[发明专利]一种正交非织造三维矩形织物渗透率的确定方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种正交非织造三维矩形织物渗透率的确定方法。

背景技术

先进复合材料增强体的重要结构形式是三维立体结构，而正交非织造三维织物是其中重要的一种。正交非织造三维织物由于在空间中X,Y,Z三向的纱线垂直排列，且纤维保持平直，不出现“波浪”，因而整体力学性能良好，这种织物在承力构件领域获得了广泛应用。

渗透率是反映织物渗透性能的重要指标，是确定后续液态成型工艺参数的关键。目前，研究人员主要集中在对二维织物的渗透率表征，以正交非织造织物为代表的三维结构，由于第三向纤维的引入，增加的组织结构的复杂程度，尚有效的渗透率评估方法，只能采用单向流动法、径向流动法等繁琐的实验才能获取，但是由于材料本身的非均质性及流动速率的差异，相同实验条件下的结果往往因人而异，需要进行大量的实验以表征待选增强材料的范围，不仅耗费大量的人力和物力，而且周期较长。例如，在发明专利“一种纤维织物面外渗透率的测试方法中”（申请号：200510016231.2）中，将织物放在专门的模具当中，通过注射液体，采集流动前沿的扩展图像，按照达西定律在多孔介质中的流动规律求取面外渗透率；在发明专利“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”(申请号：200710099160.6)中，在气压的作用下将低粘度的液体注入到测试模具中,使其在纤维铺层中流动,同时使用秒表和量筒记录不同液体进口压力下液体的流速，计算得到织物饱和渗透率;在发明专利“纤维织物面外渗透率的测试方法及测试模具中”（申请号：201010165251.7）中开发了专门的注射模具，该模具由模具面板及储存箱构成，模具面板固接在储存箱的上方形成密闭容腔，储存箱设有与外部注射系统相连的管道。

以上专利的特点在于，都开发了一套复杂的注射模具，通过图像等其他方法测得液体流经织物的速率，由达西定律获取渗透率。但是流动观测试验受限于人为因素的干扰，难以获得稳定的实验结果，操作过程不仅复杂，而且费时费力，且需要专门制样。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种正交非织造三维矩形织物渗透率的确定方法，克服现有流动观测实验法测试渗透率的不足，可快速、方便、准确的获取该织物的渗透率。

技术方案

一种正交非织造三维矩形织物渗透率的确定方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将织物采用定型剂定型后，沿纱线轴向切断面，采用IPP图像分析软件获得单胞及其纱线的尺寸参数；然后采用Gebart公式计算纤维束的纵向渗透率与横向渗透率：

步骤2：单胞内束间隙按体积均分为两份，并将每一份分别沿着X、Y、Z主轴方向等效为圆柱管道；所述等效圆柱管道时遵循：①体积保持不变②沿主轴方向圆柱管道的端面从单胞边界延伸至与纱线相切；

然后以公式计算等效渗透率，其中D为管道直径，两份等效圆柱管道的管道直径采用如下公式计算：

步骤3：单胞X向渗透率计算：

步骤1a：子区域渗透率计算：分别过X纱与Y纱的切点、X纱与Z纱的切点，作与X纱平行的两个公切面，将单胞划分为四个子区域，各子区域的X向等效渗透率计算公式如下：

K_{等效子区域4x}＝K_x纱||；

步骤1b：单胞X向渗透率计算：

步骤4单胞Y向渗透率计算：

步骤2a：子区域渗透率计算：分别过Y纱与X纱的切点、Y纱与Z纱的切点，作与Y纱平行的两个公切面，将单胞划分为四个长方体子区域，各子区域的Y向等效渗透率计算公式如下：

K_{等效子区域4y}＝K_y纱‖；

步骤2b：单胞Y向渗透率计算

步骤5：单胞Z向渗透率计算

步骤3a：子区域渗透率计算：分别过Z纱与X纱的切点、Z纱与Y纱的切点，作与Z纱平行的两个公切面，将单胞划分为四个长方体子区域，各子区域的Z向等效渗透率计算公式如下：

K_{等效子区域4z}＝K_z纱‖；

步骤3b：Z方向单胞渗透率：