CN101051019A - 纤维铺层面内及厚度方向渗透率测试装置与饱和渗透率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于树脂基复合材料中连续纤维增强体在铺层面内及厚度方向上渗透率的测试装置及其饱和渗透率的测试方法，通过设计了一套渗透率测试模具，从而实现了试样的制备和纤维铺层面内方向与厚度方向饱和渗透率的测定。该方法首先将预浸料或干态的纤维织物铺放在测试模具中，利用上下分流板和模腔的四边将纤维铺层的网络结构固定下来，再使用溶剂将预浸料中的树脂去除，解决了单向预浸料不易制样的问题；通过加压设备对纤维铺层施加压力，改变其纤维体积分数；然后在测试模具上安装各种附件，以形成不同的流动通道，包括纤维铺层面内方向的流动通道和厚度方向的流动通道；在气压的作用下将低粘度的液体注入到测试模具中，使其在纤维铺层中流动，同时使用秒表和量筒记录不同液体进口压力下液体的流速；基于测得的数据并结合达西定律在不同流动方向上的具体形式，计算出相应的纤维面内和厚度方向饱和渗透率。

Description

纤维铺层面内及厚度方向渗透率测试装置与饱和渗透率测试方法

技术领域

本发明涉及一种渗透率测试装置及其渗透率测试方法，更具体地说，是指应用于树脂基复合材料中连续纤维增强体在铺层面内及厚度方向饱和渗透率的测试方法和渗透率测试装置。

背景技术

渗透率是表征压力作用下流体在多孔介质中流动难易程度的参数，渗透率越大表示多孔介质对流体的流动阻力越小。在连续纤维增强树脂基复合材料的制造过程中，纤维的渗透率是影响树脂流动状态的重要因素之一，它由纤维的物理特性和纤维网络的内部结构所决定，同时也与树脂的物理特性、流动方向以及树脂对纤维的浸润状态有关。此外，复合材料成型工艺不同，渗透率的表现形式也不同。例如，在液体成型工艺中树脂在注射压力的作用下流入干态的纤维预成形体中，由于树脂的流动和对纤维的浸润同时进行，因此相应的渗透率称为非饱和渗透率；而在热压成型工艺中经常要以由纤维和树脂组成的预浸料为原材料制造复合材料，而一般可以认为预浸料中的纤维已经被树脂充分的浸润，工艺过程中树脂在湿态的纤维中进行流动，相应的渗透率称为饱和渗透率。由于树脂—纤维浸润特性和纤维网络内部夹杂空气等因素的影响，这两种渗透率往往有明显的差别。

渗透率是研究复合材料成型过程，尤其是树脂流动过程的重要参量，而且也是复合材料成型过程计算机模拟和工艺优化中必不可少的输入参数。近些年来复合材料的制造模拟已成为了一个研究热点，建立可靠、准确的渗透率测试方法是保证模拟结果准确度的前提条件之一。目前非饱和渗透率的测试方法较多，主要原理是监测树脂流动前锋和树脂压力或树脂流速的变化，结合达西定律计算得到渗透率的值；而饱和渗透率的研究多集中于理论计算方面，在测试方法方面报道很少，这主要是因为以下几点造成的：(1)测试前纤维的网络结构中已经饱和了液体，流动时不存在流动前锋，通常的非饱和渗透率测试方法无法应用；(2)对于非薄壁类结构的复合材料制件而言，在成型过程中树脂会同时向多个方向流动，因为渗透率属于张量，在不同方向上渗透率的大小不同，需要分别测定，这给测试模具的设计提出了更高的要求；(3)热压工艺中大量地使用纬向无纤维的单向预浸料，这种预浸料中的树脂粘度很大甚至呈固态，无法用作为测试液体，需要将树脂去除后用粘度小的液体重新浸润纤维并进行测试，而制样过程中纤维纬向没有束缚力，容易散乱，造成纤维网络结构发生很大改变，测得的渗透率无法反映实际工艺过程中纤维增强体的渗透特性；(4)由于试样无法裁剪得与模具尺寸完全一致，导致流体在纤维层与模具之间的缝隙内进行边缘流动，这使得渗透率测定值偏大，而热压工艺用的纤维铺层体系，其纤维体积分数一般比较高，渗透率很小，边缘效应的影响更大。由此可见，纤维铺层饱和渗透率测试方法和测试装置的建立不但具有重要的理论意义和应用价值，而且具有一定的技术难度，需要兼顾多方面因素的影响才能实现准确的测量。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种纤维铺层面内及厚度方向渗透率测试装置，该装置通过腔体与上分流板、下分流板、左侧进流板、右侧出流板的组合，实现了在同一模具中完成纤维铺层面内饱和渗透率测试，以及纤维铺层厚度方向饱和渗透率测试。

本发明的目的之二是提出一种纤维铺层面内及厚度方向饱和渗透率测试方法，该测试方法可以同时测定纤维铺层厚度方向和面内方向饱和渗透率，可以通过调节压力控制纤维体积分数，实现不同纤维体积分数下渗透率的测量，同时保证在试样制备过程中纤维不散乱并且有效地控制边缘流动，从而最大限度地减小测量误差。

本发明是一种应用于树脂基复合材料中连续纤维增强体在铺层面内及厚度方向上渗透率的测试装置，该测试装置由空气压缩机、储液罐、压力表、量筒和模具组成，空气压缩机与储液罐通过A管道连接，储液罐与模具的进液端通过B管道连接，B管道上设有用于测量进入模具中测试液压力的压力表，量筒放置在模具的出液端，用于量出测试液从模具中流出的量。根据改变模具的装配可以实现纤维铺层面内和厚度方向饱和渗透率的测试。

本发明是一种应用于树脂基复合材料中连续纤维增强体在铺层面内及厚度方向饱和渗透率的测试方法，由于测试液在纤维铺层面内和厚度方向的流动方向是不同的，在本发明中分别进行分步说明。

本发明解决所述技术问题的关键是设计了一套渗透率测试模具，从而实现了试样的制备和纤维铺层面内方向与厚度方向饱和渗透率的测定。该方法首先将预浸料或干态的纤维织物铺放在测试模具中，利用上下分流板和模腔的四边将纤维铺层的网络结构固定下来，再使用溶剂将预浸料中的树脂去除，解决了单向预浸料不易制样的问题；通过加压设备对纤维铺层施加压力，改变其纤维体积分数；然后在测试模具上安装各种附件，以形成不同的流动通道，包括纤维铺层面内方向的流动通道和厚度方向的流动通道；在气压的作用下将低粘度的液体注入到测试模具中，使其在纤维铺层中流动，同时使用秒表和量筒记录不同液体进口压力下液体的流速；基于测得的数据并结合达西定律在不同流动方向上的具体形式，计算出相应的纤维面内和厚度方向饱和渗透率。

纤维铺层与模具间隙造成的边缘流动会明显增大渗透率测试结果的误差，而这种间隙又很难避免。本发明中使用宽度和厚度均较小的密封胶条，粘贴于纤维铺层与模具之间，同时利用纤维铺层受压时的挤压作用充分将边缘缝隙封堵，从而在不影响纤维网络结构和纤维体积分数的情况下尽可能地减小了边缘流动带来的误差。通过以上的各项设计，试样测试时的状态与实际生产中的状态非常相近，并且可以同时测定不同方向上的饱和渗透率变化曲线，因此所得结果具有很高的实用价值。

本发明纤维铺层饱和渗透率测试方法的优点在于：(1)可以使用一个试样同时实现纤维铺层面内和厚度方向渗透率的测定，测试效率高；(2)适用于玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等各种连续纤维，也适用于各种织物类型和预浸料，尤其适用于普通方法难以测定的单向预浸料；(3)可以实现不同铺层方式、不同铺层层数、不同纤维体积分数下渗透率的测定；(4)测量误差小，所得数据具有较高的可靠性和重复性；(5)操作简单且不需要复杂、昂贵的设备。

附图说明

图1是本发明渗透率测试装置的外部结构示图。

图1A是上进流板仰视图。

图1B是下分流板结构示图。

图1C是下出流板结构示图。

图2是本发明纤维铺层厚度方向渗透模腔结构示图。

图3是本发明纤维铺层面内渗透模腔结构示图。

图4是测试纤维铺层厚度方向饱和渗透率的装配图。

图5是测试纤维铺层面内饱和渗透率的装配图。

图6是纤维体积分数与渗透率的关系曲线。

图中：    1.腔体        101.渗透腔   102.凸台       103.锁紧钉104.A通孔     105.螺纹孔    106.B通孔    107.右侧出流孔 108.左侧进流孔2.下出流板    201.H通孔     202.C凹槽    203.下出流嘴   3.右侧出流板301.右导管    4.左侧进流板  401.左导管   5.上进流板     501.A凹槽502.右把手    503.左把手    504.C通孔    505.上进流嘴   6.上分流板601.D凹槽     7.下分流板    701.导流孔   702.D通孔      703.E通孔704.F通孔     705.B凹槽     706.G通孔    11.空气压缩机  12.储液罐13.压力表     14.量筒       15.模具      16.A管道       17.B管道

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种应用于树脂基复合材料中连续纤维增强体在铺层面内及厚度方向上渗透率的测试装置(请参见图4、图5所示)，该测试装置由空气压缩机11、储液罐12、压力表13、量筒14和模具15组成，空气压缩机11与储液罐12通过A管道16连接，储液罐12与模具15的进液端通过B管道17连接，B管道17上设有用于测量进入模具15中测试液压力的压力表13，量筒14放置在模具15的出液端，用于量出测试液从模具15中流出的量。

参见图1与图2所示，所述模具15由腔体1、上进流板5、下分流板7、下出流板2、右侧出流板3、左侧进流板4、上分流板6组成，腔体1的上方是上进流板5，腔体1的下方是下分流板7，下分流板7的底部是下出流板2，腔体1的左侧面上设有左侧进流板4，腔体1的右侧面上设有右侧出流板3；本发明模具15采用45号钢制作，具有较高的刚度和很长的使用寿命，以减小模具变形带来的测试误差。

所述腔体1的中心设有渗透腔101，渗透腔101内四壁分别有多个凸台102(参见图2所示)，渗透腔101的左侧板上开有左侧进流孔108，渗透腔101的右侧板上开有右侧出流孔107(参见图3所示)，腔体1的端面上开有A通孔104、螺纹孔105、B通孔106。上分流板6放置在渗透腔101内(参见图2所示)。渗透腔101内的凸台102上装配有锁紧钉103(参见图2所示)，用于调节纤维铺层的纤维体积分数。左侧进流孔108、右侧出流孔107的直径为2～6mm，使液体可以均匀地沿纤维铺层面内方向流动。

所述上进流板5的中心设有上进流嘴505，四周开有C通孔504，左侧设有左把手503，右侧设有右把手502(参见图1所示)，上进流板5的底部中心开有A凹槽501(参见图1A所示)。

所述下分流板7上设有B凹槽705，B凹槽705内开有导流孔701，B凹槽705的四角开有F通孔704，下分流板7的四周开有D通孔702、G通孔706、E通孔703。导流孔701的直径为2～6mm，使液体可以均匀地沿纤维铺层厚度方向流动(参见图1B所示)。上分流板6上的导流孔的直径为2～6mm，使液体可以均匀地沿纤维铺层厚度方向流动(参见图2所示)。

所述下出流板2的底部中心设有下出流嘴203，四周开有H通孔201，下出流板2的上部中心开有C凹槽202(参见图1C所示)。

所述右侧出流板3上设有右导管301，所述左侧进流板4上设有左导管401(参见图2所示)。在进行厚度方向渗透率测试时，分别在右导管301、左导管401上套上螺帽，防止液体沿纤维铺层面内方向流动。在进行面内方向渗透率测试时，分别在上分流板6、下分流板7的凹槽内加装盖板，防止液体沿纤维铺层厚度方向流动。

在本发明中，C通孔504、A通孔104、D通孔702和H通孔201用于螺栓通过，G通孔706和螺纹孔105用于螺钉通过，E通孔703和B通孔106用于销钉通过。

本发明是一种应用于树脂基复合材料中连续纤维增强体在铺层面内及厚度方向饱和渗透率的测试方法，由于测试液在纤维铺层面内和厚度方向的流动方向是不同的，当在对纤维铺层厚度方向进行渗透率测试时，其厚度方向渗透率测试方法有如下步骤：

第一步：试样选取

将试样剪裁成与渗透腔101适配大小的尺寸，试样面积为S；然后按照铺层方式和铺层层数n进行铺叠形成纤维铺层；

所述试样可以是不含树脂的纤维织物，也可以是预浸料。所述纤维织物是平纹织物、斜纹织物、缎纹织物等；所述预浸料中树脂是环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马树脂等；所述预浸料中纤维是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或者玄武岩纤维等。

所述铺层方式有单向铺层、正交铺层、准各向同性铺层等。

所述铺层层数n有10～60层。

第二步：渗透率测试预准备

将腔体1倒置，按先后顺序在渗透腔101中放入上分流板6、所述纤维铺层、下分流板7；螺钉通过G通孔706和螺纹孔105将下分流板7固定在腔体1的底部，实现了将所述纤维铺层夹紧在渗透腔101中。安放下分流板7前，在纤维铺层与渗透腔101内壁接触的周边用裁剪成0.5～2mm宽、0.2～1毫米厚的密封胶条密封，以保证渗透率测试时液体无法在边缘缝隙处流动。

在凸台102中装配上锁紧钉103，通过调节锁紧钉103可以使上分流板6与所述纤维铺层贴紧。右侧出流板3安装在腔体1右侧，左侧进流板4安装在腔体1左侧。装配获得可施压模具。

第三步：纤维铺层纤维体积分数的控制

在本发明中，为了确定纤维铺层渗透率与纤维体积分数V_f之间的定量关系，在测量渗透率之前需要得到纤维铺层的纤维体积分数V_f，渗透率与纤维体积分数V_f之间的典型关系曲线如图6所示。

将第二步中的可施压模具置于加压设备上，压力0～2MPa；加压设备的压头与上分流板6接触，用游标卡尺测量腔体1上端面距上分流板6的高度h。

待上分流板6下降值稳定后，调节锁紧钉103，防止卸压后纤维回弹，记录下高度h；然后卸压并将模具从加压设备上取下。

由此可以通过调节压力的方法改变纤维体积分数 $V_f=\frac{{\mathrm{na}}_f}{{\mathrm{\ρ}}_f{h}_f},$ 其中h_f＝h₀-h。

将上进流板5安装在腔体1上部，下出流板2安装在下分流板7底部，装配获得渗透率测试模具。

第四步：纤维铺层厚度方向渗透率测试(部件装配参见图4所示)

在左导管401、右导管301上分别套接一螺帽，防止测试液沿纤维铺层面内流动；

将B管道17的一端与所述渗透率测试模具的上进流嘴505连接；

将量筒14放置在下出流嘴203的正下方；

打开空气压缩机11输出0～0.1MPa的气压给储液罐12，储液罐12中的测试液在气压的推动下先后经上进流板5、上分流板6、纤维铺层、下分流板7、下出流板2流出，由量筒14根据30～300s时间内接收的测试液体积V得到测试液的流速Q。

在测量纤维铺层厚度方向渗透率时，利用了空气压缩机11提供的压缩空气将储液罐12中的测试液从模具15的上进流板5注入，测试液沿纤维铺层厚度方向流动，并最终从下出流板2流入到量筒14中。通过调节压力表13可以改变测试液进口压力P的大小，从而改变测试液流速Q，根据达西定律可以得到厚度方向饱和渗透率k_z。

所述厚度方向饱和渗透率 $k_Z=\frac{\mathrm{Q\η}{h}_f}{\mathrm{PS}},$ 式中，k_z表示厚度方向饱和渗透率，Q表示测试液流速，η表示测试液的粘度，h_f表示渗透腔101中平铺纤维层数n后形成的纤维铺层厚度，P表示压力表的显示值，S表示纤维铺层中顶层的表面积。

本发明是一种应用于树脂基复合材料中连续纤维增强体在铺层面内及厚度方向饱和渗透率的测试方法，由于测试液在纤维铺层面内和厚度方向的流动方向是不同的，当在对纤维铺层面内进行渗透率测试时，其面内渗透率测试方法有如下步骤：

第一步：试样选取

将试样剪裁成与渗透腔101适配大小的尺寸，试样面积为S；然后按照铺层方式和铺层层数n进行铺叠形成纤维铺层；

所述试样可以是不含树脂的纤维织物，也可以是预浸料。所述纤维织物是平纹织物、斜纹织物、缎纹织物等；所述预浸料中树脂是环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马树脂等；所述预浸料中纤维是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或者玄武岩纤维等。

所述铺层方式有单向铺层、正交铺层、准各向同性铺层等。

所述铺层层数n有10～60层。

第二步：渗透率测试预准备

将腔体1倒置，按先后顺序在渗透腔101中放入上分流板6、所述纤维铺层、下分流板7；螺钉通过G通孔706和螺纹孔105将下分流板7固定在腔体1的底部，实现了将所述纤维铺层夹紧在渗透腔101中。安放下分流板7前，在纤维铺层与渗透腔101内壁接触的周边用裁剪成0.5～2mm宽、0.2～1毫米厚的密封胶条密封，以保证渗透率测试时液体无法在边缘缝隙处流动。

在凸台102中装配上锁紧钉103，通过调节锁紧钉103可以使上分流板6与所述纤维铺层贴紧。右侧出流板3安装在腔体1右侧，左侧进流板4安装在腔体1左侧。装配获得可施压模具。

第三步：纤维铺层纤维体积分数的控制

在本发明中，为了确定纤维铺层渗透率与纤维体积分数V_f之间的定量关系，在测量渗透率之前需要得到纤维铺层的纤维体积分数V_f，渗透率与纤维体积分数V_f之间的典型关系曲线如图6所示。

将第二步中的可施压模具置于加压设备上，压力0～2MPa；加压设备的压头与上分流板6接触，用游标卡尺测量腔体1上端面距上分流板6的高度h。

待上分流板6下降值稳定后，调节锁紧钉103，防止卸压后纤维回弹，记录下高度h；然后卸压并将模具从加压设备上取下。

由此可以通过调节压力的方法改变纤维体积分数 $V_f=\frac{{\mathrm{na}}_f}{{\mathrm{\ρ}}_f{h}_f},$ 其中h_f＝h₀-h。

将上进流板5安装在腔体1上部，下出流板2安装在下分流板7底部，装配获得渗透率测试模具。

第四步：纤维铺层面内渗透率测试(部件装配参见图5所示)

首先取下第三步中渗透测试模具的上进流板5，并在上分流板6的D凹槽601内压上盖板，然后将上进流板5再次安装在腔体1上部；然后，在上进流嘴505、下出流嘴203上分别套接螺帽，防止测试液沿纤维铺层厚度方向流动；

将量筒14放置在右导管301的正下方；

将B管道17的一端与所述渗透测试模具的左导管401连接；打开空气压缩机11输出0～0.1MPa的气压给储液罐12；储液罐12中的测试液在气压的推动下先后经左导管401、左侧进流孔108、纤维铺层、右侧出流孔107、右导管301流出，由量筒14根据30～300s时间内接收的测试液体积V得到测试液的流速Q。

在测试纤维铺层面内渗透率时，利用了空气压缩机11提供的压缩空气将储液罐12中的测试液从模具15的左侧进流板4注入，测试液沿纤维铺层面内方向流动，并最终从右侧出流板3流入到量筒14中。通过调节压力表13可以改变液体进口压力P的大小，从而改变测试液流速Q，根据达西定律可以得到面内饱和渗透率k_p。

所述面内饱和渗透率 $k_p=\frac{\mathrm{Q\η}}{{\mathrm{Ph}}_f},$ 式中，k_p表示面内饱和渗透率，Q表示测试液流速，η表示测试液的粘度，h_f表示渗透腔101中平铺纤维层数n后形成的纤维铺层厚度，P表示压力表的显示值。

在本发明针对渗透率饱和测试方法中，厚度方向渗透率测试的第四步和面内渗透率测试的第四步为并列关系。此步骤中，由于测试液流出端的不同，致使模具在装配上有所不同。从而使本发明的测试装置具有了能够实现两种渗透率的测试，有效地降低了试样制作成本。为了测试纤维铺层面内的渗透率，其步骤与纤维铺层厚度方向渗透率在第一步、第二步、第三步相同，不同在于第四步。

在本发明中，所述测试液为大豆油、玉米浆或者不饱和聚酯等。

在本发明中，当所测试样为预浸料时，在第二步后需要对预浸料进行前处理。所述前处理是指将所述可施压模具放入溶剂中脱除预浸料中的树脂。所述溶剂是丙酮、乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃等。

若要测定更高纤维体积分数下的饱和渗透率，可以施加更大的压力使纤维铺层的厚度进一步减小，然后按前面所述的第三步、第四步进行测试。如此循环并不断地调节压力进行渗透率测定，可以得到纤维铺层厚度方向和面内饱和渗透率随纤维体积分数增大而减小的变化曲线。

实施例1：

采用S-2高强玻璃纤维/环氧E51树脂单向预浸料为测试对象。将预浸料裁剪成10×10cm²后铺放40层，铺层方式为单向铺层；用丙酮将环氧E51树脂溶解后，用大豆油浸润纤维铺层，然后以小型压机为加压设备，以大豆油为测试液体，测定纤维体积分数在47～71％范围内的纤维铺层面内和厚度方向饱和渗透率，压力P在0.01～0.08MPa范围内调节，实验温度为20℃，该温度下大豆油的粘度为0.06Pa·s，测试结果见表1和表2。

    表1.纤维铺层面内饱和渗透率的测试结果

纤维体积分数(％)	面内渗透率(10-12m2)
		47.0	23.3
51.6	15.3
		56.6	10.5

63.0	6.2
		67.8	3.5
70.0	1.3
		71.0	0.9

  表2.纤维铺层厚度方向饱和渗透率的测试结果

纤维体积分数(％)	厚度方向渗透率(10-14m2)
		47.0	25.1
51.6	12.2
		56.6	4.6
63.0	2.4
		67.8	1.1
70.0	1.0
		71.0	0.8

实施例2：

采用T700碳纤维平纹布织物为测试对象。将织物裁剪成10×10cm²后铺放20层，铺层方式为正交铺层；以小型压机为加压设备，以玉米浆为测试液体，测定纤维体积分数在60％时的纤维铺层面内和厚度方向饱和渗透率，压力P在0.03～0.05MPa范围内调节，实验温度为15℃，该温度下玉米浆的粘度为0.04Pa·s，测试所得的纤维铺层面内和厚度方向饱和渗透率分别为6.2×10^-12m²和7.8×10^-13m²。

实施例3：

采用T300碳纤维斜纹布织物为测试对象。将织物裁剪成10×10cm²后铺放35层，铺层方式为准各向同性铺层；以小型压机为加压设备，以大豆油为测试液体，测定纤维体积分数在55％时的纤维铺层面内和厚度方向饱和渗透率，压力P在0.07～0.09MPa范围内调节，实验温度为25℃，该温度下大豆油的粘度为0.03Pa·s，测试所得的纤维铺层面内和厚度方向饱和渗透率分别为13.2×10^-12m²和10.1×10^-14m²。

本发明中引用符号的物理意义为：

Vf	表示纤维体积分数。
		n	表示纤维铺层的铺层层数，简称纤维层数。
af	表示纤维层的纤维面密度，单位为kg/m2。
		ρf	表示纤维的体密度，单位为kg/m3。
hf	表示渗透腔101中纤维铺层的厚度，单位为m。
		h0	表示未放纤维铺层时腔体1上端面距上分流板6的高度，单位为m。
h	表示腔体1上端面距上分流板6的高度，单位为m。
		kp	表示纤维铺层面内饱和渗透率，单位为m2。
Q	表示测试液的体积流速，单位为m3/s。
		η	表示测试液的粘度，单位为Pa·s。
P	表示压力表13的显示值，单位为Pa。
		kz	表示纤维铺层厚度方向的饱和渗透率，单位为m2。
S	表示试样面积，即纤维层的长×宽，单位为m2。

Claims (6)

1、一种应用于树脂基复合材料中连续纤维增强体在铺层面内及厚度方向上渗透率的测试装置，其特征在于：由空气压缩机(11)、储液罐(12)、压力表(13)、量筒(14)和模具(15)组成，空气压缩机(11)与储液罐(12)通过A管道(16)连接，储液罐(12)与模具(15)的进液端通过B管道(17)连接，B管道(17)上设有用于测量进入模具(15)中测试液压力的压力表(13)，量筒(14)放置在模具(15)的出液端；

所述模具(15)由腔体(1)、上进流板(5)、下分流板(7)、下出流板(2)、右侧出流板(3)、左侧进流板(4)、上分流板(6)组成，腔体(1)的上方是上进流板(5)，腔体(1)的下方是下分流板(7)，下分流板(7)的底部是下出流板(2)，腔体(1)的左侧面上设有左侧进流板(4)，腔体(1)的右侧面上设有右侧出流板(3)；所述腔体(1)的中心是渗透腔(101)，渗透腔(101)内四壁分别有多个凸台(102)，渗透腔(101)的左侧板上开有左侧进流孔(108)，渗透腔(101)的右侧板上开有右侧出流孔(107)，腔体(1)的端面上开有A通孔(104)、螺纹孔(105)、B通孔(106)；上分流板(6)放置在渗透腔(101)内；渗透腔(101)内的凸台(102)上装配有锁紧钉(103)；

所述左侧进流孔(108)、右侧出流孔(107)的直径为2～6mm；

所述上进流板(5)的中心设有上进流嘴(505)，四周开有C通孔(504)，左侧设有左把手(503)，右侧设有右把手(502)，上进流板(5)的底部中心开有A凹槽(501)；

所述下分流板(7)上设有B凹槽(705)，B凹槽(705)内开有导流孔(701)，B凹槽(705)的四角开有F通孔(704)，下分流板(7)的四周开有D通孔(702)、G通孔(706)、E通孔(703)；导流孔(701)的直径为2～6mm；

所述上分流板(6)上的导流孔的直径为2～6mm；

所述下出流板(2)的底部中心设有下出流嘴(203)，四周开有H通孔(201)，下出流板(2)的上部中心开有C凹槽(202)；

所述右侧出流板(3)上设有右导管(301)；

所述左侧进流板(4)上设有左导管(401)。

2、根据权利要求1所述的渗透率测试装置，其特征在于：C通孔(504)、A通孔(104)、D通孔(702)和H通孔(201)用于螺栓通过，G通孔(706)和螺纹孔(105)用于螺钉通过，E通孔(703)和B通孔(106)用于销钉通过。

3、根据权利要求1所述的渗透率测试装置应用于树脂基复合材料中连续纤维增强体在纤维铺层厚度方向进行渗透率测试的方法，其特征在于：厚度方向渗透率测试方法有如下步骤：

第一步：试样选取

将试样剪裁成与渗透腔(101)适配大小的尺寸，试样面积为S；然后按照铺层方式和铺层层数n进行铺叠形成纤维铺层；

第二步：渗透率测试预准备

将腔体(1)倒置，按先后顺序在渗透腔(101)中放入上分流板(6)、所述纤维铺层、下分流板(7)；螺钉通过G通孔(706)和螺纹孔(105)将下分流板(7)固定在腔体(1)的底部；安放下分流板(7)前，在纤维铺层与渗透腔(101)内壁接触的周边用裁剪成0.5～2mm宽、0.2～1毫米厚的密封胶条密封，以保证渗透率测试时液体无法在边缘缝隙处流动；

在凸台(102)中装配上锁紧钉(103)，右侧出流板(3)安装在腔体(1)右侧，左侧进流板(4)安装在腔体(1)左侧，装配获得可施压模具；

第三步：纤维铺层纤维体积分数的控制

将第二步中的可施压模具置于加压设备上，压力0～2MPa；加压设备的压头与上分流板(6)接触，用游标卡尺测量腔体(1)上端面距上分流板(6)的高度h；

待上分流板(6)下降值稳定后，调节锁紧钉(103)，防止卸压后纤维回弹，记录下高度h；然后卸压并将模具从加压设备上取下；

由此通过调节压力的方法改变纤维体积分数 $V_f=\frac{{\mathrm{na}}_f}{{\mathrm{\ρ}}_f{h}_f},$ 其中h_f＝h₀-h，式中，V_f表示纤维体积分数，n表示纤维层的铺层层数，a_f表示表示纤维层的纤维面密度，ρ_f表示纤维的体密度，h_f表示渗透腔(101)中纤维铺层的厚度；

将上进流板(5)安装在腔体(1)上部，下出流板(2)安装在下分流板(7)底部，装配获得渗透率测试模具；

第四步：纤维铺层厚度方向渗透率测试

在左导管(401)、右导管(301)上分别套接一螺帽，防止测试液沿纤维铺层面内流动；

将B管道(17)的一端与所述渗透率测试模具的上进流嘴(505)连接；

将量筒(14)放置在下出流嘴(203)的正下方；

打开空气压缩机(11)输出0～0.1MPa的气压给储液罐(12)，储液罐(12)中的测试液在气压的推动下先后经上进流板(5)、上分流板(6)、纤维铺层、下分流板(7)、下出流板(2)流出，由量筒(14)根据30～300s时间内接收的测试液体积V得到测试液的流速Q；

根据达西定律得到厚度方向饱和渗透率 $k_z=\frac{{\mathrm{Q\ηh}}_f}{\mathrm{PS}},$ 式中，k_z表示厚度方向饱和渗透率，Q表示测试液流速，η表示测试液的粘度，h_f表示渗透腔101中平铺纤维层数n后形成的纤维铺层厚度，P表示压力表的显示值，S表示纤维铺层中顶层的表面积。

4、根据权利要求1所述的渗透率测试装置应用于树脂基复合材料中连续纤维增强体在纤维铺层面内进行渗透率测试的方法，其特征在于：面内渗透率测试方法有如下步骤：

第一步：试样选取

将试样剪裁成与渗透腔(101)适配大小的尺寸，试样面积为S；然后按照铺层方式和铺层层数n进行铺叠形成纤维铺层；

第二步：渗透率测试预准备

将腔体(1)倒置，按先后顺序在渗透腔(101)中放入上分流板(6)、所述纤维铺层、下分流板(7)；螺钉通过G通孔(706)和螺纹孔(105)将下分流板(7)固定在腔体(1)的底部；安放下分流板(7)前，在纤维铺层与渗透腔(101)内壁接触的周边用裁剪成0.5～2mm宽、0.2～1毫米厚的密封胶条密封，以保证渗透率测试时液体无法在边缘缝隙处流动；

在凸台(102)中装配上锁紧钉(103)，右侧出流板(3)安装在腔体(1)右侧，左侧进流板(4)安装在腔体(1)左侧，装配获得可施压模具；

第三步：纤维铺层纤维体积分数的控制

将第二步中的可施压模具置于加压设备上，压力0～2MPa；加压设备的压头与上分流板(6)接触，用游标卡尺测量腔体(1)上端面距上分流板(6)的高度h；

待上分流板(6)下降值稳定后，调节锁紧钉(103)，防止卸压后纤维回弹，记录下高度h；然后卸压并将模具从加压设备上取下；

由此通过调节压力的方法改变纤维体积分数 $V_f=\frac{{\mathrm{na}}_f}{{\mathrm{\ρ}}_f{h}_f},$ 其中h_f＝h₀-h，式中，V_f表示纤维体积分数，n表示纤维层的铺层层数，a_f表示表示纤维层的纤维面密度，ρ_f表示纤维的体密度，h_f表示渗透腔(101)中纤维铺层的厚度；

将上进流板(5)安装在腔体(1)上部，下出流板(2)安装在下分流板(7)底部，装配获得渗透率测试模具；

第四步：纤维铺层面内渗透率测试

首先取下第三步中渗透测试模具的上进流板(5)，并在上分流板(6)的D凹槽(601)内压上盖板，然后将上进流板(5)再次安装在腔体(1)上部；然后，在上进流嘴(505)、下出流嘴(203)上分别套接螺帽，防止测试液沿纤维铺层厚度方向流动；

将量筒(14)放置在右导管(301)的正下方；

将B管道(17)的一端与所述渗透测试模具的左导管(401)连接；打开空气压缩机(11)输出0～0.1MPa的气压给储液罐(12)；储液罐(12)中的测试液在气压的推动下先后经左导管(401)、左侧进流孔(108)、纤维铺层、右侧出流孔(107)、右导管(301)流出，由量筒(14)根据30～300s时间内接收的测试液体积V得到测试液的流速Q；

根据达西定律可以得到面内饱和渗透率 $k_p=\frac{\mathrm{Q\η}}{{\mathrm{Ph}}_f},$ 式中，k_p表示面内饱和渗透率，Q表示测试液流速，η表示测试液的粘度，h_f表示渗透腔101中平铺纤维层数n后形成的纤维铺层厚度，P表示压力表的显示值。

5、根据权利要求3或4所述的渗透率测试方法，其特征在于：第一步中所述试样是不含树脂的纤维织物或者是预浸料；所述纤维织物是平纹织物、斜纹织物、缎纹织物等；所述预浸料中树脂是环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马树脂等；所述预浸料中纤维是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或者玄武岩纤维等。

6、根据权利要求3或4所述的渗透率测试方法，其特征在于：第一步中所述铺层方式有单向铺层、正交铺层、准各向同性铺层等，所述铺层层数n有10～60层。

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