[发明专利]一种复合材料孔隙率对比试块的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料孔隙率对比试块的制造方法，特别是涉及一种针对碳纤维/环氧树脂基复合材料进行孔隙率对比的试块的制造方法。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是一种高强度低重量的非金属基复合材料，日益广泛应用于航空、航天、汽车以及各生产生活领域。复合材料制件存在分层、脱粘、孔洞、孔隙率等缺陷。缺陷的检测通常采用超声波无损检测方法。

超声检测(UT)是利用超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化。在超声波进入物体遇到缺陷时，一部分声波会产生反射，接收器通过对反射波进行分析，来测量材料的厚度、来发现隐藏的内部缺陷，或来分析诸如金属、塑料、复合材料、陶瓷、橡胶以及玻璃等材料的特性等。

孔隙率是复合材料制件里面的一种常见缺陷形式，通常是由制件成型过程中工装架桥、真空袋漏气等因素造成的。孔隙率是由很多个密集的微型气孔组成，气孔的尺寸在几十到几百微米之间。微米量级的单个气孔由于尺寸太小无法形成反射回波，但密集性气孔数量很多，会对超声波造成散射，导致底面回波的衰减。

传统的孔隙率对比试块的制造方法都是通过改变铺贴、固化工艺来实现。通过改变抽真空、降低固化压力、改变升降温速率这些参数的确可以制造出含孔隙缺陷的试板，但是绝大多数情况下这些试板的孔隙率分布非常不均匀，孔隙率的数值可以从0.5％到3.0％以上，而且在某一较小孔隙率范围内(如1～1.5％)无法切割出尺寸较大(生产中使用的孔隙率对比试块尺寸一般为100mmX100mm)的孔隙率对比试块，无法在实际的生产中使用。

发明内容

本发明的目的是通过预埋人工缺陷的方式模拟制造复合材料孔隙率对比试块，解决常规的工艺控制法无法制备面积较大、孔隙率均匀的试块的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明的复合材料孔隙率对比试块的制造方法包括步骤：

(1)按照孔隙率对比试块的厚度要求设计预浸料的铺层，在每个铺层上均匀洒入一份玻璃微球，直到铺贴完成；

(2)将铺贴后的制件放入热压罐进行固化，对固化后的制件进行切边形成孔隙率对比试块，然后对所述孔隙率对比试块进行超声无损检测，确定所述孔隙率对比试块的超声衰减信号；

(3)采用固化工艺控制法制备含真实气孔缺陷的孔隙率试板，使用超声波探伤仪对所述孔隙率试板进行检测，在所述孔隙率试板中找到与步骤(2)中所述孔隙率对比试块的超声衰减信号相同的区域，并做好记号；

(4)将步骤(3)中所选取的区域进行金相显微分析，确定孔隙率的数值，该数值即为步骤(2)中所述孔隙率对比试块的孔隙率标称值；以及

(5)改变添加玻璃微球的量，重复步骤(1)～(4)，以便制造出不同孔隙率级差的孔隙率对比试块。

在步骤(3)中，通过改变抽真空方式、降低固化压力或者改变升降温速率来制备含真实气孔缺陷的孔隙率试板。

优选地，所述玻璃微球的成分为二氧化硅，尺寸为20微米～50微米。

本发明采用预埋玻璃微球的方式，可以很方便地控制试块的均匀度，因此可以比较容易地制备出尺寸较大、孔隙率分布均匀、适用于工程应用的孔隙率对比试块。

另外，通过改变预埋玻璃微球的量，可以很容易控制孔隙率的大小，以便制造出不同孔隙率级差的对比试块。

具体实施方式

示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其它实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。

本发明是一种针对碳纤维/环氧树脂基复合材料进行孔隙率对比的试块的制造方法。具体操作步骤为：

1.按照孔隙率对比试块的厚度要求设计预浸料的铺层，根据铺层的数量，设置需要添加玻璃微球的层数。按照添加层数，将玻璃微球均分成若干份。在铺贴过程中，每个铺层上均匀洒入一份玻璃微球，直到铺贴完成。优选地，玻璃微球的成分为二氧化硅，尺寸为20微米～50微米。

2.将铺贴后的制件放入热压罐进行固化，对固化后的制件进行切边，将切边后的制件作为孔隙率对比试块。然后，对该对比试块进行超声无损检测，确定对比试块的超声衰减信号。

3.通过改变抽真空方式、降低固化压力、改变升降温速率来制造含真实气孔缺陷的孔隙率试板。对该试板进行超声无损检测，并找到与第2步中孔隙率对比试块的超声衰减信号相同的区域，并将该区域标注。