CN204679394U - 一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置，包括立筒、上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰分别与立筒上下两端的开口密封配合，上、下法兰通过螺栓连接，上法兰、立筒和下法兰围成封闭的空腔，空腔内从上到下依次设有压紧件、上滤网板和下滤网板，上滤网板和下滤网板之间用于放置纤维织物；工作时，下法兰依次与流量计和储液罐连接，上法兰依次与收集罐、真空表和真空泵连接，压力传感器设在纤维织物的上下两端。该装置可以测试真空条件下纤维织物在厚度方向的渗透率，结构简单、成本低、操作简单。

Description

一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置

技术领域

本实用新型涉及材料测试领域，具体地涉及一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置，用于测试真空条件下纤维织物在厚度方向的渗透率。

背景技术

真空导入工艺作为一种先进复合材料低成本液体模塑成型技术，因其成本低、易于制造大尺寸构件且产品性能高，已被广泛用于航空航天、风机叶片和船舶领域。真空导入工艺的本质是流体长程渗流浸渍多孔介质的过程，而纤维织物的渗透率是真空导入工艺一个非常重要的工艺参数。随着大型复合材料构件尺寸增大以及纤维织物铺层厚度增加，成型过程中常常由于厚度方向的浸润不良出现气泡、树脂固化不均以及干斑等浸润缺陷，甚至造成制件报废，这些缺陷的形成与纤维预成型体面内渗透性与厚度方向渗透性的不均匀性密切相关。因此，建立可靠、准确的纤维预成型体三维方向渗透率测试方法，提高模拟结果的准确度，对实现超大型复合材料构件的整体化成型和优化设计理论具有重要的意义。

渗透率是综合反映纤维织物渗透特性的参数，用来表征流体流过多孔介质纤维织物的难易程度，渗透率由纤维织物的物理特性和纤维网络的内部结构所决定，同时也与渗透液体(如，树脂)的物理特性、流动方向以及渗透液体(如，树脂)对纤维的浸润状态有关。传统的渗透率测试装置主要针对面内渗透率进行测试，而测试厚度方向渗透率的装置较少。

在现有的纤维织物厚度方向渗透率测试装置中，专利200710099160.6“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”和专利201210301604.0“一种纤维织物厚度方向渗透率测试装置和测试方法”不能测试纤维织物在真空导入工艺中(真空状态下)的渗透率；专利201410129959.5“真空辅助成型纤维织物压实特性及渗透率性能一体化测试装置”可以实现测试纤维织物在真空状态下的渗透率，但是该装置结构复杂，成本高，操作复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置，该装置用于测试真空条件下纤维织物在厚度方向的渗透率，该装置结构简单、成本低、操作简单。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置，包括立筒、上法兰和下法兰，所述立筒两端设有开口，所述上法兰和下法兰分别与立筒上下两端的开口密封配合，上法兰和下法兰通过螺栓连接，上法兰、立筒和下法兰围成封闭的空腔，空腔内从上到下依次设有压紧件、上滤网板和下滤网板，上滤网板和下滤网板之间用于放置纤维织物，所述上法兰的顶部设有出胶接口和出胶压力检测接口，所述下法兰的底部设有进胶接口和进胶压力检测接口；工作时，进胶接口通过管道依次与流量计和储液罐连接，出胶接口通过管道依次与收集罐、真空表和真空泵连接，压力传感器分别通过进胶压力检测接口和出胶压力检测接口进入空腔并设在纤维织物的上下两端，所述压力传感器分别与信息收集机构连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述的立筒和压紧件均为圆筒，所述上滤网板和下滤网板为圆板，压紧件、上滤板和下滤板的外径等于立筒的内径。

作为本实用新型的进一步改进，所述上法兰的底面和下法兰的顶面均设有凹槽和凸出的圆环，所述凹槽内均设有密封圈，立筒的上下两端分别设在上法兰和下法兰的凹槽内，所述圆环位于立筒内，凸环的外径等于立筒的内径。

作为本实用新型的进一步改进，所述的上滤网板和下滤网板均为铝蜂窝滤网板。

作为本实用新型的进一步改进，所述立筒由玻璃制成，可以从外部向空腔内观察。

本实用新型的有益效果是：

1.采用本实用新型进行测试的依据为Darcy定律： 工作时，真空泵先对上法兰、立筒和下法兰围成封闭的空腔抽真空(真空的程度通过真空表反映)，然后渗透液体从下法兰的进胶接口进入，浸润纤维织物后从出胶接口流出，结合流量计和压力传感器记录的参数(Q和ΔP)以及其它已知数据(A、L、μ)即可得到纤维织物厚度方向渗透率(K)，本实用新型结构简单，成本低，操作简单，不仅可以测试玻璃纤维、碳纤维、天然织物纤维、有机高分子纤维、硼纤维等各种材料的纤维厚度方向渗 透率，还可以测试编织布厚度方向渗透率。

2.采用不同高度的压紧件可以得到不同厚度的纤维织物，从而改变纤维织物的厚度参数。

3.立筒由有机玻璃制成，可以从外部观察空腔内情况，观察液体在空腔内的流动情况。

4.上法兰和下法兰不仅可以密封立筒上下两端的开口，其凸出的圆环还可以起到定位和缓冲流体流速的作用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型工作时的装配示意图。

其中，1-下法兰；2-上法兰；3-立筒；4-压紧件；5-下滤网板；6-纤维织物；7-上滤网板；8-螺栓；9-进胶接口；10-出胶接口；11-进胶压力检测接口；12-出胶压力检测接口；13-储液罐；14-流量计；15-数据线；16-数据采集卡；17-电脑；18-收集罐；19-真空表；20-真空泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细的说明。

如图1所示，一种真空导入工艺中纤维织物6厚度方向渗透率测试装置，包括立筒3、上法兰2和下法兰1，所述立筒3两端设有开口，所述上法兰2和下法兰1分别与立筒3上下两端的开口密封配合，上法兰2和下法兰1通过螺栓8连接(上法兰2和下法兰1的相应位置上均设有螺栓8孔)，上法兰2、立筒3和下法兰1围成封闭的空腔，空腔内从上到下依次设有压紧件4、上滤网板7和下滤网板5，上滤网板7和下滤网板5之间用于放置纤维织物6，所述上法兰2的顶部设有出胶接口10和出胶压力检测接口12，所述下法兰1的底部设有进胶接口9和进胶压力检测接口11；如图2所示，工作时，进胶接口9通过管道依次与流量计14和储液罐13连接，出胶接口10通过管道依次与收集罐18、真空表19和真空泵20连接，压力传感器分别通过进胶压力检测接口11和出胶压力检测接口12进入空腔并设在纤维织物6的上下两端，所述压力传感器分别与信息收集机构连接。如图2所示，在本实施例中，所述的信息收集机构为数据采集卡16和电脑17，数据采集卡 16与压力传感器通过数据线15连接，电脑17与数据采集卡16连接，由于压力传感器设在纤维织物6的上下两端并分别位于上滤网板7和下滤网板5的通道内，所以在图2中只看到数据线15看不到压力传感器)。

采用本实用新型进行测试的依据为Darcy定律：

$\frac{Q}{A}=\frac{K}{\mathrm{\μ}L}\mathrm{\Δ}P$

在纤维增强复合材料加工过程中，渗透液体增强材料中的流动模型通常采用Darcy定律，Darcy定律主要描述多孔介质中牛顿流体的流动行为，它描绘了纤维状介质的渗透过程，表明每单位时间内流过纤维织物6截面的树脂体积流量(Q)与截面面积(A)和试样上的压力差(ΔP)成正比，与试样流动方向上的长度(L)和黏度(μ)成反比；比例系数K被定义为纤维织物6的渗透率。

工作时，真空泵20先对上法兰2、立筒3和下法兰1围成封闭的空腔抽真空(真空的程度通过真空表19反映)，然后渗透液体从下法兰1的进胶接口9进入，浸润纤维织物6后从出胶接口10流出，结合流量计14和压力传感器记录的参数(Q和ΔP)以及其它已知数据(A、L、μ)即可得到纤维织物6厚度方向渗透率(K)，本实用新型结构简单，成本低，操作简单，不仅可以测试玻璃纤维、碳纤维、天然织物纤维、有机高分子纤维、硼纤维等各种材料的纤维厚度方向渗透率，还可以测试编织布厚度方向渗透率。

如图1和图2所示，在本实施例中，所述的立筒3和压紧件4均为圆筒，所述上滤网板7和下滤网板5为圆板，压紧件4、上滤板和下滤板的外径等于立筒3的内径。采用圆形结构不仅节约空间、便于制造，还有利于液体在立筒3内的流通。采用不同高度的压紧件4可以得到不同厚度的纤维织物6，从而改变纤维织物6的厚度参数。

在本实施例中，所述上法兰2的底面和下法兰1的顶面均设有凹槽和凸出的圆环，所述凹槽内均设有密封圈，立筒3的上下两端分别设在上法兰2和下法兰1的凹槽内，所述圆环位于立筒3内，凸环的外径等于立筒3的内径。凹槽和密封圈起到密封作用，突出的圆环不仅可以定位立筒3还有利于缓冲流体流速。

在本实用新型中，所述的上滤网板7和下滤网板5均为铝蜂窝滤网板，蜂窝滤网板有利于流体同步、均匀地流进纤维织物6，增加了厚度方向渗透率测试的准确度；所述立筒3由有机玻璃制成，可以从外部观察空腔内情况，观察液体在空腔内的流动情况。

本实用新型的工作步骤是：

1.灌注前准备。 

1)卸掉连接上法兰2和下法兰1的螺栓8，打开上法兰2，用酒精或丙酮等溶剂将上法兰2、下法兰1，上滤网板7、下滤网板5以及压紧件4表面的油性物质擦拭干净、晾干；按照立筒3内径的尺寸裁剪纤维织物6(纤维织物6与立筒3内径的缝隙不能太大，若缝隙太大，将形成灌注时的边缘效应使织物渗透率测试失真，因此，裁剪时可以先剪一个硬纸模具，然后沿着硬纸模具的边缘进行纤维织物6裁剪)。

2)将圆形纤维织物6铺覆在空腔内下滤网板5上，然后在纤维织物6上依次放置上滤网板7、压紧件4和上法兰2，用螺栓8连接并紧固上法兰2和下法兰1。

3)将进胶接口9和出胶接口10用真空快速接头连接上耐负压的真空塑料管；进胶接口9通过真空塑料管依次与流量计14和储液罐13连接，出胶口通过真空塑料管依次与收集罐18、真空表19和真空泵20连接，压力传感器分别通过进胶压力检测接口11和出胶压力检测接口12进入空腔并设在纤维织物6的上下两端(压力传感器设置好后，用密封胶或其它密封元件将进胶压力检测接口11和出胶压力检测接口12密封)，进胶压力传感器和出胶压力传感器分别与数据采集卡16连接，数据采集卡16与电脑17连接。

2.灌注。

打开真空泵20开关和电脑17，观察真空表19上的数据，待装置内压力稳定后将储液罐13的开关打开，向立筒3内灌注渗透液体，等到渗透液体已经完全浸润纤维织物6后并快要流进收集罐18时，关闭真空泵20以及储液罐13开关。

3.测量试验数据，并计算渗透率。

1)每单位时间内流过纤维织物6截面的流体体积流量(Q)可以通过流量计14测得。

2)截面面积(A)可以根据模腔的内径平方乘以π来得到。

3)纤维织物6上的压力差(ΔP)可以根据压力传感器测得。

4)流体流动方向上的长度(L)为纤维织物6的厚度。

5)流体黏度(μ)可以通过粘度计实时测得。

6)将上述物理量的数值代入Darcy定律，即可求得纤维织物6在厚度方向上的饱和或不饱和渗透率(K)。

在上述步骤中，所采用的渗透液体为玉米糖浆或树脂。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置，其特征在于：包括立筒、上法兰和下法兰，所述立筒两端设有开口，所述上法兰和下法兰分别与立筒上下两端的开口密封配合，上法兰和下法兰通过螺栓连接，上法兰、立筒和下法兰围成封闭的空腔，空腔内从上到下依次设有压紧件、上滤网板和下滤网板，上滤网板和下滤网板之间用于放置纤维织物，所述上法兰的顶部设有出胶接口和出胶压力检测接口，所述下法兰的底部设有进胶接口和进胶压力检测接口；工作时，进胶接口通过管道依次与流量计和储液罐连接，出胶接口通过管道依次与收集罐、真空表和真空泵连接，压力传感器分别通过进胶压力检测接口和出胶压力检测接口进入空腔并设在纤维织物的上下两端，所述压力传感器分别与信息收集机构连接。

2.如权利要求1所述的一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置，其特征在于：所述的立筒和压紧件均为圆筒，所述上滤网板和下滤网板为圆板，压紧件、上滤板和下滤板的外径等于立筒的内径。

3.如权利要求2所述的一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置，其特征在于：所述上法兰的底面和下法兰的顶面均设有凹槽和凸出的圆环，所述凹槽内均设有密封圈，立筒的上下两端分别设在上法兰和下法兰的凹槽内，所述圆环位于立筒内，凸环的外径等于立筒的内径。

4.如权利要求1所述的一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置，其特征在于：所述的上滤网板和下滤网板均为铝蜂窝滤网板。

5.如权利要求1所述的一种真空导入工艺中纤维织物厚度方向渗透率测试装置，其特征在于：所述立筒由玻璃制成，可以从外部向空腔内观察。