一種用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統，該系統包括有壓力監測子系統（1）和壓力敏感子系統；所述壓力敏感子系統由壓力敏感裝置（2）、A毛細管（5）和B毛細管（6）構成；A毛細管（5）和B毛細管（6）分別安裝在壓力敏感裝置（2）。本發明設計的樹脂流動前鋒在線測試系統與復合材料液體成型工藝中的真空模具（3）和真空泵（4）配合使用。該系統具有準確性好、靈敏度高及成本低等優點，且能夠應用于在熱壓罐中進行的樹脂膜熔滲成型工藝過程，從而優化壓力與溫度等工藝條件。
【專利說明】一種用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種液體成型技術(LCM)的測試系統，更特別地說，是指一種用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統。
【背景技術】
[0002]復合材料液體成型工藝(Liquid Composites Molding, LCM)是近30年發展起來的復合材料成型工藝之一。具有成本低、效率高、質量好等優點，成為各國關注和研究的焦點。復合材料液體成型工藝原理是將預先設計好的纖維增強材料鋪放在模具中，閉合模腔，將樹脂注入或真空抽入模腔中，依靠帶壓樹脂的流動浸潤纖維并排除纖維中的氣體，加熱固化樹脂使復合材料成型。LCM工藝是一種重要的樹脂基復合材料成型方法，成型過程中樹脂對纖維的浸潤效果是影響產品質量的重要因素。樹脂浸潤纖維的效果不理想容易導致復合材料內部出現孔洞、干斑及局部貧膠等缺陷，嚴重降低產品質量。因此在復合材料液體成型工藝過程中有必要實時監測樹脂流動前鋒，以此檢測樹脂對纖維的浸潤效果，了解成型過程中產生的問題并及時優化工藝，從而保證產品質量。目前用于樹脂流動前鋒的在線測試技術可以分為非嵌入式和嵌入式兩種。非嵌入式測試技術有超聲監測、熱譜及攝像等；嵌入式測試技術有光纖監測、介電監測、直流電監測及溫度監測等。嵌入式測試可以準確監測成型過程中的工藝信息，具有高的可靠性。
[0003]作為一種重要的液體成型工藝，樹脂膜熔滲成型工藝具有高效、性能高、樹脂選擇廣及增強材料選擇靈活等特點。該成型工藝過程通常在熱壓罐中進行，熱壓罐的封閉性及其內部高溫高壓特點導致樹脂膜熔滲成型工藝在線監測難度增加，例如封閉性致使攝像監測及光纖監測不能進行，高溫高壓特點致使溫度監測及壓力監測不能進行。另外，在制造以碳纖維為增強體的樹脂基復合材料時，由于碳纖維本身的導電性致使介電監測及直流電監測不能進行。總之，目前需要一種具有高的可行性與可靠性的在線測試系統，用于在熱壓罐環境中實現對樹脂膜熔滲成型工藝的實時監測。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種能夠在線監測復合材料液體成型工藝過程中樹脂流動前鋒的實時監測系統，該系統通過不同時間下的壓力變化來分析樹脂流動的情況。在成型過程中，不同分布位置下A毛細管，其樹脂到達的時間是不同的；依該樹脂到達的時間，能夠體現樹脂流動的速度和路徑。該系統具有準確性好、靈敏度高及成本低等優點，且能夠應用于在熱壓罐中進行的樹脂膜熔滲成型工藝過程，從而優化壓力與溫度等工藝條件。
[0005]本發明是一種用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統，該樹脂流動前鋒在線測試系統是在現有的壓力監測子系統(I)與復合材料成型中之間增加壓力敏感子系統；所述壓力監測子系統(I)包括有一臺計算機，以及運行在計算機中的在線監測樹脂流動前鋒模塊；通過計算機的顯示屏實時顯示出的溫度、壓力與樹脂流動前鋒的關系參數、特性，從而優化壓力與溫度等工藝條件。
[0006]所述壓力敏感子系統由壓力敏感裝置(2)、A毛細管(5)和B毛細管(6)構成；
[0007]A毛細管(5)和B毛細管(6)分別安裝在壓力敏感裝置(2)上；
[0008]所述的樹脂流動前鋒在線測試系統與復合材料液體成型工藝中的真空模具(3)和真空泵(4)配合使用；
[0009]A毛細管(5)的中間是第一通孔(5A)，該第一通孔(5A)用于輸送空氣；A毛細管
(5)的進氣端(5C)安裝在轉接件(2B)的第三通孔(2B1)內，A毛細管(5)的排氣端(5D)置于被加工復合材料制件中；
[0010]B毛細管(6)的中間是第二通孔(6A)，該第二通孔(6A)用于輸送空氣；B毛細管
(6)的進氣端(6C)與外部的充分設備連接；B毛細管(6)的排氣端(6D)通過密封圈(2C)安裝在中空管(2D)的管壁通孔(2D2)內；
[0011]壓力敏感裝置(2)由壓力傳感器(2A)、轉接件(2B)、密封圈(2C)和中空管(2D)組成；所述壓力傳感器(2A)敏感到的壓力信息Fn傳遞給壓力監測子系統(I)；
[0012]中空管(2D)的一端設有A內螺紋段(2D3)，中空管(2D)的另一端設有B內螺紋段(2D4);中空管(2D)的管體上設有第四通孔(2D2);所述的A內螺紋段(2D3)上螺紋連接有轉接件(2B)的螺紋段(2B2);所述的B內螺紋段(2D4)上螺紋連接有壓力傳感器(2A)的螺紋段(2A1);所述的第四通孔(2D2)處通過密封圈(2C)密封安裝有B毛細鋼管(6)的排氣端(6D)；
[0013]轉接件(2B)上設有第三通孔(2B1)和螺紋段(2B2);轉接件(2B)的螺紋段(2B2)螺紋連接在中空管(2D)的B內螺紋段(2D4)上；第三通孔(2B1)用于A毛細鋼管(5)的進氣端(5A)穿過，穿過轉接件(2B)的第三通孔(2B1)的A毛細鋼管(5)的進氣端(5A)置于中空管(2D)的空腔(2D1)內。
[0014]①本系統可以對復合材料液體成型工藝過程中樹脂流動前鋒進行在線、實時、多路同時監測。
[0015]②本系統具有良好的可靠性、準確性、靈敏度、滿足實際工程上的要求。
[0016]③該測試系統適用范圍非常廣泛，包括樹脂傳遞模塑成型工藝、真空輔助成型、樹脂膜熔滲工藝等，適用于各種纖維、樹脂以及鋪層方式。
[0017]④該測試系統成本較低，壓力傳感器可以重復多次利用，操作簡單，不需要任何復雜或者特殊的輔助設備。
[0018]⑤該測試系統可以承受高溫高壓的成型環境，且可在封閉環境下使用，即可應用于在熱壓罐中進行的樹脂膜熔滲工藝。
[0019]⑥該系統可以通過直觀顯示成型過程中真空容器內真空壓的變化情況，間接監測樹脂流動前鋒，由此檢測樹脂對纖維的浸潤效果，從而有效地優化工藝參數，達到提高成型質量的目標。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明樹脂流動前鋒的在線測試系統的結構框圖。
[0021]圖2是本發明壓力敏感子系統的結構圖。
[0022]圖2A是本發明壓力敏感子系統的正視面結構圖。[0023]圖2B是本發明壓力敏感裝置的剖視圖。
[0024]圖2C是本發明壓力敏感子系統的分解圖。
[0025]圖3是本發明A毛細管的結構圖。
[0026]圖4是本發明B毛細管的結構圖。
[0027]圖5是本發明樹脂流動前鋒在線測試系統顯示界面示意圖。
[0028]圖5A是壓力與時間的曲線圖。
圖6是實施例1中纖維鋪層與樹脂流動方向的示意圖。
[0029]圖7是實施例2中非均勻樹脂流動前鋒在線測試X-Y面內的示意圖。
[0030]圖8是實施例2中非均勻樹脂流動前鋒在線測試Z方向上的示意圖。
[0031]
【權利要求】
1.一種用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統，該樹脂流動前鋒在線測試系統包括有壓力監測子系統(1)，所述壓力監測子系統(I)包括有一臺計算機，以及運行在計算機中的在線監測樹脂流動前鋒模塊；其特征在于:該樹脂流動前鋒在線測試系統還包括有壓力敏感子系統； 所述壓力敏感子系統由壓力敏感裝置(2)、A毛細管(5)和B毛細管(6)構成； A毛細管(5)和B毛細管(6)分別安裝在壓力敏感裝置(2)上； 所述的樹脂流動前鋒在線測試系統與復合材料液體成型工藝中的真空模具(3)和真空泵(4)配合使用； A毛細管(5)的中間是第一通孔(5A)，該第一通孔(5A)用于輸送空氣；A毛細管(5)的進氣端(5C)安裝在轉接件(2B)的第三通孔(2B1)內，A毛細管(5)的排氣端(5D)置于被加工復合材料制件中； B毛細管(6)的中間是第二通孔(6A)，該第二通孔(6A)用于輸送空氣；B毛細管(6)的進氣端(6C)與外部的充分設備連接；B毛細管(6)的排氣端(6D)通過密封圈(2C)安裝在中空管(2D)的管壁通孔(2D2)內； 壓力敏感裝置(2)由壓力傳感器(2A)、轉接件(2B)、密封圈(2C)和中空管(2D)組成；所述壓力傳感器(2A)敏感到的壓力信息Fn傳遞給壓力監測子系統(I); 中空管(2D)的一端設有A內螺紋段(2D3)，中空管(2D)的另一端設有B內螺紋段(2D4);中空管(2D)的管體上設有第四通孔(2D2);所述的A內螺紋段(2D3)上螺紋連接有轉接件(2B)的螺紋段(2 B2);所述的B內螺紋段(2D4)上螺紋連接有壓力傳感器(2A)的螺紋段(2A1);所述的第四通孔(2D2)處通過密封圈(2C)密封安裝有B毛細鋼管(6)的排氣端(6D)； 轉接件(2B)上設有第三通孔(2B1)和螺紋段(2B2);轉接件(2B)的螺紋段(2B2)螺紋連接在中空管(2D)的B內螺紋段(2D4)上；第三通孔(2B1)用于A毛細鋼管(5)的進氣端(5A)穿過，穿過轉接件(2B)的第三通孔(2B1)的A毛細鋼管(5)的進氣端(5A)置于中空管(2D)的空腔(2D1)內。
2.根據權利要求1所述的用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統，其特征在于:所述在線監測樹脂流動前鋒模塊用于可視化顯示出不同時間下的壓力變化，即壓力上升階段、壓力保持不變階段及壓力下降階段。
3.根據權利要求1所述的用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統，其特征在于:A毛細管(5)的第一通孔(5A)的內徑大于B毛細管(6)的中間是第二通孔(6A)的內徑。
4.根據權利要求1所述的用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統，其特征在于:A毛細管(5)的長度H5取值為IOOcm~500cm，A毛細管(5)的第一通孔(5A)的直徑d5取值為0.3mm~1.0mm，A毛細管(5)的管體(5B)的直徑D5取值為0.5mm~2.0mm。
5.根據權利要求1所述的用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統，其特征在于:B毛細管(6)的長度H6取值為Icm~5cm，B毛細管(6)的第二通孔(6A)的直徑d6取值為0.05mm~0.2mm，B毛細管(6)的管體(6B)的直徑D6取值為0.4mm~·0.8mm。
6.根據權利要求1所述的用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統，其特征在于:能夠用于監測真空輔助成型工藝中的樹脂流動情況分析。
7.根據權利要求1所述的用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統，其特征在于:能夠用于監測復合材料液體成型工藝中的樹脂流動情況分析。
8.根據權利要求1所述的用于測試復合材料液體成型工藝過程的樹脂流動前鋒的在線系統，其特征在于:能 夠用于監測樹脂膜熔滲工藝中的樹脂流動情況分析。
【文檔編號】B29C70/54GK103692667SQ201310643627
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】顧軼卓, 李敏, 李艷霞, 王紹凱, 馬緒強, 張佐光 申請人:北京航空航天大學