專利名稱：一種纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置和測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料測試領(lǐng)域，尤其涉及一種纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置和測試方法。
背景技術(shù)：
在“大型飛機(jī)”國家重大專項(xiàng)以及材料技術(shù)“結(jié)構(gòu)功能復(fù)合化”發(fā)展趨勢的大背景下，復(fù)合材料液態(tài)模塑成型因其整體化、低成本、凈尺寸的結(jié)構(gòu)件制造特點(diǎn)而倍受關(guān)注。然而在其制品中經(jīng)常出現(xiàn)干斑與孔隙等浸潤缺陷，它們的形成與纖維預(yù)制件滲透性能的不均
勻性密切相關(guān)。因此，構(gòu)建預(yù)制件滲透率及其分布與多層次結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性模型，進(jìn)而精確預(yù)報復(fù)合材料浸潤缺陷，是亟待解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供一種纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置和測試方法，它具有測試裝置結(jié)構(gòu)簡單，測試結(jié)果誤差小，能夠準(zhǔn)確構(gòu)建預(yù)制件滲透率及其分布與多層次結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性模型，進(jìn)而精確預(yù)報復(fù)合材料浸潤缺陷的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。本發(fā)明的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置，包括上模、下模、模腔厚度支架、壓電傳感器；所述模腔厚度支架被壓緊在上模和下模之間；所述壓電傳感器有五個，分布在下模上，其中一個位于下模中心處，另外四個均勻分布在以下模中心處的壓電傳感器為圓心的圓周上(這四個壓電傳感器稱為“外圈壓電傳感器”)；纖維織物放置在模腔厚度支架所圍的模腔內(nèi)，并覆蓋在壓電傳感器上，所述纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置還包括注射口和溢料口，注射口與流體注射裝置相連，溢料口與流體收集和計量裝置相連；所述注射口設(shè)置在上?；蛳履５闹行奶帲缌峡谠O(shè)置在上?；蛳履５倪吘?。所述流體注射裝置可以是樹脂注射泵。所述流體注射裝置用的液態(tài)流體可以是大豆油或樹脂。所述上模上設(shè)有透視窗。所述模腔厚度支架由相同或不同厚度的不銹鋼框板組成，可根據(jù)實(shí)際需要組合成不同厚度的模腔。本測試裝置的通用性強(qiáng)，無論是碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、氧化鋁纖維、天然植物纖維、有機(jī)高分子纖維等各種材料的纖維，還是編織布、單向布、非彎折織物、無紡布等各種幾何構(gòu)型的纖維，都可以用本裝置測試其滲透率。本發(fā)明還提供了一種纖維織物徑向面內(nèi)滲透率的測試方法，包括如下步驟(I)注射前的準(zhǔn)備步驟；(2)注射的步驟；(3)測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并計算滲透率的步驟。所述步驟(I)中，
I)打開上模和下模，用酒精或丙酮等溶劑將模具表面的油性物質(zhì)擦拭干凈，晾干；按照纖維織物厚度選擇或組合模腔厚度支架并用圓柱定位銷固定，在模腔厚度支架內(nèi)側(cè)貼密封膠條(其厚度稍高于模腔厚度支架)。按密封條內(nèi)部區(qū)域尺寸，裁剪纖維織物。注意纖維織物與密封膠條的縫隙不能太小也不能太大。若縫隙太小，密封膠條在高度方向受壓縮而發(fā)生寬度方向延展時將推擠纖維織物使其變形；若縫隙太大，將形成注射時的邊緣效應(yīng)使纖維織物滲透率測試嚴(yán)重失真。2)鋪覆纖維織物后合上上模和下模，并鎖模緊固。3)將溢料口與注射口接上耐壓的塑料管；注射口與注射槍連接，溢料口與流體收集和計量裝置相連。所述步驟(2)中，打開注射槍開關(guān)，將控制閥打開，向模腔內(nèi)注入液體。等到完全浸潤纖維織物后， 關(guān)閉控制閥。所述步驟(3)中，I)每單位時間內(nèi)流過纖維織物截面的流體體積流量(Q)可以通過用量杯測量在每單位時間內(nèi)溢料口流出的流體體積而得到；2)外圈壓電傳感器與下模中心處的壓電傳感器之間的距離，記為流體流動方向上的長度(L)，用H表示模腔的深度，則截面面積(A)是6. 28LH ；3)纖維織物上的壓力差(ΛΡ)則取為在下模中心處的壓電傳感器測得的流體壓力減去外圈壓電傳感器測得的流體壓力；4)流體黏度(μ )則根據(jù)試驗(yàn)用流體的商品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表查得；5)將上述物理量的數(shù)值代入Darcy定律，即可求得纖維織物在測試方向上的滲透率⑷。本發(fā)明的原理為達(dá)西定律，
O KAi1— = ~—
A μ LDarcy (達(dá)西)定律以及物理量符號的說明在纖維復(fù)合材料加工過程中，樹脂在增強(qiáng)材料中的流動模型通常采用Darcy定律。該模型對牛頓流體在多孔介質(zhì)中的流動進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述。這個定律可以表示為每單位時間內(nèi)流過試樣截面的樹脂體積流量(Q)與截面面積(A)和試樣上的壓力差(ΛΡ)成正比，與試樣流動方向上的長度(L)和黏度(μ)成反比常量K的量綱是L2，被定義為滲透率。本發(fā)明的有益效果是開展纖維預(yù)制件的多層次結(jié)構(gòu)-滲透性能-樹脂浸潤行為-復(fù)合材料浸潤缺陷的集成研究。重點(diǎn)分析預(yù)制件的多層次結(jié)構(gòu)、多類型單胞及其排列組合方式對預(yù)制件滲透率空間分布的影響，建立滲透率及其分布與結(jié)構(gòu)相關(guān)性的數(shù)學(xué)模型，揭示復(fù)合材料浸潤缺陷的形成機(jī)理與規(guī)律，發(fā)展浸潤缺陷的形成判據(jù)與控制方法，從而促進(jìn)復(fù)合材料在我國航空航天、汽車、建筑、風(fēng)電等領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。


圖I是本發(fā)明的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I、上模；2、下模；3、模腔厚度支架；4、第一壓電傳感器；5、第二壓電傳感器；6、第三壓電傳感器；7、第四壓電傳感器；8、第五壓電傳感器；9、纖維織物；10、注射口 ；11、溢料口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本實(shí)施例的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置，包括上模I、下模2、模腔厚度支架3、第一壓電傳感器4、第二壓電傳感器5、第三壓電傳感器6、第四壓電傳感器7、第五壓電傳感器8 ;所述模腔厚度支架3被壓緊在上模I和下模2之間；第一壓電傳感器4位于下模I中心處，第二壓電傳感器5、第三壓電傳感器6、第四壓電傳感器7、第五壓電傳感器8均勻分布在以第一壓電傳感器4為圓心的圓周上(第二壓電傳感器5、第三壓電傳感器6、第四壓電傳感器7、第五壓電傳感器8稱為“外圈壓電傳感器”)；纖維織物9放置在模腔厚度支架
3所圍的模腔內(nèi)，并覆蓋在第一壓電傳感器4、第二壓電傳感器5、第三壓電傳感器6、第四壓 電傳感器7、第五壓電傳感器8上，所述纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置還包括注射口 10和溢料口 11，所述注射口 10設(shè)置在上模I的中心處，溢料口 11設(shè)置在上模I的邊緣；注射口 10和流體注射裝置相連，溢料口 11與流體收集和計量裝置相連；所述上模I上設(shè)有透視窗。本實(shí)施例的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率的測試方法，包括如下步驟(I)注射前的準(zhǔn)備步驟；1)打開上模I和下模2，用酒精或丙酮等溶劑將模具表面的油性物質(zhì)擦拭干凈，晾干；按照纖維織物9的厚度選擇或組合模腔厚度支架3并用圓柱定位銷固定，在模腔厚度支架3內(nèi)側(cè)貼密封膠條(其厚度稍高于模腔厚度支架3)。按密封條內(nèi)部區(qū)域尺寸，裁剪纖維織物9。注意纖維織物9與密封膠條的縫隙不能太小也不能太大。若縫隙太小，密封膠條在高度方向受壓縮而發(fā)生寬度方向延展時將推擠纖維織物9使其變形；若縫隙太大，將形成注射時的邊緣效應(yīng)使纖維織物滲透率測試嚴(yán)重失真。2)鋪覆纖維織物9后合上上模I和下模2并鎖模緊固。3)將溢料口與注射口接上耐壓的塑料管；注射口與注射槍連接，溢料口與流體收集和計量裝置相連。(2)注射的步驟；打開注射槍開關(guān)，將控制閥打開，向模腔內(nèi)注入液體。等到完全浸潤纖維織物9后，關(guān)閉控制閥。(3)測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并計算滲透率的步驟。I)每單位時間內(nèi)流過纖維織物截面的流體體積流量(Q)可以通過用量杯測量在每單位時間內(nèi)溢料口流出的流體體積而得到；2)外圈壓電傳感器與下模中心處的壓電傳感器之間的距離，記為流體流動方向上的長度(L)，用H表示模腔的深度，則截面面積(A)是6. 28LH;3)纖維織物上的壓力差(ΛΡ)則取為在下模中心處的壓電傳感器測得的流體壓力減去外圈壓電傳感器測得的流體壓力；4)流體黏度(P)則根據(jù)試驗(yàn)用流體的商品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表查得；5)將上述物理量的數(shù)值代入Darcy定律，即可求得纖維織物的徑向面內(nèi)滲透率(K)。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置，其特征是，包括上模、下模、模腔厚度支架、壓電傳感器；所述模腔厚度支架被壓緊在上模和下模之間；所述壓電傳感器有五個，分布在下模上，其中一個位于下模中心處，另外四個均勻分布在以下模中心處的壓電傳感器為圓心的圓周上；纖維織物放置在模腔厚度支架所圍的模腔內(nèi)，并覆蓋在壓電傳感器上，所述纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置還包括注射口和溢料口，注射口與流體注射裝置相連，溢料口與流體收集和計量裝置相連；所述注射口設(shè)置在上?；蛳履５闹行奶?，溢料口設(shè)置在上?；蛳履５倪吘?。
2.如權(quán)利要求I所述的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置，其特征是，所述流體注射裝置是樹脂注射泵。
3.如權(quán)利要求I所述的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置，其特征是，所述上模上設(shè)有透視窗。
4.如權(quán)利要求I所述的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置，其特征是，所述模腔厚度支架由相同或不同厚度的不銹鋼框板組成。
5.如權(quán)利要求I所述的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率的測試方法，包括如下步驟 (1)注射前的準(zhǔn)備步驟； (2)注射的步驟； (3)測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并計算滲透率的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率的測試方法，其特征是，所述步驟(I)中， 1)打開上模和下模，用酒精或丙酮溶劑將模具表面的油性物質(zhì)擦拭干凈，晾干；按照纖維織物厚度選擇或組合模腔厚度支架并用圓柱定位銷固定，在模腔厚度支架內(nèi)側(cè)貼密封膠條；按密封條內(nèi)部區(qū)域尺寸，裁剪纖維織物； 2)鋪覆纖維織物后合上上模和下模，并鎖模緊固； 3)將溢料口與注射口接上耐壓的塑料管；注射口與注射槍連接，溢料口與流體收集和計量裝置相連。
7.如權(quán)利要求5所述的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率的測試方法，其特征是，所述步驟(2)中， 打開注射槍開關(guān)，將控制閥打開，向模腔內(nèi)注入液體；等到完全浸潤纖維織物后，關(guān)閉控制閥。
8.如權(quán)利要求5所述的纖維織物徑向面內(nèi)滲透率的測試方法，其特征是，所述步驟(3)中， 1)每單位時間內(nèi)流過纖維織物截面的流體體積流量可以通過用量杯測量在每單位時間內(nèi)溢料口流出的流體體積而得到； 2)外圈壓電傳感器與下模中心處的壓電傳感器之間的距離，記為流體流動方向上的長度L，用H表示模腔的深度，則截面面積是6. 28LH ； 3)纖維織物上的壓力差則取為在下模中心處的壓電傳感器測得的流體壓力減去外圈壓電傳感器測得的流體壓力； 4)流體黏度則根據(jù)試驗(yàn)用流體的商品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表查得； 5)將上述物理量的數(shù)值代入Darcy定律，即可求得纖維織物的徑向面內(nèi)滲透率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種纖維織物徑向面內(nèi)滲透率測試裝置，包括上模、下模、模腔厚度支架、壓電傳感器；本發(fā)明還公開了一種纖維織物徑向面內(nèi)滲透率的測試方法，包括如下步驟注射前的準(zhǔn)備步驟；注射的步驟；測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并計算滲透率的步驟。本發(fā)明重點(diǎn)分析預(yù)制件的多層次結(jié)構(gòu)、多類型單胞及其排列組合方式對預(yù)制件滲透率空間分布的影響，建立滲透率及其分布與結(jié)構(gòu)相關(guān)性的數(shù)學(xué)模型，揭示復(fù)合材料浸潤缺陷的形成機(jī)理與規(guī)律，發(fā)展浸潤缺陷的形成判據(jù)與控制方法，從而促進(jìn)復(fù)合材料在我國航空航天、汽車、建筑、風(fēng)電等領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。
文檔編號G01N15/08GK102809530SQ201210300720
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者賈玉璽, 王照靜, 董抒華 申請人:山東大學(xué)