品运至喷火头的出火口处，旋转电机控制样品旋转，喷火头对样品多方位火焰处理；
22.s06、关闭调压阀和开关阀，传送机构将火焰处理后的样品运回初始位置，在装配架上更换新一批样品，选择另一个供气方案，打开对应供气瓶的开关阀，打开调压阀；
23.s07、重复步骤s05至s06，直至所有样品火焰处理完；
24.s08、将火焰处理后的样品移至放置台上，移动支架将刷头浸在检测液内5～60s，移动支架将刷头从检测液中提出，等待5～60s，移动支架控制刷头对火焰处理后的样品进行涂覆；
25.s09、摄像设备组拍摄火焰处理后的样品上的检测液的形状，将拍摄数据传输至电脑端，电脑端根据检测液的形状判断样品火焰处理的效果；
26.s10、更换放置台上的样品，重复步骤s08至s09，筛选出最优的火焰处理工艺。
27.本发明实施例一种材料样品表面火焰处理装置及测试方法与现有技术相比，其有益效果在于：通过设置至少两种燃气瓶提供燃气，配合开关阀调整每个供气瓶的供气量，可以针对不同的样品从中筛选出最佳的火焰处理方案，方便为以后对不同的样品直接采用最佳的火焰处理方案，提高样品火焰处理的效率，此外，通过将检测液涂覆在样品上从而判断火焰处理的效果，相对于现有的检测手段来说，成本更低，操作更简便，且效率更高。
附图说明
28.图1是本发明一种实施例的结构示意图；
29.图2是调节火源的结构示意图；
30.图3是检测机构的结构示意图；
31.图4是刷头涂覆样品的示意图；
32.图5是本发明其中一种实施例的装配架的结构示意图；
33.图6是图5的装配架另一视角的示意图；
34.图7是本发明另一种实施例的装配架的结构示意图。
35.图中，1、装配机构；11、第一夹板；12、第二夹板；13、凹槽；14、螺栓；15、t型槽；16、插孔；17、旋转电机；2、调节火源；21、喷火头；211、调压阀；22、供气管；23、空气瓶；24、天然气瓶；25、异丙醇瓶；251、第一雾化器；26、乙醇瓶；261、第二雾化器；27、开关阀；28、流量计；29、升降机；3、传送机构；31、限位开关；32、驱动器；33、控制端；4、检测机构；41、放置台；42、移动支架；421、升降架；422、平移架；423、支撑架；43、刷头；44、检测容器；45、电脑端；46、水平摄像机；47、竖直摄像机；5、样品。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
37.在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”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。
38.如图1－3所示，本发明实施例优选实施例的一种材料样品5表面火焰处理装置，其包括装配机构1、调节火源2、传送机构3和检测机构4，所述装配机构1装上多个样品5后，由传送机构3将装配机构1带至调节火源2处，对多个样品5进行不同方案的火焰处理，利用检测机构4从中选出最佳的火焰处理方案。
39.如图1、图2和图7所示，所述装配机构1包括装配架和旋转电机17，所述装配架用于固定样品5，所述装配架一次可以固定多个样品5，所述旋转电机17驱动所述装配架正反向旋转，在所述旋转电机17的带动下，样品5可以被调节火源2进行多个角度的火焰处理。所述调节火源2包括喷火头21、供气管22和至少两个供气瓶，所述供气瓶包括空气瓶23和至少一个燃气瓶，在本实施例中，所述燃气瓶包括天然气瓶24、异丙醇瓶25和乙醇瓶26，所述空气瓶23内存有压缩空气，所述喷火头21通过供气管22分别与每个供气瓶相连通，所述喷火头21上设有调压阀211，所述调压阀211用于控制输往喷火头21的气体量，喷火头21的火焰燃
烧的强度可以通过控制调压阀211来进行精密控制。所述喷火头21安装在一台升降机29上，所述升降机29控制所述喷火头21升降，且所述喷火头21可以在所述升降机29上调整角度，使喷火头21的出火口朝向角度发生改变。每个所述供气瓶上都设有控制供气瓶开关的开关阀27和检测输出气体量的流量计28，所述开关阀27皆为压力阀，所述开关阀27可以控制供气瓶输出的气体量。
40.如图1－3所示，在实际使用中，由于可燃气体和空气混合的配比会影响样品5的火焰处理效果，而且不同的燃气种类也会影响火焰处理效果，样品5的种类不同要达到最佳的火焰处理效果所需的燃气种类也不同，因此，工作人员可以预先设计几种火焰处理方案，例如体积比为1：1的天然气和空气的混合气体的火焰处理方案、体积比为2：1的天然气和空气的混合气体的火焰处理方案、体积比为2：1的异丙醇和空气的混合气体的火焰处理方案等等。所述喷火头21用于对样品5火焰处理，燃气和空气输往喷火头21后，由喷火头21点燃并对样品5喷射火焰。所述传送机构3用于将装配机构1运输至喷火头21的出火口处，其中根据火焰处理方案的数量，可以在传送机构3上设置对应数量的装配机构1，每个装配机构1使用其中一种火焰处理方案的混合气体进行火焰处理，再用检测机构4选出最佳的火焰处理方案。通过设置不同的供气瓶，配合开关阀27和流量计28，可以控制碳氢燃料和空气的摩尔比，实现不同碳氢燃料和空气的组合，从而实现提供两种或者多种火焰处理方案，有利于进行高通量的筛选，筛选出最优的组合用于样品5表面的火焰处理。
41.如图3－4所示，所述检测机构4包括放置台41、移动支架42、刷头43、检测容器44、摄像设备组和电脑端45，所述放置台41位于所述传送机构3的一侧，所述放置台41用于放置火焰处理后的样品5，在实际操作过程中，可以通过人手或机械臂将装配架上经过火焰处理的样品5拆解下来放置在放置台41上。所述检测容器44内装有检测液，所述检测液为乙醇溶液或无水乙醇，其中所述乙醇溶液包括离子水和乙醇，所述离子水和所述乙醇的体积比为0:100～80:20。所述移动支架42用于控制所述刷头43蘸取检测液并在样品5上涂布，所述摄像设备组用于拍摄所述放置台41上的样品5，在样品5表面涂布乙醇溶液后，摄像设备组即可对样品5进行拍摄，所述电脑端45与所述摄像设备组通信连接，所述电脑端45用于处理摄像设备组拍摄的数据，电脑端45根据样品5表面的乙醇溶液的样貌判断火焰处理的效果，如果样品5表面的乙醇溶液扩散成一滩液体时，说明火焰处理的效果较好，如果样品5表面的乙醇溶液聚集成一滴且偏向于球状时，说明火焰处理效果较差。
42.如图1和图7所示，所述传送机构3包括驱动器32、滑台和滑轨，所述滑轨长约1m，所述滑台安装于所述滑轨上，所述驱动器32驱动所述滑台沿所述滑轨滑动，滑台的移动速度为0～1.2m/s，滑台的移动速度可以分档调整，实现精确控制，且所述滑轨的两端皆设有限位开关31，所述限位开关31可以保障滑台的运行安全。所述装配架和所述旋转电机17安装于所述滑台上，其中所述传送机构3可以采用丝杆滑台导轨模组的结构，驱动器32为伺服电机，利用伺服电机转动丝杆，使得滑台在滑轨上滑动，使得装配架上的样品5可以达到需要的速度匀速经过喷火头21，得到均匀的火焰处理。其中，所述驱动器32与一个控制端33通过导线信号连接，通过对控制端33输入命令，控制所述驱动器32的速率。
43.如图3－4所示，所述移动支架42包括升降架421、平移架422和支撑架423，在本实施例中，可以在支撑架423上设置第一气缸，将第一气缸的缸筒固定在支撑架423上，将平移架422固定在第一气缸的活塞杆上，所述第一气缸的活塞杆沿水平方向延伸，在平移架422
上设置第二气缸，在平移架422上固定第二气缸的缸筒，将升降架421固定在第二气缸的活塞杆上，所述第二气缸的活塞杆沿竖直方向延伸，所述刷头43安装在所述升降架421的底端。通过所述第二气缸的活塞杆的伸缩，使得所述升降架421驱动所述刷头43升降，通过所述第一气缸的活塞杆伸缩，使得所述平移架422驱动所述升降架421平移，从而实现刷头43的升降和水平移动，使得刷头43可以在蘸取检测液后，在样品5表面涂覆。在其它实施例中，可以在支撑架423和平移架422上设置丝杆滑台导轨模组，利用丝杆滑台导轨模组带动平移架422平移和升降架421升降。
44.如图3－4所示，所述摄像设备组包括水平摄像机46和竖直摄像机47，所述水平摄像机46位于所述放置台41的一侧，所述水平摄像机46用于拍摄所述放置台41上的样品5的侧面，所述竖直摄像机47位于所述放置台41上方，所述竖直摄像机47用于拍摄所述放置台41上的样品5的上表面的检测液的样貌，水平摄像头可以观察检测液是否残留在样品5的侧面，如样品5的侧面残留的检测液较多，说明火焰处理效果更好，也说明样品5的侧面得到充分的火焰处理，提高火焰处理效果检测的精准度。
45.如图1、图5和图6所示，在其中一种实施例中，所述装配架包括第一夹板11和第二夹板12，所述第一夹板11的板面和所述第二夹板12的板面相向设置，所述第一夹板11朝向所述第二夹板12的一面设有多个凹槽13，所述凹槽13可以作为放置样品5的空间，所述第一夹板11和所述第二夹板12之间留有间隙，所述第一夹板11和所述第二夹板12通过至少两个螺栓14相固定，在实际使用时，通孔旋转螺栓14，扩大第一夹板11和第二夹板12之间的间隙，再将样品5插入凹槽13内，拧紧螺栓14，缩小第一夹板11和第二夹板12之间的间隙，使第一夹板11和第二夹板12之间夹紧工件，从而固定工件。所述第一夹板11和所述第二夹板12安装在滑台上。
46.如图1和图7所示，在另外一种实施例中，所述滑台上固定旋转电机17。所述装配架可以直接通过螺丝固定在t型槽15上，或者在t型槽15上固定升降设备，再在升降设备上固定装配架，利用升降设备对装配架进行升降，实现样品不同高度的火焰处理测试，其中升降设备可以为伸缩气缸。所述装配架为板状，所述t型槽15安装在旋转电机17上，所述装配架上设有多个插孔16，所述插孔16用于插入样品5，所述装配架上设置压板，利用压板压紧样品5，其中压板可以采用市面上常见的夹工件用的压板，本发明不对压板的结构进行改进。
47.如图2所示，所述喷火头21上方设有抽风装置，所述抽风装置用于对所述喷火头21上方的空间产生负压，当输往喷火头21的燃气不充分燃烧时，有可能产生烟雾，抽风装置可以即时抽走产生的烟雾。所述供气管22上设有第一雾化器251和第二雾化器261，所述第一雾化器251位于所述异丙醇瓶25和所述喷火头21之间，所述第二雾化器261位于所述乙醇瓶26和所述喷火头21之间，由于异丙醇和乙醇在常温下一般为液态，利用所述第一雾化器251对异丙醇进行雾化，利用所述第二雾化器261对乙醇进行雾化，确保异丙醇和乙醇可以跟空气充分混合。
48.如图1－4所示，一种材料样品5表面火焰处理装置的测试方法，其包括以下步骤：
49.s01、通过注塑或者裁切的方式获得多个样品5，样品5的形状不受限，但由于使用于研发类试验，优先采用平直的样品5。将多个样品5固定在装配架上，固定样品5的方式有两种，当样品5为平直状时，可以选择平躺固定样品5或者立式固定样品5，当需要对样品5的曲面火焰处理时，样品5采用立式夹持。将装配架安装在滑台上。
50.s02、设置旋转电机17的转子旋转方向和转动速率，实现对装配在装配架上的样品5按照预定的速率，方向进行火焰处理的目的。
51.s03、在多个供气瓶中挑选至少两个供气瓶，其中一个供气瓶为空气瓶23，通过改变供气瓶提供的气体配比形成多个供气方案。
52.s04、选择其中一个供气方案，打开对应供气瓶的开关阀27，观察流量计28，对碳氢燃料和压缩空气的混合比例进行控制，使供气瓶输出的混合气体达到该供气方案的气体配比，打开调压阀211。
53.s05、启动传送机构3，传送机构3将样品5运至喷火头21的出火口处并匀速经过所述喷火头21，期间旋转电机17控制样品5旋转，升降机29控制所述喷火头21上下移动，使喷火头21到达合适的高度，喷火头21与样品5的距离尽可能保持一致，喷火头21对样品5多方位火焰处理。
54.s06、关闭调压阀211和开关阀27，传送机构3将火焰处理后的样品5运回初始位置，在装配架上更换新一批样品5，选择另一个供气方案，打开对应供气瓶的开关阀27，打开调压阀211。
55.s07、重复步骤s05至s06，直至所有样品5火焰处理完。
56.s08、将火焰处理后的样品5移至放置台41上，移动支架42将刷头43浸在检测液内5～60s，优选地，刷头43在检测液内浸泡10s，使刷头43充分浸湿检测液，移动支架42将刷头43从检测液中提出，等待5～60s，优选地，刷头43等待5s，刷头43多余的检测液滴落回检测容器44，移动支架42控制刷头43对火焰处理后的样品5进行涂覆。
57.s09、摄像设备组拍摄火焰处理后的样品5上的检测液的形状，将拍摄数据传输至电脑端45，电脑端45根据检测液的形状判断样品5火焰处理的效果。
58.s10、更换放置台41上的样品5，重复步骤s08至s09，判断不同的火焰处理方案产生的火焰处理效果的差异，筛选出针对特定配方材料，最优的火焰处理工艺。
59.综上，本发明实施例提供一种材料样品5表面火焰处理装置及其测试方法，其通过设置至少两种燃气瓶提供燃气，配合开关阀27调整每个供气瓶的供气量，可以针对不同的样品5从中筛选出最佳的火焰处理方案，方便为以后对不同的样品5直接采用最佳的火焰处理方案，提高样品5火焰处理的效率，此外，通过将检测液涂覆在样品5上从而判断火焰处理的效果，相对于现有的检测手段来说，成本更低，操作更简便，且效率更高。
60.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。