[發明專利]非飽和浸漬纖維/樹脂預浸料的氣體面內滲透率測試方法

有效

• 申請號: 201910979822.1
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110779846B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 李敏;顧軼卓;王高鵬;王紹凱;張佐光
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 李建華

本發明提供一種針對非飽和浸漬纖維/樹脂預浸料在鋪層面內方向上測試氣體滲透率的裝置，包括測試模腔、抽真空裝置、控溫裝置、流量檢測元件和數據采集系統。本裝置通過在真空腔體中提供使氣體沿預浸料鋪層面內方向運動的動力，實現了預浸料在鋪層面內方向上氣體滲透率的測試；通過調節真空壓力及溫度，實現預浸料在不同壓強和溫度下面內氣體滲透率的測量，為預浸料質量評價提供測試方法，為制定和優化非熱壓罐真空袋工藝參數提供重要數據。

技術領域

本發明涉及一種測試非飽和浸漬預浸料氣體滲透率的裝置及其方法，更具體地說，是指以氣體為流體測試單層或多層纖維/樹脂預浸料試樣在鋪層面內方向上滲透率的裝置及其方法。

背景技術

滲透率是表征壓力作用下流體在多孔介質中流動難易程度的參數，滲透率越大表示多孔介質對流體的流動阻力越小，同時滲透率與流體在多孔介質中的流動方向有關。纖維增強樹脂基復合材料常采用預浸料制備，預浸料鋪層可以看作是由纖維形成骨架的多孔介質。此類復合材料成型過程中，預浸料鋪層氣體滲透率是影響真空作用下夾雜空氣及揮發份排出的關鍵因素之一，從而在一定程度上影響復合材料構件成型質量。真空的施加導致預浸料鋪層內部與邊緣形成壓力差，對內部夾雜空氣及揮發份沿厚度方向、面內方向排出提供動力。夾雜空氣及揮發份在預浸料內部流動的能力通常利用預浸料氣體滲透率表征。

預浸料由纖維增強體及樹脂基體構成，因此預浸料鋪層滲透率不僅由纖維的物理特性及纖維網絡結構決定，同時還與樹脂基體的物理化學特性有關。非飽和浸漬預浸料由于預浸料中纖維未被樹脂完全浸漬，內部存在部分干纖維通道，可以促進鋪層內部夾雜空氣、水分和其他揮發性物質排出預浸料鋪層。

非熱壓罐真空袋成型工藝以其成本較低、所制備產品不受熱壓罐尺寸限制、產品性能優異等優勢成為替代熱壓罐成型的工藝手段，發展前景廣闊。此工藝往往采用非飽和浸漬預浸料，利用其纖維部分浸漬的特性，以干纖維作為成型過程中的排除夾雜氣體和揮發分的通道來抑制孔隙的形成，實現僅在真空壓力作用下獲得良好的復合材料密實質量。對于非熱壓罐真空袋工藝，大部分的夾雜氣體在預壓實階段被排出，這一階段直接決定內部夾雜空氣的排除程度，也決定復合材料的孔隙率，而預浸料尺寸、氣體滲透率、真空壓力、溫度及預壓實時間都是重要影響因素。大量國外研究表明，非飽和浸漬預浸料的面內方向氣體滲透率對復合材料密實質量有關鍵影響，而厚度方向氣體滲透率則影響較小，尤其對鋪層層數較多的預浸料。因此測試非飽和浸漬預浸料的面內氣體滲透率已經成為評價預浸料質量、制定和優化非熱壓罐真空袋工藝參數的必要工作，該測試需要在真空壓力、溫度可控的情況下進行。

在預浸料面內氣體滲透率測試方法方面，國內外均開展了相關工作。我國國家發明專利《在鋪層面內方向上測試氣體滲透率的測試系統及其方法》(專利號ZL201110030090.5)，該專利針對的是飽和浸漬預浸料及模壓或熱壓罐工藝，將預浸料試樣放入金屬腔體中，通過多個密封片實現預浸料試樣非測試面的密封，并對試樣施加垂直于試樣表面的壓力，最后在真空作用下測試氣體滲透率。該方法的試樣密封操作非常復雜、耗時，很容易出現密封不嚴的情況，影響測試結果準確性；同時施加壓力的條件也不符合非熱壓罐真空袋工藝的特點。美國材料與試驗協會標準《ASTM D8132/D8132M-17Standard TestMethod for Determination of Prepreg Impregnation by Permeabi lityMeasurement》規定了一種測試預浸料面內氣體滲透率的方法，但是該方法除了需要加工特殊的測試模具，制樣和測試操作也較為復雜，例如測試前需將預浸料包埋在預先制備的透明樹脂塊中，包埋操作容易造成非飽和浸漬預浸料的扭曲、壓實、污染，從而改變了預浸料的結構和滲透率。綜上所述，已報道的預浸料面內氣體滲透率測試方法不適合非熱壓罐真空袋工藝用非飽和浸漬預浸料的測試，或者操作過于復雜，測試成功率低，不易推廣，需要建立新的測試方法。

為此，本發明的目的是提供一種應用于樹脂基復合材料中非飽和浸漬纖維/樹脂預浸料在鋪層面內方向上氣體滲透率的測試系統和方法。

發明內容