專利名稱：一種樹脂在纖維層內(nèi)浸潤程度的快速無損檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樹脂在纖維層內(nèi)浸潤程度的檢測方法，具體地，涉及ー種樹脂在纖維層內(nèi)浸潤程度的非接觸式空氣耦合超聲無損檢測方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代預(yù)浸料是將樹脂基體浸潰在增強纖維或織物中制成的半固化片材，是復(fù)合材料的中間材料。增強材料主要有碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和它們的織物?；w材料主要有環(huán)氧樹脂、こ烯基脂、酚醛、雙馬、氰酸脂、聚酰亞胺以及熱塑性樹脂等。使用預(yù)浸料生產(chǎn)的復(fù)合材料相比于其他材料來說，能改善強度，硬度，耐蝕性，疲勞壽命，耐磨耗性，耐沖擊性，輕量化等多種特性。因此，預(yù)浸料的研究對復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展具有重要的意義。 預(yù)浸料加工過程中樹脂在纖維層內(nèi)的浸潤程度或樹脂的均勻分布是預(yù)浸料質(zhì)量的ー個重要評價指標(biāo)，如果浸潰不均勻，預(yù)浸料中存在干點或富樹脂區(qū)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量較次，不能滿足生產(chǎn)需求。因此，預(yù)浸料加工過程中樹脂分布的均勻性或浸潤程度的檢測非常重要。目前對于預(yù)浸料質(zhì)量或樹脂浸潤程度的檢測方法多費時費力，無法進行現(xiàn)場快速超聲無損檢測。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，根據(jù)上述對背景技術(shù)以及存在的技術(shù)問題的理解，本發(fā)明的目的是為了提供一種預(yù)浸料加工過程中樹脂的浸潤程度或分布均勻性的現(xiàn)場快速無損檢測方法，解決以往檢測方法費時費力及不能現(xiàn)場快速無損檢測的問題。本發(fā)明提供了一種樹脂在纖維層內(nèi)浸潤程度的快速無損檢測方法，其包括以下步驟一 根據(jù)待檢測材料性質(zhì)和允許的探頭發(fā)射接收位置，計算所需的空氣耦合探頭頻率，將非接觸式空氣耦合超聲掃描裝置的發(fā)射接收探頭分別置于所述待檢測材料厚度方向上的兩側(cè)，發(fā)射聲波信號，調(diào)節(jié)至預(yù)定的聲學(xué)參數(shù)；ニ利用所述非接觸式空氣耦合超聲掃描裝置掃描所述待檢測材料并根據(jù)超聲波透過率的不同將相應(yīng)區(qū)域按照預(yù)定規(guī)則以至少三種不同圖案分別實時描述并計算所述至少三種不同圖案分別所占比例；三利用所述非接觸式空氣耦合超聲掃描裝置掃描試樣材料井利用金相分析方法按照預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)計算所述至少三種不同圖案所對應(yīng)的所述試樣材料區(qū)域的未浸潤率；四根據(jù)步驟ニ中的所述至少三種不同圖案分別所占比例和步驟三中的所述至少三種不同圖案所對應(yīng)的材料區(qū)域的未浸潤率預(yù)測所述待檢測材料中樹脂的浸潤程度或樹脂分布的均勻性。本發(fā)明通過非接觸式空氣耦合超聲檢測裝置對預(yù)浸料制品進行掃描，得到預(yù)浸料中樹脂分布的均勻性，以及樹脂在預(yù)浸料中的浸潤程度，測試過程快速、簡單、不接觸材料，可實現(xiàn)大面積掃描分析。并且，本方法可以在生產(chǎn)現(xiàn)場進行實時檢測，及時方便地進行指導(dǎo)，有利于提高質(zhì)量和效率。并且，本發(fā)明適用于不同增強纖維或織物與樹脂基體組成的預(yù)浸料浸潤程度或樹脂分布均勻性的檢測和控制，也可以應(yīng)用于檢測不同エ藝制備的預(yù)浸料的檢測，具有檢測精度高和檢測效率高特點。本發(fā)明的以上特性及其他特性將在下文中的具體實施方式
部分進行明確地闡述。


通過參照附圖閱讀以下所作的對非限制性實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯圖1(a)為超聲波透過率良好的示意1(b)為超聲波透過率中等的示意1(c)為超聲波透過率較差的示意2(a)和2(b)是樹脂基體在纖維層內(nèi)的浸潤程度較差的示意圖；圖2(c)為浸潤不足或樹脂分散不均勻的示意圖，其中存在較大尺寸的孔隙；圖2(d)為增強纖維、樹脂基體、孔隙的圖示表示示意圖；圖2(e)為樹脂在纖維層內(nèi)浸潤不完整的示意圖，存在小尺寸少量孔隙或干點；圖2(f)為樹脂在纖維層內(nèi)浸潤完整或較佳的示意圖；圖3 (a)為具體實施方式
浸潤良好的示意3(b)為具體實施方式
浸潤較差的示意圖在圖中，貫穿不同的示圖，相同或類似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的模塊。
具體實施例方式依據(jù)本發(fā)明所述的檢測方案的一個實施例包括以下十一個步驟，具體地分別是步驟一根據(jù)材料厚度、聲波傳播速度等性質(zhì)，和允許的發(fā)射接收探頭位置，計算所需的合適空氣耦合探頭頻率；步驟ニ 將發(fā)射探頭和接收探頭分別置于標(biāo)準(zhǔn)試樣厚度方向兩側(cè)，發(fā)射聲波信號，調(diào)節(jié)聲學(xué)參數(shù)；步驟三在掃描程序中定義三種圖案及對應(yīng)的回波幅度，比如定義圖I (a)所示的圖案所對應(yīng)的回波幅度為80-100%;定義圖1(b)所示的圖案所對應(yīng)的回波幅度為40-80%;定義圖1(c)所示的圖案所對應(yīng)的回波幅度為0-40% ;圖1(a)所示的圖案表示材料均勻，材料中干點和孔隙較少且尺寸可以忽略；圖1(b)所示的圖案表示材料較均勻，存在一定的干點和孔隙，其尺寸根據(jù)應(yīng)用要求可忽略，也可不能忽略；圖1(c)所示的圖案表示材料不 均勻，干點或和孔隙較多，其尺寸不可以忽略；步驟四在掃描程序中定義掃描區(qū)域內(nèi)不同圖案的面積所占總掃描面積的百分比，并且使圖1(b)和圖1(c)所示的圖案代表的面積百分比在實時掃描圖像界面能夠分析和顯示，定義圖I (b)所示的圖案面積占總掃描面積的百分比為Al %，圖I (c)所示的圖案面積占總掃描面積的百分比為A2%，總掃描面積為100% ；步驟五將樹脂膜在干纖維兩側(cè)以一定溫度和壓カ浸入干纖維，制備成不同浸潤程度的試樣，如附圖2(a)至2(f)所示，其中，附圖2(a)和附圖2(b)為浸潤未完成的示意圖，附圖2(c)為浸潤過程完成，但樹脂分布不均勻，存在較多尺寸不可以忽略的干點或孔隙，附圖2(e)為浸潤完成，存在一定的小尺寸干點或孔隙，附圖2(f)為浸潤過程完成，樹脂分布均勻的試樣，使用非接觸式空氣耦合超聲掃描裝置檢測試樣，使掃描圖像和掃描區(qū)域試樣成I:I的關(guān)系；步驟六將掃描區(qū)域試樣進行預(yù)固化，與I : I的掃描圖像進行比較，根據(jù)掃描圖像中純圖I (a)、圖1(b)和圖1(c)所示的圖案的區(qū)域，對應(yīng)試樣的相應(yīng)區(qū)域，切取各種圖案的多個試樣，分別制備成金相試樣，統(tǒng)計各種試樣中沿厚度方向的干纖維和孔隙所占比例。具體操作是對于圖1(a)所示的圖案區(qū)域試樣，在金相分析軟件中定義干點和孔隙對應(yīng)的圖案，統(tǒng)計尺寸在O. 01-0. Imm之間的干點和孔隙所占面積百分率，O. Olmm以下忽略，在同一個試樣的不同區(qū)域進行統(tǒng)計，并且對多個不同試樣進行統(tǒng)計，將統(tǒng)計值取平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值，定義干點和孔隙的百分比(即未浸潤率)為a0% ;根據(jù)在金相分析軟件中干點和孔隙圖案的定義，對圖1(b)所示的圖案區(qū)域試樣進行分析，統(tǒng)計尺寸在O. 1-1. Omm之間的干點和孔隙所占面積百分率，同樣進行同一試樣不同區(qū)域和多個試樣的統(tǒng)計分析，定義未浸
潤率為al%;對圖1(c)所示的圖案區(qū)域試樣進行同樣的操作，統(tǒng)計尺寸大于I. Omm的干點和孔隙所占面積百分率，定義未浸潤率為a2% ；步驟七在步驟六中，統(tǒng)計各圖案對應(yīng)的干點和孔隙百分率，其尺寸可以根據(jù)要求設(shè)定；步驟八經(jīng)過上述步驟分析，得到掃描試樣不同圖案區(qū)域占總掃描區(qū)域面積的百分率，以及各種圖案區(qū)域中的未浸潤率(干點和孔隙所占面積百分率)，同時也可以算出種圖案區(qū)域的未浸潤率占總掃描面積的百分比例，定義未浸潤率為NI%，則掃描區(qū)域中，圖1(a)所示的圖案區(qū)域的未浸潤率為NI0%= (IOO-A1-A2) % Xa0%圖1(b)所示的圖案區(qū)域的未浸潤率為=NI1^= A1^ Xa1V0圖1(c)所示的圖案區(qū)域的未浸潤率為NI2%= A2% Xa2%總的未浸潤率為NI%=NI0% +NI1 % +NI2%浸潤程度或浸潤率為I % = 100 % -NI %步驟九根據(jù)材料エ藝性能和應(yīng)用要求，也可以定義總的未浸潤率為NI% =NI1^ +NI2% ;或者定義總的未浸潤率為NI%= NI2%。即根據(jù)不同精度要求，建立相應(yīng)的定量評價標(biāo)準(zhǔn)；步驟十將建立的評價方法應(yīng)用于檢測不同種類的預(yù)浸料，根據(jù)實時掃描圖像采樣進行分析，驗證和校正建立的評價方法；對于附圖2(f)所示試樣，檢測結(jié)果如附圖1(a)所示；對于附圖2(e)所示的試樣，檢測結(jié)果如附圖3(a)所示，對于附圖2 (a) _2 (C)所示的試樣，檢測結(jié)果如附圖1(c)和附圖3(b)所示；步驟十一采用空氣耦合超聲掃描裝置預(yù)測分析待測預(yù)浸料樣品中樹脂的浸潤程度或樹脂分布的均勻性。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述實施例均是示例性而非限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員在研究附圖、說明書及權(quán)利要求書的基礎(chǔ)上，應(yīng)能理解并實現(xiàn)所掲示的實施例的其他變化的實施例。在權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”并不排除其他裝置或步驟；“一個”不排除多個；術(shù)語“第一”、“第二”用于標(biāo)示名稱而非用于表示任何特定的順序。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記均不應(yīng)被理解為對保護范圍的限制。某些技術(shù)特征出現(xiàn)在不同的從屬權(quán)利要求中并不意味著不能將這些技術(shù)特征進行組合以取得有益效果。本專利覆蓋在字面上或在等同原則下落入所附權(quán)利要求的范圍的所有方法。 ·
權(quán)利要求
1.一種樹脂在纖維層內(nèi)浸潤程度的快速無損檢測方法，包括以下步驟 一根據(jù)待檢測材料性質(zhì)和允許的探頭發(fā)射接收位置，計算所需的空氣耦合探頭頻率，將非接觸式空氣耦合超聲掃描裝置的發(fā)射接收探頭分別置于所述待檢測材料厚度方向上的兩側(cè)，發(fā)射聲波信號，調(diào)節(jié)至預(yù)定的聲學(xué)參數(shù)； ニ利用所述非接觸式空氣耦合超聲掃描裝置掃描所述待檢測材料并根據(jù)超聲波透過率的不同將相應(yīng)區(qū)域按照預(yù)定規(guī)則以至少三種不同圖案分別實時描述并計算所述至少三種不同圖案分別所占比例； 三利用所述非接觸式空氣耦合超聲掃描裝置掃描試樣材料井利用金相分析方法按照預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)計算所述至少三種不同圖案所對應(yīng)的所述試樣材料區(qū)域的未浸潤率； 四根據(jù)步驟ニ中的所述至少三種不同圖案分別所占比例和步驟三中的所述至少三種不同圖案所對應(yīng)的材料區(qū)域的未浸潤率預(yù)測所述待檢測材料中樹脂的浸潤程度或樹脂分布的均勻性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的樹脂在纖維層內(nèi)浸潤程度的快速無損檢測方法，其特征在于，所述步驟ニ中的預(yù)定規(guī)則為 所述超聲波透過率在第一區(qū)間時，相應(yīng)區(qū)域以第一圖案填充； 所述超聲波透過率在第二區(qū)間時，相應(yīng)區(qū)域以第二圖案填充； 所述超聲波透過率在第三區(qū)間時，相應(yīng)區(qū)域以第三圖案填充。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹脂在纖維層內(nèi)浸潤程度的快速無損檢測方法，其特征在于，所述超聲波透過率的所述第一、第二和第三區(qū)間分別為0% -40%,40% -80%和80% -100%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的樹脂在纖維層內(nèi)浸潤程度的快速無損檢測方法，其特征在于，所述步驟三中的所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)為針對所述至少三種不同圖案根據(jù)不同的精度要求分別統(tǒng)計相應(yīng)尺寸的干點和孔隙所占面積的百分比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種樹脂在預(yù)浸料中浸潤程度的檢測方法，該方法包括根據(jù)待檢測材料性質(zhì)和允許的探頭發(fā)射接收位置，計算所需的空氣耦合探頭頻率，將非接觸式空氣耦合超聲掃描裝置的發(fā)射接收探頭分別置于待檢測材料厚度方向上的兩側(cè)，發(fā)射聲波信號，調(diào)節(jié)至預(yù)定的聲學(xué)參數(shù)；掃描待檢測材料并根據(jù)超聲波透過率的不同將相應(yīng)區(qū)域按照預(yù)定規(guī)則以至少三種不同圖案分別實時描述并分別計算其所占比例；掃描待檢測材料并利用金相分析方法按照預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)計算所述至少三種不同圖案所對應(yīng)的試樣材料區(qū)域的未浸潤率；根據(jù)上述結(jié)果預(yù)測所述待檢測材料中樹脂的浸潤程度或樹脂分布的均勻性。此方法與傳統(tǒng)方法相比，存在快速、在線、非接觸和可以大面積可視化檢測特點。
文檔編號G01N29/06GK102866204SQ20121023221
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者陳萍, 劉玲, 王旭, 易楠, 鄭瀟濤, 王占吉 申請人:上海飛機制造有限公司, 同濟大學(xué)