CN114289270B - 一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法 - Google Patents

一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法，涉及材料成型测试领域，包括以下步骤：向模具注入胶液，质量监测系统监测到质量达到设定值时，中央处理器控制超声波发生器产生超声波，使得超声波换能器产生机械振动；同时对胶液液面高度进行测量，随后将液面高度信号传递给中央处理器，中央处理器在浸渍初期、中期和后期分别设定三种不同的胶液浸渍速度计算式，通过压力控制器改变向胶液储存罐施加的压力调节胶液浸渍管中的胶液速度，以获得浸渍合格的芳纶复合圆管产品，本发明具有提高芳纶复合圆管的机械力学性能和电气绝缘性能的优点。

Description

一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法
技术领域
本发明涉及材料成型测试技术领域，尤其涉及一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法。
背景技术
芳纶纤维增强环氧树脂复合材料具有比玻璃纤维增强环氧树脂复合材料更加质轻高强的优势，芳纶复合圆管在电力行业高压开关设备中被广泛用作传递机械动作连接高低电位的绝缘拉杆，起着关键绝缘结构件的作用。
芳纶纤维与环氧树脂较差的界面结合能力决定了芳纶纤维织物和环氧树脂浸渍工艺难度很大。对于芳纶复合圆管制备而言，真空环境下胶液浸渍速度控制决定着芳纶复合圆管浸渍效果。公开号为CN112720916A的专利公开了一种用于制备短切纤维预混料的浸渍装置及其方法，也仅是公开了浸渍装置和浸渍方法，并未提到如何操作使胶液浸渍速度根据浸渍进程做适时调整，避免浸渍缺陷的出现。
因此，针对以上不足，需要提供一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的浸渍方式不能根据浸渍进程进行调整的问题。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法，包括以下步骤，
Ⅰ.模具放置在电子天平上，通过向模具注入胶液，电子天平持续向质量监测系统输送电信号；微波监测系统同时开启对模具内胶液高度进行监测；
Ⅱ.当质量监测系统监测到质量达到设定值时，将数据信号传递至中央处理器，中央处理器开始向超声波监测系统发送信号；
Ⅲ.超声波监测系统接收到工作信号后，超声波发生器产生超声波后分别传输至超声波换能器以及胶液液面处，超声波换能器产生机械振动使得模具产生振动；
Ⅳ.传输到胶液液面处的超声波产生回波并由超声波监测系统内的接收器接收，通过记录发射和回波的时间差判断液面位置，同时将液面高度信号传递给中央处理器，中央处理器根据预先录入的胶液浸渍速度计算式判断浸渍速度；
Ⅴ.中央处理器在浸渍初期、中期和后期分别设定三种不同的胶液浸渍速度计算式，根据不同的胶液浸渍速度，通过压力控制器改变向胶液储存罐施加的压力，进而调节胶液浸渍管中的胶液速度，以获得浸渍合格的芳纶复合圆管产品。
作为对本发明的进一步说明，优选地，浸渍初期为液面高度处于所需浸渍高度的
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；浸渍中期为液面高度处于所需浸渍高度的
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；浸渍后期为液面高度处于所需浸渍高度的
Figure DEST_PATH_IMAGE003
至所需高度。
作为对本发明的进一步说明，优选地，浸渍初期，胶液浸渍速度在1～3g/s之间。
作为对本发明的进一步说明，优选地，浸渍中期，胶液浸渍速度计算式满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为当前胶液浸渍速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为胶液浸渍高度，取值范围介于所需浸渍高度的
Figure 203068DEST_PATH_IMAGE002
；
S为模具空腔底面积；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为经验系数，其中
Figure 2396DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为胶液密度；
Figure 338831DEST_PATH_IMAGE011
为进入浸渍中期的时间，即当前浸渍工作的时间和完成浸渍初期的时间差。
作为对本发明的进一步说明，优选地，浸渍后期，胶液浸渍速度计算式满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
其中
Figure 565413DEST_PATH_IMAGE013
为当前胶液浸渍速度；
Figure 72618DEST_PATH_IMAGE010
为胶液密度；
H为所需浸渍高度；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为胶液浸渍高度，取值范围为
Figure 895211DEST_PATH_IMAGE015
；
S为模具空腔底面积；
Figure 7524DEST_PATH_IMAGE011
为进入浸渍后期的时间，即当前浸渍工作的时间和完成浸渍初期的时间差。
作为对本发明的进一步说明，优选地，超声波监测系统发送超声波前向模具自动涂抹耦合剂。
作为对本发明的进一步说明，优选地，胶液浸渍管上设有胶液速度监测系统，胶液速度监测系统与中央处理器电性连接，胶液速度监测系统将胶液浸渍管内胶液的流速转化为电信号实时传输至中央处理器。
作为对本发明的进一步说明，优选地，中央处理器向压力控制器传输电信号后，5s后再接收处理胶液速度监测装置发回的电信号。
作为对本发明的进一步说明，优选地，使用超声波监测系统时关闭微波监测系统；达到浸渍后期时，关闭超声波监测系统，开启微波监测系统进行胶液浸渍液面的监测；当
Figure DEST_PATH_IMAGE016
后，若
Figure 936165DEST_PATH_IMAGE017
，则需继续向模具内注入胶液，直至达到最大压力值也不能再注入胶液为止。
作为对本发明的进一步说明，优选地，当中央处理器接收到胶液速度监测装置反馈的数值为零且电子天平的数值不再变化后，关闭压力控制器，开启超声波监测系统30s后，若超声波监测系统反馈的高度数值和所需浸渍高度数值相同，则关闭所有系统；若反馈的高度数值和所需浸渍高度数值不同，则发出警示信号。
（三）有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明根据浸渍进程适时调整胶液浸渍速度，在浸渍初期、中期、后期，需要选用不同的胶液浸渍速度，可以避免胶液流动前沿返包形成浸渍干斑缺陷，改善芳纶纤维与环氧树脂浸渍效果，大幅提高芳纶复合圆管的机械力学性能和电气绝缘性能。
附图说明
图1是本发明的控制逻辑图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法，如图1所示，包括以下步骤：
Ⅰ.模具放置在电子天平上，通过向模具注入胶液，电子天平持续向质量监测系统输送电信号；微波监测系统同时开启对模具内胶液高度进行监测。其中电子天平架设在模具底部，电子天平与质量监测系统通过线缆电性连接，质量监测系统与中央处理器通过线缆电性连接；模具一侧架设有微波监测系统和超声波监测系统，微波监测系统和超声波监测系统分别通过线缆与中央处理器电性连接。模具外通过胶液浸渍管连接有胶液存储罐，胶液存储罐内存有胶液，胶液存储罐与泵体连接，泵体上设有压力控制器，压力控制器通过线缆与中央处理器电性连接。胶液浸渍管上连接有胶液速度监测系统，胶液速度监测系统也与中央处理器电性连接。
微波监测系统工作后向模具释放微波，微波在透过模具时会发生反射、透射和散射，并会受到模具内部几何特性影响，微波监测系统可以监测微波分布状况和微波幅值、相位、频率等基本参数的变化，通过监测微波基本参数变化可以大致判断模具内胶液液面的大体位置，虽然微波检测能耗低、穿透性强，但由于微波检测技术空间分辨率低，不能准确判断液面位置。
Ⅱ.当质量监测系统监测到质量达到设定值时，将数据信号传递至中央处理器，中央处理器开始向超声波监测系统发送信号。其中该设定值为10g～20g，具体地选取值根据环氧树脂的性质和模具结构的不同而不同。
Ⅲ.超声波监测系统接收到工作信号后，超声波发生器产生超声波后分别传输至超声波换能器以及胶液液面处，超声波换能器产生机械振动使得模具产生振动。其中使用超声波监测系统时关闭微波监测系统。
Ⅳ.超声波监测系统向模具自动涂抹耦合剂，其内部探头发射晶片经超声仪激励后产生超声波，超声波传播到模具表面发生反射和透射，根据胶液液面回波出现的时间判断液面位置；超声检测深度大、灵敏度高，可以准确捕捉液面所处位置。超声波监测系统获取液面高度信息后，将液面高度信号传递给中央处理器，中央处理器根据预先录入的胶液浸渍速度计算式判断浸渍速度。相比直接使用超声波监测系统进行全工时监测，长时间使用微波监测系统能降低能耗。
Ⅴ.为了避免胶液流动前沿返包形成浸渍干斑缺陷，胶液浸渍速度需要根据浸渍行程做适时调整，在浸渍的不同时期需要选用不同的胶液浸渍速度。因为随着胶液沿着竖直圆管浸渍高度的增加，浸渍阻力会逐渐加大，胶液流动前沿平衡状态被打破，需要重新调整胶液速度，形成新的流动前沿平衡态，才可以避免浸渍干斑缺陷产生。因此中央处理器在浸渍初期、中期和后期分别设定三种不同的胶液浸渍速度计算式，根据不同的胶液浸渍速度，通过压力控制器改变向胶液储存罐施加的压力，进而调节胶液浸渍管中的胶液速度，以获得浸渍合格的芳纶复合圆管产品。
具体地，本发明所指的浸渍初期、中期和后期，以模具内胶液高度为区分，其中浸渍初期为液面高度处于所需浸渍高度的
Figure 133929DEST_PATH_IMAGE001
；浸渍中期为液面高度处于所需浸渍高度的
Figure 478322DEST_PATH_IMAGE002
；浸渍后期为液面高度处于所需浸渍高度的
Figure 320507DEST_PATH_IMAGE003
至所需高度。将所需浸渍高度根据10的倍数等分，使得针对圆管浸渍的监测过程更为精细，不仅能减少设计人员的工作量，还降低中央处理器的数据处理难度，并且还保证浸渍效果的提升，一举多得。
上述浸渍初期、中期和后期分别设定三种不同的胶液浸渍速度计算式分别为：
①浸渍初期，胶液浸渍速度基本在1～3g/s之间。若是因改性后的环氧树脂性质的不同，导致浸渍过程中液体内部产生气泡或干斑等导致液面高度比预计高度大，则采取降压方式适当缩小浸渍速度，令后续进入模具1内的胶液能将气泡及时挤出，避免干斑的出现，确保浸渍圆管的合格率。但是浸渍初期发生上述情况的概率较低，因此在浸渍初期的浸渍速度和初始的速度相同，能使注胶速度保持在相对较快的水平，保障合适的加工效率。
②浸渍中期，胶液浸渍速度计算式满足：
Figure 295417DEST_PATH_IMAGE004
其中
Figure 511634DEST_PATH_IMAGE005
为当前胶液浸渍速度；
Figure 987615DEST_PATH_IMAGE006
为胶液浸渍高度，取值范围介于所需浸渍高度的
Figure 543361DEST_PATH_IMAGE002
；
S为模具空腔底面积；
Figure 751489DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 533631DEST_PATH_IMAGE008
为经验系数，其中
Figure 157511DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 895659DEST_PATH_IMAGE010
为胶液密度；
Figure 805847DEST_PATH_IMAGE011
为进入浸渍中期的时间，即当前浸渍工作的时间和完成浸渍初期的时间差。
在进入浸渍中期后，通过上述计算式确保胶液的浸渍处于一个动态平衡中，而且引入经验系数用于针对不同改性后的环氧树脂材料，使得针对不同的改性环氧树脂都能保障浸渍出的圆管满足机械力学性能和电气绝缘性能的要求。另外将浸渍中期设定为液面高度处于所需浸渍高度的
Figure 996656DEST_PATH_IMAGE002
的范围内，能使浸渍中期对于圆管浸渍的范围增大，而且采用超声波测量液面高度的同时，超声波换能器使模具抖动，此时胶液在浸渍过程中也产生抖动，避免与模具产生过分黏连的同时，配合胶液的浸渍将气泡充分挤出，进一步提高浸渍合格率。此外和浸渍初期相配合，以及不代入电子天平的质量数据，既能减少中央处理器的计算量，降低质量检测系统的记录工作量，进而减少系统开发人员的设计工作量，又能提高浸渍效率，确保圆管合格率的同时提高加工效率。
③浸渍后期，胶液浸渍速度计算式满足：
Figure 299593DEST_PATH_IMAGE012
其中
Figure 829931DEST_PATH_IMAGE013
为当前胶液浸渍速度；
Figure 379861DEST_PATH_IMAGE010
为胶液密度；
H为所需浸渍高度；
Figure 120284DEST_PATH_IMAGE014
为胶液浸渍高度，取值范围为
Figure 882704DEST_PATH_IMAGE015
；
S为模具空腔底面积；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为进入浸渍后期的时间，即当前浸渍工作的时间和完成浸渍初期的时间差。
通过上式可使浸渍后期的胶液速度自动降低，无需人为控制。另外达到浸渍后期时，关闭超声波监测系统，开启微波监测系统进行胶液浸渍液面的监测；当
Figure 611757DEST_PATH_IMAGE016
后，若
Figure 67009DEST_PATH_IMAGE017
，则需继续向模具内注入胶液，直至达到最大压力值也不能再注入胶液为止。确保浸渍后期时胶液的注入更为紧实，进一步避免气泡的产生，同时提高胶液结合的紧实度，使得后续成型的圆管材料分布均匀且细致，圆管各处的机械性能和绝缘性能均相同。
此外，当中央处理器接收到胶液速度监测装置反馈的数值为零且电子天平的数值不再变化后，关闭压力控制器，开启超声波监测系统30s后，若超声波监测系统反馈的高度数值和所需浸渍高度数值相同，说明圆管浸渍合格，则自动关闭所有系统，避免在无人车间中持续设备持续运作产生设备事故。而且采用超声波测量液面高度的同时，模具抖动使模具和胶液之间不产生过分粘连，便于后续脱模。若反馈的高度数值和所需浸渍高度数值不同，说明圆管浸渍不合格，则发出警示信号提醒工作人员进行维护更换。
在浸渍速度的计算过程中，若计算出的数值和胶液速度监测系统的测定速度不同，则调节压力控制器并在5s后再接收处理胶液速度监测系统发回的电信号,以确保胶液速度监测系统获得的流速数据为调节后的数据，保障中央处理器的判断精度。相比常规自动调节的设计方式，本发明针对中央处理器的性能要求低，且处理速度完全满足实验或生产需求，此外能够确保胶液浸渍后形成的圆管性能符合要求。
本发明还提供一种具体的实验样品数据：将胶液初期速度设定为1.5g/s，再将从模具底端到模具顶端的距离分成等距离的10等份X1，X2……X9，X10，利用上述方法通过和传统方法制备的芳纶复合圆管的数据进行比对，对比结果如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
由上表可知，芳纶复合圆管胶液浸渍过程中，初期由于浸渍阻力较小，预成型内外浸渍难易程度相差不大，此时为了提高生产效率，胶液浸渍速度可以相对较大；随着胶液浸渍到圆管轴向中间位置，浸渍阻力增大，此时预成型内部浸渍变得较难，为了平衡预成型内外壁和内部的浸渍速度，需动态调整胶液浸渍速度；而到了浸渍后半程，浸渍阻力持续增大，为了获得较好的浸渍效果，胶液浸渍速度需要进一步降低。因此本发明根据对液面高度以及胶液浸渍重量的检测，自动控制胶液浸渍速度，改善了芳纶纤维与环氧树脂浸渍效果，提高芳纶复合圆管的机械力学性能和电气绝缘性能，并且通过较为简易的公式和自动调节方法降低了控制成本，还能降低因计算失误导致的控制故障，降低成本的同时提高产品的质量，能够大幅有效提高企业的利润率，具有极高的商业价值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法，其特征在于：包括以下步骤，
Ⅰ.模具放置在电子天平上，通过向模具注入胶液，电子天平持续向质量监测系统输送电信号；微波监测系统同时开启对模具内胶液高度进行监测；
Ⅱ.当质量监测系统监测到质量达到设定值时，将数据信号传递至中央处理器，中央处理器开始向超声波监测系统发送信号；
Ⅲ.超声波监测系统接收到工作信号后，超声波发生器产生超声波后分别传输至超声波换能器以及胶液液面处，超声波换能器产生机械振动使得模具产生振动；
Ⅳ.传输到胶液液面处的超声波产生回波并由超声波监测系统内的接收器接收，通过记录发射和回波的时间差判断液面位置，同时将液面高度信号传递给中央处理器，中央处理器根据预先录入的胶液浸渍速度计算式判断浸渍速度；
Ⅴ.中央处理器在浸渍初期、中期和后期分别设定三种不同的胶液浸渍速度计算式，其中浸渍初期为液面高度处于所需浸渍高度的
Figure 742006DEST_PATH_IMAGE001
；浸渍中期为液面高度处于所需浸渍高度的
Figure 396979DEST_PATH_IMAGE002
；浸渍后期为液面高度处于所需浸渍高度的
Figure 946909DEST_PATH_IMAGE003
至所需高度；
浸渍初期，胶液浸渍速度在1～3g/s之间；
浸渍中期，胶液浸渍速度计算式满足：
Figure 562698DEST_PATH_IMAGE004
其中
Figure 856276DEST_PATH_IMAGE005
为当前胶液浸渍速度；
Figure 631334DEST_PATH_IMAGE006
为胶液浸渍高度，取值范围介于所需浸渍高度的
Figure 24269DEST_PATH_IMAGE002
；
S为模具空腔底面积；
Figure 189671DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 847792DEST_PATH_IMAGE008
为经验系数，其中
Figure 352723DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 182139DEST_PATH_IMAGE010
为胶液密度；
Figure 864530DEST_PATH_IMAGE011
为进入浸渍中期的时间，即当前浸渍工作的时间和完成浸渍初期的时间差；
浸渍后期，胶液浸渍速度计算式满足：
Figure 296649DEST_PATH_IMAGE012
其中
Figure 983982DEST_PATH_IMAGE013
为当前胶液浸渍速度；
Figure 640091DEST_PATH_IMAGE010
为胶液密度；
H为所需浸渍高度；
Figure 452190DEST_PATH_IMAGE014
为胶液浸渍高度，取值范围为
Figure 891261DEST_PATH_IMAGE015
；
S为模具空腔底面积；
Figure 996883DEST_PATH_IMAGE011
为进入浸渍后期的时间，即当前浸渍工作的时间和完成浸渍初期的时间差；
根据不同的胶液浸渍速度，通过压力控制器改变向胶液储存罐施加的压力，进而调节胶液浸渍管中的胶液速度，其中使用超声波监测系统时关闭微波监测系统；达到浸渍后期时，关闭超声波监测系统，开启微波监测系统进行胶液浸渍液面的监测；当
Figure 168101DEST_PATH_IMAGE016
后，若
Figure 529812DEST_PATH_IMAGE017
，则需继续向模具内注入胶液，直至达到最大压力值也不能再注入胶液为止，以获得浸渍合格的芳纶复合圆管产品。
2.根据权利要求1所述的一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法，其特征在于：超声波监测系统发送超声波前向模具自动涂抹耦合剂。
3.根据权利要求2所述的一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法，其特征在于：胶液浸渍管上设有胶液速度监测系统，胶液速度监测系统与中央处理器电性连接，胶液速度监测系统将胶液浸渍管内胶液的流速转化为电信号实时传输至中央处理器。
4.根据权利要求3所述的一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法，其特征在于：中央处理器向压力控制器传输电信号后，5s后再接收处理胶液速度监测装置发回的电信号。
5.根据权利要求4所述的一种含环氧树脂圆管浸渍液面的检测及调节方法，其特征在于：当中央处理器接收到胶液速度监测装置反馈的数值为零且电子天平的数值不再变化后，关闭压力控制器，开启超声波监测系统30s后，若超声波监测系统反馈的高度数值和所需浸渍高度数值相同，则关闭所有系统；若反馈的高度数值和所需浸渍高度数值不同，则发出警示信号。
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