專利名稱：樹脂基復(fù)合材料固化過程實時監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及復(fù)合材料，尤其涉及復(fù)合材料成型工藝中樹脂基復(fù)合材料固化過程的實時監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
樹脂基復(fù)合材料固化過程是高分子基體材料在一定條件下發(fā)生分子交聯(lián)反應(yīng)的過程，形成不溶不熔的三維分子網(wǎng)絡(luò)。由于固化過程中，隨著交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，樹脂粘度不斷發(fā)生變化并逐漸升高，為了保證復(fù)合材料產(chǎn)品質(zhì)量，合格的樹脂含量并減少缺陷的發(fā)生，需嚴(yán)格控制施加壓力的時機和大小。因此，對樹脂基復(fù)合材料固化過程的有效監(jiān)控并指導(dǎo)相應(yīng)的工藝方案和控制產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義。目前普遍實施的復(fù)合材料固化實時監(jiān)控方法主要有，采用光纖傳感器測量樹脂折射率變化的方法，采用超聲波實時測量聲速法，以及測量樹脂動態(tài)介電性能的方法等。上述方法分別利用樹脂固化過程中樹脂對光的折射率、對超聲波的傳播以及介電性能的變化，間接反映樹脂或復(fù)合材料的固化進(jìn)程或狀態(tài)。然而，這些方法雖然具有較高的靈敏度和可靠性，但是相應(yīng)的檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。例如，以采用動態(tài)介電性能測量監(jiān)控樹脂固化反應(yīng)的方法為例，市場上相關(guān)檢測設(shè)備的價格一般至少五十萬人民幣。這極大了限制了生產(chǎn)企業(yè)大規(guī)模推廣應(yīng)用來提高復(fù)合材料產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，一種成本低而又精確可靠的復(fù)合材料實時固化監(jiān)控方法和裝置顯得非常必要。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供了一種樹脂基復(fù)合材料固化過程實時監(jiān)控裝置，包括雙極梳形交錯齒傳感器、電容測量裝置、熱電偶、溫度測量裝置，其中，雙極梳形交錯齒傳感器通過導(dǎo)線連接至模具外的電容測量裝置，熱電偶通過導(dǎo)線連接到溫度測量裝置；所述雙極梳形交錯齒傳感器和所述熱電偶放置在復(fù)合材料與模具之間，并使所述雙極梳形交錯齒傳感器與復(fù)合材料表面貼合。優(yōu)選地,所述電容測量裝置是萬用表。、優(yōu)選地，所述溫度測量裝置是電子溫度計。優(yōu)選地，所述雙極梳形交錯齒傳感器為采用覆銅聚酰亞胺薄膜制備的梳形雙極銅導(dǎo)線電路，兩極的梳形齒呈交錯狀排列。優(yōu)選地，所述雙極梳形交錯齒傳感器寬度為10mm±5mm,梳形長度為20mm±5mm,梳齒寬度為O. Imm O. 2_。本實用新型的樹脂基復(fù)合材料固化過程實時監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，使用方便，且成本較低，全套監(jiān)控設(shè)備成本在五千元以內(nèi)(除去模具和烘箱)，因此適合生產(chǎn)企業(yè)大規(guī)模推廣來提高復(fù)合材料產(chǎn)品的質(zhì)量而不明顯增加生產(chǎn)成本。
圖I為本實用新型樹脂基復(fù)合材料固化監(jiān)控裝置的一個實施例的示意圖；圖2為本實用新型的樹脂基復(fù)合材料固化監(jiān)控裝置的雙極梳形交錯齒傳感器的示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖對本實用新型的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)說明，以便更清楚理解本實用新型的目的、特點和優(yōu)點。應(yīng)理解的是，附圖所示的實施例并不是對本實用新型范圍的限制，而只是為了說明本實用新型技術(shù)方案的實質(zhì)精神。圖中相同的部分采用相同的附圖標(biāo)記表不。參見圖1，樹脂基復(fù)合材料固化實時監(jiān)控裝置包括雙極梳形交錯齒傳感器I、電 容測量裝置2、熱電偶3、溫度測量裝置4。如圖所示，雙極梳形交錯齒傳感器I和熱電偶3放置在復(fù)合材料10與模具5之間，并使傳感器I和熱電偶3緊密貼合復(fù)合材料10。同時，傳感器I通過導(dǎo)線連接至模具外的電容測量裝置2，熱電偶3亦通過導(dǎo)線連接到溫度測量裝置
4。電容測量裝置2可以是普通具備測量電容功能的萬用表或者是專用電容測量儀器。溫度測量裝置4可以是普通具備測量溫度的溫度計或?qū)Ｓ玫臏囟葴y量儀器，優(yōu)選的是電子溫度計。雙極梳形交錯齒傳感器I為采用覆銅聚酰亞胺薄膜制備的梳形雙極銅導(dǎo)線電路，兩極的梳形齒呈交錯狀排列，雙極梳形傳感器寬度B為10mm±5mm,梳形長度A為20mm±5mm,梳齒寬度C為0. Imm 0.2mm,如圖2所示。當(dāng)對復(fù)合材料開始加溫時,記錄下時間、溫度、電容值讀數(shù)，根據(jù)電容值隨溫度和時間的變化來表征樹脂固化反應(yīng)程度。本實用新型的樹脂基復(fù)合材料固化過程實時監(jiān)控裝置原理是所測量的樹脂基復(fù)合材料電容值在剛開始升溫階段呈現(xiàn)隨時間或溫度升高而衰減的趨勢，這是由于樹脂基復(fù)合材料的粘度隨溫度升高而降低；當(dāng)樹脂基復(fù)合材料固化反應(yīng)進(jìn)入到凝膠反應(yīng)階段時，樹脂基復(fù)合材料電容值隨時間或溫度升高而増大；當(dāng)樹脂固化完成后其電容值將達(dá)到最大值并保持住，其后將不再隨著時間和溫度的升高而變化。基于以上原理，一種應(yīng)用本實用新型的裝置對樹脂基復(fù)合材料固化過程實時監(jiān)控的方法包括將雙極梳形交錯齒傳感器和熱電偶放置于模具內(nèi)，并與未固化樹脂基復(fù)合材料的表面貼合；將熱電偶通過導(dǎo)線連接至模具外的溫度測量裝置；將雙極梳形交錯齒傳感器通過導(dǎo)線連接至模具外的電容測量裝置并記錄復(fù)合材料固化過程中隨時間變化的電容絕對值；以及依據(jù)所測得的表征樹脂狀態(tài)變化的電容絕對值確定樹脂狀態(tài)，進(jìn)而實時監(jiān)控樹脂基復(fù)合材料固化過程。通過該方法，如果所測量到的電容值在升溫階段呈現(xiàn)隨時間或溫度升高而衰減的趨勢時，則判定樹脂固化反應(yīng)未達(dá)到凝膠反應(yīng)階段；所測量到的電容值隨時間或溫度升高而增大時，則判定樹脂固化反應(yīng)進(jìn)入到凝膠反應(yīng)階段；所測量到電容值達(dá)到最大值并不再隨著時間和溫度的升高而變化時，則判定樹脂固化完成。[0025]基于該樹脂基復(fù)合材料固化過程實時監(jiān)控方法，根據(jù)所實時測量到的樹脂電容絕對值，可實時判斷樹脂基復(fù)合材料的固化已經(jīng)進(jìn)行到哪個階段，并可據(jù)此實時調(diào)整和優(yōu)化施加壓力的時間點、大小等參數(shù)。實施例 對酚醛環(huán)氧樹脂F(xiàn)-46、及BF3、MEA和玻璃纖維復(fù)合材料預(yù)浸料的固化過程的實時監(jiān)控，步驟如下將復(fù)合材料預(yù)浸料放置在模具5上；將雙極梳形交錯齒傳感器I和熱電偶3放置在復(fù)合材料預(yù)浸料和模具5的之間，并使傳感器I與復(fù)合材料預(yù)浸料的表面貼合；將傳感器I通過導(dǎo)線連接至具備電容測量功能的萬用表2，選擇納法量程； 將熱電偶3通過導(dǎo)線連接至溫度測量裝置4 ；將預(yù)浸料封裝在模具內(nèi)并抽真空至O. 095MPa的負(fù)壓后與模具一起整體放入熱壓罐6內(nèi)加熱；以及以2°C /min的升溫速率從室溫升高到180°C，并記錄下萬用表2的電容值和溫度測量裝置4的溫度值。所測得的結(jié)果如下表
時間(min) j溫度(°C ) j電容(nF)
O252 XICT2
1350I. 3 XICT2
28806 XICT3
381005 XICT3
431104X1CT3
481209 XICT3
581408.2 XICT2
631509. 5 XICT2
681602.9 XICT1
731703.2 XICT1
781803. 3 XICT1從上面結(jié)果可以看出，復(fù)合材料預(yù)浸料固化開始時電容呈下降趨勢，這是由于樹脂隨溫度升高而導(dǎo)致粘度降低，隨后樹脂固化反應(yīng)(凝膠)開始呈主導(dǎo)作用而導(dǎo)致粘度不斷升高，并造成電容不斷增大。因此，要獲得孔隙率小、強度高的復(fù)合材料，應(yīng)在樹脂電容值開始上升前的適當(dāng)時刻施加外部壓力，即針對該復(fù)合材料預(yù)浸料，應(yīng)在110°C或43min左右加壓，才能使復(fù)合材料達(dá)到最佳性能。加壓太早(100°C左右以前)，粘度太小，膠液流失過多，致使孔隙率大，形成局部分層，復(fù)合材料力學(xué)強度低；加壓太遲(120°C左右以后)，超過凝膠點，粘度已很大交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已形成，外加壓力已不能把樹脂和纖維壓密實了，因此孔隙率很大，復(fù)合材料力學(xué)強度也很低。本實用新型的樹脂基復(fù)合材料固化過程實時監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，使用方便，且成本較低，全套監(jiān)控設(shè)備成本在五千元以內(nèi)(除去模具和烘箱)，因此適合生產(chǎn)企業(yè)大規(guī)模推廣來提高復(fù)合材料產(chǎn)品的質(zhì)量而不明顯增加生產(chǎn)成本。以上已詳細(xì)描述了本實用新型的較佳實施例，但應(yīng)理解到，在閱讀了本實用新型的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改。這些等價形式同樣落于本申請 所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求1.一種樹脂基復(fù)合材料固化過程實時監(jiān)控裝置，包括雙極梳形交錯齒傳感器、電容測量裝置、熱電偶、溫度測量裝置，其中， 雙極梳形交錯齒傳感器通過導(dǎo)線連接至模具外的電容測量裝置，熱電偶通過導(dǎo)線連接到溫度測量裝置； 所述雙極梳形交錯齒傳感器和所述熱電偶放置在復(fù)合材料與模具之間，并使所述雙極梳形交錯齒傳感器與復(fù)合材料表面貼合。
2.如權(quán)利要求I所述的實時監(jiān)控裝置，其特征在于，所述電容測量裝置是萬用表。
3.如權(quán)利要求I所述的實時監(jiān)控裝置，其特征在于，所述溫度測量裝置是電子溫度計。
4.如權(quán)利要求I所述的實時監(jiān)控裝置，其特征在于，所述雙極梳形交錯齒傳感器為采用覆銅聚酰亞胺薄膜制備的梳形雙極銅導(dǎo)線電路，兩極的梳形齒呈交錯狀排列。
5.如權(quán)利要求4所述的實時監(jiān)控裝置，其特征在干，所述雙極梳形交錯齒傳感器寬度為10_±5_，梳形長度為20_±5_，梳齒寬度為0. Imm 0. 2_。
專利摘要一種樹脂基復(fù)合材料固化過程實時監(jiān)控裝置，其特征在于，包括雙極梳形交錯齒傳感器、電容測量裝置、熱電偶、溫度測量裝置，其中，雙極梳形交錯齒傳感器通過導(dǎo)線連接至模具外的電容測量裝置，熱電偶通過導(dǎo)線連接到溫度測量裝置；所述雙極梳形交錯齒傳感器和所述熱電偶放置在復(fù)合材料與模具之間，并使所述雙極梳形交錯齒傳感器與復(fù)合材料表面貼合。通過該監(jiān)控裝置，可在樹脂基復(fù)合材料固化過程中，測量所述復(fù)合材料的電容絕對值，從而監(jiān)控固化過程。本實用新型的樹脂基復(fù)合材料固化過程實時監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，使用方便，且成本較低。
文檔編號G01N27/22GK202362267SQ20112051565
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者張笑晴, 李紅周, 祝穎丹, 范欣愉, 顏春 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所