[发明专利]一种纤维增强树脂基复合材料内部树脂流动性在线监测方法

说明书

一种纤维增强树脂基复合材料内部树脂流动性在线监测方法。通过在纤维增强树脂基复合材料中引入光纤，在光纤界面形成高‑低‑高型的毛细力阶跃分布，设计一种毛细力阶跃差传感器用于复合材料内部纤维间树脂的流动性在线监测。该传感器尺寸小，可置于复合材料内部用于成型过程中树脂流动性的在线监测和控制，也可以作为一种纤维增强树脂基复合材料树脂流动性的表征和测量手段，填补了复合材料树脂流动性表征和测量领域内的空白，有助于对复合材料内树脂的流动行为进行分析和研究。该传感器在原理上具有灵敏度高、无需标定的优点，所以本发明方法具有可观的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及一种纤维增强树脂基复合材料中树脂流动性监测方法，具体地说是一种纤维增强树脂基复合材料纤维间树脂流动性在线监测方法，属于复合材料流动性测试分析领域。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料具有高比强度与比刚度、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳等优点，在航空领域得到广泛的应用。随着航空技术的发展，复合材料逐渐应用于大型复杂主承力构件。

在复合材料固化成型过程中，纤维间的树脂流动性对成型质量至关重要，尤其在大型复杂复合材料构件的拐角位置处，若流动性控制不当，容易产生：贫富胶、孔隙、局部树脂堆积、尺寸超差等严重问题。这将会直接导致大型构件的报废，使得复合材料生产周期增长，生产成本增加。因此，对纤维增强树脂基复合材料成型过程中纤维间树脂的流动性进行在线监测，有助于对复合材料内部树脂流动状态的实时控制和调整，实现大型复杂复合材料构件的高质量、低成本成型。

目前，由于尚无有效方法可以表征纤维增树脂基复合材料内树脂的流动性，主要利用树脂的粘度来粗略估计复合材料内的流动性，忽略了增强纤维对树脂流动的影响，无法真实反映复合材料内的树脂流动性。

Cender等人在(Resin film impregnation in fabric prepregs with duallength scale permeability)一文中为分析复合材料内树脂的流动形式，从透明板的背面利用CCD相机观察纤维增强树脂基复合材料表面的树脂流动形式。由于复合材料表面存在一定厚度的树脂层，CCD相机观察到是仍是树脂的流动性，而非纤维间树脂的真实流动情况，不能反映复合材料内部的树脂流动形式。还有一种离线表征方法间接反映纤维间树脂流动性的前期阶段(文章题目：Void evolution and gas transport during cure inout-of-autoclave prepreg laminates；Measuring the impregnation of an out-of-autoclave prepreg by micro-CT)，该方法将多组复合材料样件分别加热到固化工艺的不同阶段，迅速冷却后利用显微设备离线观察纤维的浸润状态。该方法只能反映小部分的流动状态，也不能实现流动性的在线监测。

以上方法主要利用成像设备观察纤维增强树脂基复合材料的流动性。由于成像设备原理上是表面对焦成像，无法引入复合材料内部进行流动性在线监测。

光纤具有抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、集传感与传输于一体、能与数字通信系统兼容、尺寸小等优点，且不需要基于表面光的反射进行成像，可以引入复合材料内部进行流动性的在线监测。

发明人经过悉心实验和理论研究，通过在纤维增强树脂基复合材料中引入光纤，在光纤界面形成高-低-高型的毛细力阶跃分布，设计一种毛细力阶跃差传感器用于复合材料内部纤维间树脂的流动性在线监测，突破现有技术瓶颈。发明人已有实验案例表明：利用此方法进行纤维增强树脂基复合材料成型过程中流动性的在线监测简单有效，可以实现与流动性相关的流动状态连续监测，具有测量准确性高、无需标定、小尺寸、易于制造和低成本等明显优势。在大力发展的智能制造领域，监测方法是实现信息获取的基础和前提。本专利提出的在线监测方法从根本上解决了纤维增强树脂基复合材料流动性无法表征和测量的难题，并设计了小尺寸的传感器用于复合材料成型过程的在线测量，具有很好的应用前景和商业价值。

发明内容