[发明专利]一种基于太赫兹光谱技术的玻璃纤维复合材料孔隙率的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃纤维复合材料孔隙率检测领域，具体涉及一种基于太赫兹光谱技术的玻璃纤维复合材料孔隙率的检测方法。

背景技术

玻璃纤维复合材料以其独特的性能优势，在航空航天、船舶航运、石油化工、汽车工业、铁道铁路、家居家具、装饰建筑、建材卫浴和环卫工程等相关行业中得到了广泛应用。孔隙是玻璃纤维复合材料最常见的微观缺陷，孔隙的出现严重降低了材料的性能,如层间剪切强度、横向和纵向的拉伸强度和弯曲强度、弯曲模量和拉伸模量等。评价孔隙含量的定量指标是孔隙率,即单位体积内所含孔隙的体积百分数。在实际应用中，不同行业对玻璃纤维复合材料的孔隙率都有一定要求，尤其是在对材料质量要求较高的航空航天领域。因此，孔隙率的检测对玻璃纤维复合材料的性能保证非常重要，发展准确可靠的孔隙率检测技术有着极为重要的意义。

目前比较常用的玻璃纤维复合材料孔隙率检测方法主要分为破坏性检测法和无损检测法。破坏性检测法主要包括:水吸收法、密度法和金相显微照相法等，传统的无损检测法主要包括:超声检测法和X射线检测法等，但以上检测方法都存在着各自的局限性。破坏性检测法评估后玻璃纤维复合材料受到破坏，无法再投入使用，在实际生产中，通常要求在不破坏玻璃纤维复合材料的前提下对其进行孔隙率检测；超声检测法在检测过程中需要在玻璃纤维复合材料表面涂抹耦合剂，且分辨率相对较低；X射线法则对人体伤害较大。因此，亟需发展一种新的玻璃纤维复合材料孔隙率无损检测方法。

太赫兹波是频率在0.1-10THz(波长为0.03-3mm)之间的电磁波，在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间。太赫兹技术用于玻璃纤维复合材料无损检测具有以下优良特性：(1)高透性：太赫兹辐射对非金属非极性物质具有良好的穿透能力，可对玻璃纤维复合材料进行透视成像。(2)安全性：太赫兹辐射的光子能量较低(毫电子伏特)，不会产生电离损伤，与X射线相比，对人体没有伤害。(3)非接触性：太赫兹设备的检测方式为非接触式，并且在检测过程中不需要在样本表面涂抹其他辅助物质，避免了对样本的污染和伤害。正由于太赫兹技术具有以上优点，已经日益成为一种新型的无损检测手段。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于太赫兹光谱技术的玻璃纤维复合材料孔隙率的检测方法，利用具有不同孔隙率的玻璃纤维复合材料的太赫兹光谱特征参数存在差异，建立玻璃纤维复合材料孔隙率与太赫兹光谱特征参数之间的关系模型，实现孔隙率的检测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于太赫兹光谱技术的玻璃纤维复合材料孔隙率的检测方法，包括以下步骤：

(1)制备含有不同孔隙率的玻璃纤维复合材料板。

(2)利用太赫兹时域光谱系统对玻璃纤维复合材料板进行测试，并计算太赫兹光谱特征参数。

(3)采用金相显微照相法对玻璃纤维复合材料板的孔隙率进行标定。

(4)统计具有不同孔隙率的玻璃纤维复合材料板的太赫兹光谱特征参数的差异规律，建立孔隙率检测模型。

(5)对于孔隙率未知的玻璃纤维复合材料板，测量得到它的太赫兹光谱特征参数，即可通过孔隙率检测模型计算出它的孔隙率。

作为优选实施方式，其特征在于：

所述步骤(1)制备的含有不同孔隙率的玻璃纤维复合材料板均为同一批次材料，制作工艺和流程以及材料结构均基本相同，并且除孔隙外没有别的人工缺陷和自然缺陷。

所述步骤(2)采用的太赫兹时域光谱系统工作在透射模式下，实验时样本仓内充满氮气，空气湿度控制在2％以下，温度控制在20℃左右。

所述步骤(2)在进行太赫兹透射光谱测试实验时，首先获取在无样本状态下太赫兹波直接通过氮气时的时域波形作为参考，然后再将玻璃纤维复合材料板放置于样本架上，获取太赫兹波通过样本时的时域波形。分别对获取的参考和样本时域波形进行傅里叶变换，得到频域波形，并计算样本在有效测量频率范围内的太赫兹光谱特征参数(如折射率和吸收系数等)。

其中n为样本折射率，a为样本吸收系数，ω为角频率，为样本信号和参考信号的相位差，ρ(ω)为样本信号和参考信号的振幅之比。

所述步骤(3)在金相显微照相法的检测过程中，分别对每一块玻璃纤维复合材料板磨取15个截面，将截面进行打磨和抛光后在金相显微镜下拍照观察并保存图像，通过图片处理器，将截面图像放入方格中，计算出有孔隙的方格数占总方格数的比率得到面孔隙率。最后将15个截面的孔隙率求和后取平均值，即得到样本的体积孔隙率。