[发明专利]一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法

说明书

本发明涉及聚合物复合材料检测技术领域，尤其涉及一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法，系统包括固化收缩测试单元、成像单元和图像处理单元，固化收缩测试单元用以为待测样品提供固化反应场所，固化收缩测试单元包括用于盛放液体介质的第一透明容器，第一透明容器内的液体介质的凹液面能够间接反映固化反应全过程中待测样品的体积变化；成像单元用于采集刻度图像；图像处理单元用于根据刻度图像输出固化过程体积收缩率数据和体积收缩率随时间的变化关系曲线。本发明提出的一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法，解决了现有测试系统存在难以获取固化全过程中的树脂复合材料体积变化数据的问题。

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料检测技术领域，尤其涉及一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法。

背景技术

树脂在固化过程中由于交联反应等进行会产生体积减小的化学收缩现象，化学收缩以及固化结束后的热收缩是树脂复合材料产品制造过程产生内应力的主要来源，这种内应力时常会导致产品出现褶皱、翘曲或裂纹等缺陷，极大降低复合材料的性能。因此，准确的检测树脂复合材料在固化过程的体积收缩是至关重要的。

固化收缩一般有两种测试方法：非体积膨胀法和体积膨胀法。其中非体积膨胀法一般是通过接触或非接触式传感器从一维或二维尺寸上来测量体积变化。但这种方法往往不能直接测量树脂的体积变化，需要通过测量与树脂接触的其他固体介质的变化来间接反映树脂体积变化，因此往往只能测量树脂凝胶后的体积收缩。另外这类方法还有一个共同的缺陷就是对测量仪器的精度以及测量环境的条件要求较高，因此只能在实验室内完成，无法应用于实际生产过程。体积膨胀法主要有毛细管膨胀计法、柱塞式膨胀计法和基于浮力原理的排水法等。其中膨胀计法是通过树脂固化过程体积变化产生的毛细管力或推拉力使毛细管内的液面或活塞运动来监控体积变化，该方法由于缺少数字输出系统，人为因素影响较大，测试精度低。而浮力法是使树脂悬浮在特定密度的液体介质中，通过固化前后树脂的密度变化引起的浮力变化，利用阿基米德原理测得体积变化。然而这种方法最大的问题在于浮力变化往往很小，测试结果受外界影响较大。

现有测量方法基本都是基于以上原理或方法发展或改进而来。如采用经过多次改良的毛细管膨胀计法来测量树脂的固化收缩。其将环氧树脂置于柔软PE袋内部，后置于充满蒸馏水的滴瓶中，滴瓶用橡皮塞密封，橡皮塞内插有一只带刻度的移液管，用于记录蒸馏水高度的变化。另外还采用一个对照瓶，来排除由于温度的变化所带来的热膨胀的影响。通过恒温水浴来使固化反应进行，通过读取这一过程中移液管的刻度变化来实时记录树脂的体积收缩。

申请号为CN109975531，专利名称为：胶凝固化体积收缩率的测试装置及测试方法中采用一个带刻度的圆台形容器盛放树脂，通过灯箱或加热箱使树脂发生固化，根据读取的刻度值并代入相应的体积计算公式来获得固化收缩率。

综上所述，现有技术缺点在于：难以获得整个固化程序(升温、保温和降温)的体积变化数据；体积刻度线数据的读取采用人工肉眼估读，存在人为误差(如误读和视差等)，测量精度低；人工读数还占用大量劳动时间，人力成本高，效率低下；树脂固化过程一般时间较长，实时在线监测过程往往产生大量数据，因此数据处理耗时较长，也变相提高了人力成本，降低测试效率。

发明内容

本发明提出一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法，以解决现有测试系统存在难以获取固化全过程中的树脂复合材料体积变化数据的问题，并且同时提供测量精度和效率。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，包括固化收缩测试单元、成像单元和图像处理单元，其中：

固化收缩测试单元用以为待测样品提供固化反应场所，所述固化收缩测试单元包括第一透明容器，所述第一透明容器用于盛放液体介质，所述第一透明容器的外壁上刻有刻度，所述第一透明容器内的液体介质的凹液面能够随固化反应过程中待测样品的体积变化而变化；