TWI428230B - Pressure sensing method for perfusion molding of composite - Google Patents

Description

複合材料層灌注成型之壓力感測方法

本發明係與一種複合材料層灌注成型之壓力感測方法有關，特別是指一種設置有光纖感應器，而能藉由感測器中光柵波長變化感測纖維間壓力變化，並進而監測複合材料灌注品質之複合材料層灌注成型之壓力感測方法。

按，纖維複合材料因為具有質輕、機械強度高以及耐腐蝕等特性，所以被廣泛的應用在遊艇、飛機、風機葉片等需要輕量化的結構上，其中，現行的纖維複合材料製作工法，大致上皆會先準備一模具，並於該模具內鋪設數層複合纖維布以形成一複合纖維疊層，之後再採取高壓灌注或是真空輔助的方式將樹脂灌入該模具，以使該樹脂對該等複合纖維布含浸並硬化成型，便可取得一纖維複合材料成品。

惟，由於該模具係呈密閉狀態，因此使用者難以確定該樹脂的流動情形，導致該纖維複合材料成品的良率較差，有鑑於此，坊間乃有業者提出改良製程，其係在灌注樹脂之前，先於該複合纖維疊層上設置有應變規，而可藉由該應變規監測該複合纖維疊層上的壓力變化，以判斷該複合纖維疊層是否被該樹脂全部含浸，然而，因為該應變規靈敏度低、容易受環境影響或是電磁干擾而產生雜訊，所以在使用上不甚理想，不僅常有誤判之情況發生，且無法準確得知該複合纖維疊層被該樹脂含浸的程度，而多為使用者所詬病，故，如何研發一種較為可靠的複合材料層灌注成型之壓力感測方法，來提升該複合材料成品之良率，實有必要。

本發明之目的係在改良傳統纖維複合材料製作工法採用應變規容易受環境影響或是電磁干擾而產生雜訊，導致無法有效監測樹脂流動狀態以及正確量測灌注樹脂過程中纖維間壓力，從而無法有效提升複合材料成品良率之缺點。

為達到上述目的，本發明係提供一種複合材料層灌注成型之壓力感測方法，其係在一模具內鋪設數層複合材料層，並於該等複合材料層間設置至少一光纖感應器，之後再將樹脂灌注於該模具內，並透過該光纖感應器的光柵波長變化取得該等複合材料層之壓力狀態，以監測該樹脂之流動情形，確認該等複合材料層被該樹脂含浸的程度，從而可提升該複合材料層灌注成型之良率。

本發明所提供之複合材料層灌注成型之壓力感測方法，因為該光纖感應器是利用光柵波長的改變來取得該複合材料層之壓力資料，所以不僅靈敏度較習知應變規高，且不會受電磁干擾而具有訊號穩定之優點，進而可大幅提升該複合材料成品之良率。

請參閱第一圖、第二圖以及第三圖所示，係為本發明之較佳實施例之流程示意圖、灌注樹脂前之示意剖視圖以及灌注樹脂中之示意剖視圖，其係揭露有一種複合材料層灌注成型之壓力感測方法，該方法主要係包含有下列步驟：鋪設材料：先準備一模具10，並於該模具10內鋪設數層複合材料層20，其中，該等複合材料層20係可如本實施例中所示由複數個玻璃纖維布(Fiberglass Reinforced Plastics,FRP)層疊所構成，或是先準備一芯材，再於該芯材外側包覆複數個玻璃纖維布所構成(圖未示)。

設置光纖感應器：於該等複合材料層20內設置至少一光纖感應器30，並將該光纖感應器30與一光譜分析儀(圖未示)相連接，其中，該光纖感應器30係為一布拉格光纖光柵式感應器(Fiber Bragg Grating,FBG)，且於本實施例中，該複合材料層20內係等間隔設有三組光纖感應器30，每一光纖感應器30之感應波長皆不相同，同時該等光纖感應器30之設置方向係可如第四圖所示與下述之樹脂40於該模具10內之流動方向呈垂直設置，或是如第五圖所示與該樹脂40於該模具10內之流動方向呈平行設置。

灌注樹脂：將樹脂40灌注於該模具10內，以利用該樹脂40含浸複合材料層20並使其硬化成型，其中，本實施例係利用加壓灌注的方式將該樹脂40直接灌注於該模具10內。

監測樹脂流動：由於該樹脂40流過該光纖感應器30時會造成纖維間壓力之變化，使該光纖感應器30之波長產生變化，因此透過該光譜分析儀觀察該等光纖感應器30的光柵波長變化，將可取得該複合材料層20之壓力狀態，並進一步依據該複合材料層20上的壓力狀態來監測該樹脂40之流動，以確認該等複合材料層20被該樹脂40所含浸之程度。

取得成品：待該樹脂40完全硬化後，對該模具10進行脫模，即可取得一複合材料成品。

為供進一步瞭解本發明構造特徵、運用技術手段及所預期達成之功效，茲將本發明使用方式加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體之瞭解，如下所述：請繼續參閱第三圖所示，由於該樹脂40流經該光纖感應器30時，流動產生的壓力變化會改變該光纖感應器30的光柵波長，因此透過監測該等光纖感應器30之波長將可即時獲得該等複合材料層20之壓力狀態，且因為每一光纖感應器30之波長皆不相同，所以可供使用者進一步比對每兩光纖感應器30間的壓力，以判斷該複合材料層20是否完全被該樹脂40所含浸，評估該複合材料成品之品質，同時，因為該光纖感應器30是利用光柵波長的改變來取得該複合材料層20之壓力資料，所以與習知的應變規相較不僅靈敏度較高，且不會受電磁干擾而具有訊好穩定之優點，故可大幅提升該複合材料成品之良率。

請再參閱第六圖以及第七圖所示，係為本發明之另一較佳實施例之流程示意圖以及光纖感應器設置示意圖，其與前述較佳實施例不同之處係在於，該灌注樹脂步驟之前更包含有一抽真空步驟，其係先對該模具10抽真空，使該模具10內產生負壓，此時，因為抽真空時該模具10內部壓力將會產生變化，所以可藉由該光纖感應器30感測該模具10內壓力變化是否到達預定的真空度，並藉此確認整個構件真空維持之程度，同時在該灌注樹脂步驟時，利用負壓更可自動將該樹脂40吸入該模具10內，並藉由比對該等複合材料層20灌注前與灌注後的壓力變化，來判斷該等複合材料層20被該樹脂40含浸的程度，值得一提的是，於本實施例中該複合材料層20上係設有複數個該光纖感應器30，且該等光纖感應器30係呈長條狀，並以縱橫交錯之方式設置於複合材料層20，而可將該複合材料層20以棋盤狀區分成複數個監測區塊21，從而能夠更進一步監測該複合材料層20之含浸狀態，以提升該複合材料成品之良率。

茲，再將本發明之特徵及其可達成之預期功效陳述如下：

1、本發明之複合材料層灌注成型之壓力感測方法，藉由在灌注樹脂前先於該等複合材料層內設置該光纖感應器，能夠讓使用者透過該光纖感應器的光柵波長變化，取得該複合材料層之纖維間壓力狀態，以監測該樹脂之流動，確認該等複合材料層被該樹脂含浸之程度。

2、本發明之複合材料層灌注成型之壓力感測方法，因為該光纖感應器是利用光柵波長的改變來取得該複合材料層之壓力資料，所以不僅靈敏度較習知應變規高，且不會受電磁干擾而具有訊號穩定之優點，進而可大幅提升該複合材料成品之良率。

綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料，文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以，本發明實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。

惟，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而已，故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

10．．．模具

20．．．複合材料層

21．．．監測區塊

30．．．光纖感應器

40．．．樹脂

第一圖係為本發明之較佳實施例之流程示意圖。

第二圖係為本發明之較佳實施例之灌注樹脂前之示意剖視圖。

第三圖係為本發明之較佳實施例之灌注樹脂中之示意剖視圖。

第四圖係為本發明之較佳實施例之光纖感應器設置示意圖，以顯示該光纖感應器與該樹脂於該模具內之流動方向呈垂直設置時的狀態。

第五圖係為本發明之較佳實施例之光纖感應器設置示意圖，以顯示該光纖感應器與該樹脂於該模具內之流動方向呈平行設置時的狀態。

第六圖係為本發明之另一較佳實施例之流程示意圖。

第七圖係為本發明之另一較佳實施例之光纖感應器設置示意圖，以顯示該光纖感應器與該樹脂於該模具內之流動方向呈縱橫交錯設置時的狀態。

Claims (4)

1. 一種複合材料層灌注成型之壓力感測方法，其係在一模具內鋪設數層複合材料層，並於該複合材料層上係設有複數個該光纖感應器，且該等光纖感應器係呈長條狀，並以縱橫交錯之方式設置於該等複合材料層，而可將該等複合材料層以棋盤狀區分成複數個監測區塊，之後再將樹脂灌注於該模具內，並透過該光纖感應器的光柵波長變化取得該等複合材料層之壓力狀態，以監測該樹脂之流動情形，確認該等複合材料層被該樹脂含浸的程度，從而可提升該複合材料層灌注成型之良率。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之一種複合材料層灌注成型之壓力感測方法，其中，該樹脂係利用加壓灌注的方式灌注於該模具內。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之一種複合材料層灌注成型之壓力感測方法，其中，在灌注樹脂之前，該模具會先抽真空，並藉由該光纖感應器感測該模具內真空度。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之一種複合材料層灌注成型之壓力感測方法，其中，該複合材料層係具有一芯材，並於該芯材外側包複數層玻璃纖維布所構成。