[发明专利]非饱和浸渍纤维/树脂预浸料的气体面内渗透率测试方法

说明书

本发明提供一种针对非饱和浸渍纤维/树脂预浸料在铺层面内方向上测试气体渗透率的装置，包括测试模腔、抽真空装置、控温装置、流量检测元件和数据采集系统。本装置通过在真空腔体中提供使气体沿预浸料铺层面内方向运动的动力，实现了预浸料在铺层面内方向上气体渗透率的测试；通过调节真空压力及温度，实现预浸料在不同压强和温度下面内气体渗透率的测量，为预浸料质量评价提供测试方法，为制定和优化非热压罐真空袋工艺参数提供重要数据。

技术领域

本发明涉及一种测试非饱和浸渍预浸料气体渗透率的装置及其方法，更具体地说，是指以气体为流体测试单层或多层纤维/树脂预浸料试样在铺层面内方向上渗透率的装置及其方法。

背景技术

渗透率是表征压力作用下流体在多孔介质中流动难易程度的参数，渗透率越大表示多孔介质对流体的流动阻力越小，同时渗透率与流体在多孔介质中的流动方向有关。纤维增强树脂基复合材料常采用预浸料制备，预浸料铺层可以看作是由纤维形成骨架的多孔介质。此类复合材料成型过程中，预浸料铺层气体渗透率是影响真空作用下夹杂空气及挥发份排出的关键因素之一，从而在一定程度上影响复合材料构件成型质量。真空的施加导致预浸料铺层内部与边缘形成压力差，对内部夹杂空气及挥发份沿厚度方向、面内方向排出提供动力。夹杂空气及挥发份在预浸料内部流动的能力通常利用预浸料气体渗透率表征。

预浸料由纤维增强体及树脂基体构成，因此预浸料铺层渗透率不仅由纤维的物理特性及纤维网络结构决定，同时还与树脂基体的物理化学特性有关。非饱和浸渍预浸料由于预浸料中纤维未被树脂完全浸渍，内部存在部分干纤维通道，可以促进铺层内部夹杂空气、水分和其他挥发性物质排出预浸料铺层。

非热压罐真空袋成型工艺以其成本较低、所制备产品不受热压罐尺寸限制、产品性能优异等优势成为替代热压罐成型的工艺手段，发展前景广阔。此工艺往往采用非饱和浸渍预浸料，利用其纤维部分浸渍的特性，以干纤维作为成型过程中的排除夹杂气体和挥发分的通道来抑制孔隙的形成，实现仅在真空压力作用下获得良好的复合材料密实质量。对于非热压罐真空袋工艺，大部分的夹杂气体在预压实阶段被排出，这一阶段直接决定内部夹杂空气的排除程度，也决定复合材料的孔隙率，而预浸料尺寸、气体渗透率、真空压力、温度及预压实时间都是重要影响因素。大量国外研究表明，非饱和浸渍预浸料的面内方向气体渗透率对复合材料密实质量有关键影响，而厚度方向气体渗透率则影响较小，尤其对铺层层数较多的预浸料。因此测试非饱和浸渍预浸料的面内气体渗透率已经成为评价预浸料质量、制定和优化非热压罐真空袋工艺参数的必要工作，该测试需要在真空压力、温度可控的情况下进行。

在预浸料面内气体渗透率测试方法方面，国内外均开展了相关工作。我国国家发明专利《在铺层面内方向上测试气体渗透率的测试系统及其方法》(专利号ZL201110030090.5)，该专利针对的是饱和浸渍预浸料及模压或热压罐工艺，将预浸料试样放入金属腔体中，通过多个密封片实现预浸料试样非测试面的密封，并对试样施加垂直于试样表面的压力，最后在真空作用下测试气体渗透率。该方法的试样密封操作非常复杂、耗时，很容易出现密封不严的情况，影响测试结果准确性；同时施加压力的条件也不符合非热压罐真空袋工艺的特点。美国材料与试验协会标准《ASTM D8132/D8132M-17Standard TestMethod for Determination of Prepreg Impregnation by Permeabi lityMeasurement》规定了一种测试预浸料面内气体渗透率的方法，但是该方法除了需要加工特殊的测试模具，制样和测试操作也较为复杂，例如测试前需将预浸料包埋在预先制备的透明树脂块中，包埋操作容易造成非饱和浸渍预浸料的扭曲、压实、污染，从而改变了预浸料的结构和渗透率。综上所述，已报道的预浸料面内气体渗透率测试方法不适合非热压罐真空袋工艺用非饱和浸渍预浸料的测试，或者操作过于复杂，测试成功率低，不易推广，需要建立新的测试方法。

为此，本发明的目的是提供一种应用于树脂基复合材料中非饱和浸渍纤维/树脂预浸料在铺层面内方向上气体渗透率的测试系统和方法。

发明内容