CN108982323A - 用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置及其方法，属于复合材料层合板制作领域，具体涉及一种用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置及其方法。本发明针对现有的缺陷，提供了一种测量过程简单、易操作、简便高效、避免成本浪费的体纤维渗透率的测量装置及其方法。本发明包括以下步骤：将模具清洁后，均匀涂抹脱模剂，并依次铺放纤维预制体、脱模布、导流网；在树脂流动方向平行放置传感器监测树脂流动的前锋位置；开启真空泵将模具抽真空，树脂充模流动，浸渍纤维预制体，利用传感器记录不同时刻对应的树脂流动的前锋位置，将记录的充模时间和充模前锋代入公式计算出平板预成型体纤维的渗透率。本发明主要应用于测量平板预成型体的纤维渗透率。

Description

用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置及其方法

技术领域

本发明属于复合材料层合板制作领域，具体涉及一种用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置及其方法。

背景技术

测量纤维增强体渗透率的重要性在于：一方面它控制充模时间，从而与树脂的固化动力学一起影响模具设计和注射口、排气口的位置，是数值模拟所需的关键参数；另一方面，它决定流动特性，控制树脂对纤维束的浸渍方式，是获得高品质制品的关键。树脂浸润纤维不完全可能会导致气泡、干斑等缺陷，严重影响复合材料制品的质量。天然植物纤维渗透率的测量对于优化工艺参数、模具设计、提高天然纤维复合材料产品质量有着重要的指导作用。渗透率是描述充模过程中增强材料渗透性能的重要参数，用来表征树脂流过多孔介质纤维织物的难易程度。渗透率值越小表明树脂流动阻力越大，浸润纤维越困难。

因此，就需要一种测量过程简单、易操作、简便高效、避免成本浪费的体纤维渗透率的装置及其方法。

发明内容

本发明针对现有的测量方法复杂、使用功能单一、效率低、成本浪费的缺陷，提供了一种测量过程简单、易操作、简便高效、避免成本浪费的体纤维渗透率的测量装置及其方法。

本发明所涉及的用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置及其方法的技术方案如下：

本发明所涉及的用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置，它包括树脂罐、催化剂罐、静态混合器、树脂管、真空袋膜、导流网、脱模布、纤维预制体、模具、密封胶带、树脂回收罐、真空泵、传感器、一号导管和二号导管；所述树脂罐和催化剂罐的出口分别与静态混合器的两个入口连接，所述密封胶带将真空袋膜密封在模具上并形成密封空间，所述静态混合器的出口通过树脂管与密封空间连通，多个传感器排布在模具上，所述导流网、脱模布和纤维预制体均设于密封空间内，所述纤维预制体、脱模布、导流网依次铺放在模具上，所述树脂回收罐的一个出口通过一号导管与密封空间连通，所述树脂回收罐的另一个出口通过二号导管连接至真空泵。

进一步地：所述多个传感器以40mm为间隔等距安装在模具上。

进一步地：所述真空泵与二号导管之间设有真空表，所述一号导管、二号导管和树脂管上均设有止流夹。

一种用于平板预成型体纤维渗透率测量装置的测量方法，它包括以下步骤：

步骤一、将模具清洁后，均匀涂抹脱模剂，并依次铺放纤维预制体、脱模布和导流网；

步骤二、在模具上标明尺寸，以40mm为一间隔，在树脂流动方向平行放置多个传感器监测树脂流动的前锋位置；

步骤三、开启真空泵将密封空间抽真空，树脂充模流动，浸渍纤维预制体，利用多个传感器记录不同时刻对应的树脂流动的前锋位置；

步骤四、将记录的充模时间和充模前锋代入公式(3)计算出平板预成型体纤维的渗透率：

式(3)中，K_x为纤维渗透率，μ为树脂粘度，ε为纤维孔隙率，S_X为充模前锋距离，t为树脂流动时刻，P_in为系统初始压力，P_flowfront为树脂充模前锋位置压力，Δp为压力差。

本发明所涉及的一种用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置及其方法的有益效果是：

本发明所涉及的一种用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置及其方法，以平流法为基础，基于达西定律，推导出平板预成型体纤维渗透率的测量公式，将树脂流动前锋位置与时间的数据关系代入公式即可求得纤维渗透率值。本发明简便高效的测量出平板预成型体纤维渗透率，其测量过程简单、易操作，避免因预成型体不同而测量装置不同造成的成本浪费问题。

附图说明

图1为平板预成型体纤维渗透率的测量装置示意图。

其中：1为树脂罐、2为催化剂罐、3为静态混合器、4为树脂管、5为真空袋膜、6为导流网、7为脱模布、8为纤维预制体、9为模具、10为密封胶带、11为树脂回收罐、12为真空泵、13为真空表、14为传感器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1

结合图1说明本实施例，在本实施例中，本发明所涉及的一种用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置，它包括树脂罐1、催化剂罐2、静态混合器3、树脂管4、真空袋膜5、导流网6、脱模布7、纤维预制体8、模具9、密封胶带10、树脂回收罐11、真空泵12、传感器14、一号导管和二号导管；所述树脂罐1和催化剂罐2的出口分别与静态混合器3的两个入口连接，所述密封胶带10将真空袋膜5密封在模具9上并形成密封空间，所述静态混合器3的出口通过树脂管4与密封空间连通，多个传感器14排布在模具9上，所述导流网6、脱模布7和纤维预制体8均设于密封空间内，所述纤维预制体8、脱模布7、导流网6依次铺放在模具9上，所述树脂回收罐11的一个出口通过一号导管与密封空间连通，所述树脂回收罐11的另一个出口通过二号导管连接至真空泵12。

更为具体地：所述多个传感器14以40mm为间隔等距安装在模具9上。

更为具体地：所述真空泵12与二号导管之间设有真空表13，所述一号导管、二号导管和树脂管4上均设有止流夹。

一种用于平板预成型体纤维渗透率测量装置的测量方法，它包括以下步骤：

步骤一、将模具9清洁后，均匀涂抹脱模剂，并依次铺放纤维预制体8、脱模布7和导流网6；

步骤二、在模具9上标明尺寸，以40mm为一间隔，在树脂流动方向平行放置多个传感器14监测树脂流动的前锋位置；

步骤三、开启真空泵12将密封空间抽真空，树脂充模流动，浸渍纤维预制体8，利用多个传感器14记录不同时刻对应的树脂流动的前锋位置；

步骤四、将记录的充模时间和充模前锋代入公式(3)计算出平板预成型体纤维的渗透率：

式(3)中，K_x为纤维渗透率，μ为树脂粘度，ε为纤维孔隙率，S_X为充模前锋距离，t为树脂流动时刻，P_in为系统初始压力，P_flowfront为树脂充模前锋位置压力，Δp为压力差。

本发明公开了一种用于平板预成型体纤维渗透率的测量方法，属于复合材料层合板制作领域。以平流法为基础，基于达西定律，推导出平板预成型体纤维渗透率的测量公式(3)，将树脂流动前锋位置与时间的数据关系代入公式(3)即可求得纤维渗透率值。首先用清洁剂将模具9清洁后，均匀涂抹脱模剂，并依次铺放纤维织物、脱模布7、导流网6。在模具9上标明尺寸，以40mm为一间隔，平行放置多个传感器14监测树脂流动的前锋位置。打开止流夹吸取树脂和催化剂混合形成的树脂胶液，树脂在压力差的作用下开始充模。记录不同时刻对应的树脂充模流动的前锋位置。最后将充模时间和前锋位置代入公式(3)求解，计算平板纤维预成型体的渗透率，其测量方法简单、易于操作、测量数据准确。本方法是一种简便测量平板预成型体纤维渗透率的方法。

一种用于平板预成型体纤维渗透率的测量方法，以平流法为基础根据流体动力学原理，推导出平板预成型体纤维渗透率的计算公式(3)，记录不同时刻对应的树脂充模流动前锋位置。最后将充模时间和树脂流动前锋距离代入公式(3)求解。

式(3)中，K_x为纤维渗透率，μ为树脂粘度，ε为纤维孔隙率，S_X为充模前锋距离，P_in为系统初始压力(即一个大气压下VARTM成型技术中初始压力)，P_flowfront为树脂充模前锋位置压力(即流动边缘压力)，t为树脂流动时刻，Δp为压力差。P_in相当于进口压力，P_flowfront相当于数据采集点压力，由于是恒压注射(平板内所有点处压力一样)，P_in-P_flowfront＝真空压力表读数，真空泵上有真空压力表，压力差可以直接测出。实验时一般采用0.09MPa。

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能简便高效的测量出平板预成型体纤维渗透率的方法。其测量过程简单、易操作。

为避免现有技术存在的不足，克服其测量方法复杂，使用功能单一，因预成型体不同而测量装置不同造成的成本浪费问题。

一种用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置，包括连接树脂罐1、催化剂罐2、静态混合器3和模具9以及树脂管4，预制体8、脱模布7、导流网6依次铺放在模具9上，将多个传感器14以40mm为间隔依次安装在模具9上，用密封胶带10将真空袋膜5密封在模具9最上面，真空表13在真空泵12上，利用真空泵12对密封空间进行抽真空。

本实施例是基于上述装置的一种用于平板预成型体纤维渗透率的测量方法，首先将植物纤维预制体8以铺叠的方法铺放在模具9上，在植物纤维预制体8上依次铺放脱模布7、导流网6，在将柔性真空袋膜5用密封胶带10密封覆盖上面，开启真空泵12抽真空，树脂充模流动，浸渍纤维预制体8，利用多个传感器14记录树脂流动的前锋位置，将记录的充模时间和充模前锋代入公式(3)求解纤维渗透率。

本发明提出一种用于平板预成型体渗透率的测量方法，包括以下步骤：首先用清洁剂将模具9清洁后，均匀涂抹脱模剂，并依次铺放纤维织物、脱模布7、导流网6。在模具9上标明尺寸，以40mm为一间隔，在树脂流动方向平行放置多个传感器14监测树脂流动的前锋位置。然后打开止流夹吸取树脂和催化剂混合形成的树脂胶液，树脂在压力差的作用下开始充模。通过记录不同时刻对应的树脂充模流动前锋位置，将充模时间和树脂前锋位置距离数据关系代入公式(3)中计算出平板预成型体纤维的渗透率。

对于平板预成型体纤维渗透率的计算，可以将树脂在纤维织物中的充模过程视为流体在多孔介质内的流动。树脂在纤维内的流动理论符合达西定律，其渗透率计算理论是基于达西定律计算公式(1)。

式中，为树脂充模前锋的压力梯度，K_x为纤维渗透率，μ为树脂粘度

树脂在纤维增强体中的流动有u_x为X方向树脂流动速率，将速率公式u_x代入公式(1)中可得表达式

对公式(2)两端进行两次积分，初始条件为t＝0，S_x＝0：

得到

即得到主方向渗透率值为

一种用于平板预成型体纤维渗透率的测量方法，测试得出的渗透率值较准确，所以能精确的预测平板纤维复合材料的浸润过程，对纤维复合材料产品的生产具有指导意义。

以上显示和描述了本发明的技术手段和具体实施方式。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明方法的基本原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (4)

1.用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置，其特征在于，它包括树脂罐(1)、催化剂罐(2)、静态混合器(3)、树脂管(4)、真空袋膜(5)、导流网(6)、脱模布(7)、纤维预制体(8)、模具(9)、密封胶带(10)、树脂回收罐(11)、真空泵(12)、多个传感器(14)、一号导管和二号导管；所述树脂罐(1)和催化剂罐(2)的出口分别与静态混合器(3)的两个入口连接，所述密封胶带(10)将真空袋膜(5)密封在模具(9)上并形成密封空间，所述静态混合器(3)的出口通过树脂管(4)与密封空间连通，多个传感器(14)排布在模具(9)上，所述导流网(6)、脱模布(7)和纤维预制体(8)均设于密封空间内，所述纤维预制体(8)、脱模布(7)、导流网(6)依次铺放在模具(9)上，所述树脂回收罐(11)的一个出口通过一号导管与密封空间连通，所述树脂回收罐(11)的另一个出口通过二号导管连接至真空泵(12)。

2.根据权利要求1所述的用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置，其特征在于，所述多个传感器(14)以40mm为间隔等距安装在模具(9)上。

3.根据权利要求1所述的用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置，其特征在于，所述真空泵(12)与二号导管之间设有真空表(13)，所述一号导管、二号导管和树脂管(4)上均设有止流夹。

4.一种基于权利要求1-3任一权利要求所述的用于平板预成型体纤维渗透率的测量装置的测量方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一、将模具(9)清洁后，均匀涂抹脱模剂，并依次铺放纤维预制体(8)、脱模布(7)和导流网(6)；

步骤二、在模具(9)上标明尺寸，在树脂流动方向平行放置多个传感器(14)监测树脂流动的前锋位置；

步骤三、开启真空泵(12)将密封空间抽真空，树脂充模流动，浸渍纤维预制体(8)，利用多个传感器(14)记录不同时刻对应的树脂流动的前锋位置；

步骤四、将记录的充模时间和充模前锋代入公式(3)计算出平板预成型体纤维的渗透率：

式(3)中，K_x为纤维渗透率，μ为树脂粘度，ε为纤维孔隙率，S_X为充模前锋距离，t为树脂流动时刻，P_in为系统初始压力，P_flowfront为树脂充模前锋位置压力，Δp为压力差。