[发明专利]浸渍方法和监视基体材料浸渍的装置

说明书

本发明涉及一种浸渍方法，其中用一种浸渍剂浸渍一种基体材料。本发明还涉及一种监视用一种浸渍剂浸渍基体材料的装置。

在蔡忠发表在“合成材料”1992年26卷9期上的论文“RTM过程中模填料分析”(“Analysis of Mold Filling in RTM Process”von Zhong Cai inJournal of Composite Materials，Vol．26，9／1992)中提出了一种浸渍方法。文章描述了一种树脂转换模注(RTM，Resin Transfer Molding)方法，其中，为了形成一种树脂复合材料而将纤维浸渍。文章还提出了一个数字模型，它基于Darcy定律描绘浸渍过程。

本发明的目的在于提供一种浸渍方法。本发明的另一目的是提供监视基体材料浸渍的装置。

所述有关浸渍方法的发明目的是通过如下一种浸渍方法实现的，在该方法中，一种基体材料用一种浸渍剂浸渍，这样基体材料的介电常数就被改变，其中，测量一种与介电常数有关的被测参数，并由此确定基体材料的浸渍值。

本发明是基于通过浸渍剂浸入基体材料就可改变基体材料的介电常数这一认识。通过确定介电常数例如可以推断出浸渍剂已将基体材料浸渍得多深。因而可以监视该浸渍过程。

导电体的一种架构的电容优选用作被测参数，在这种架构中基体材料用作电介质。这种为电容器形式的结构使得通过测量电容来简便地确定介电常数成为可能。电容例如可以通过施加一个直流电压来确定，或者通过确定电容电阻来确定。

优选测量被测参数随时间的变化曲线，并由此确定浸渍值随时间的变化曲线。因而可以描绘表征浸渍过程的参数随时间的变化曲线。

也优选确定在一个参照浸渍值与被测参数之间的函数关系，并从这一函数关系得出浸渍值。如果确定了参照浸渍值与被测参数的函数关系，那么就有可能从被测参数中获得一个浸渍值。

浸渍值随时间的变化曲线优选根据下式计算：

D(t)=D_R(C(t))式中D为浸渍值，D_R为参照浸渍值，C为被测参数，尤其是电容，t为时间。利用所获得的参照浸渍值与被测参数之间的函数关系，就可以通过所测得的被测参数随时间的变化曲线直接获得浸渍值随时间的变化曲线。

确定函数关系的步骤优选是：

·将浸渍度定义为基体材料中浸渍体积与未浸渍体积之比；

·对于预定的工艺参数下一系列的浸渍度，借助一个流动模型的模拟，将一个具有基体材料内至少一个未浸渍干区和至少一个浸渍湿区的空间分布状态的一个参照浸渍值配给各个浸渍度；

·将第一介电常数配给所述至少一个干区，将第二介电常数配给所述至少一个湿区；

·借助这些介电常数，将一个被测参数配给各个参照浸渍值，从而获得所寻求的函数关系。

浸渍剂浸入基体材料，形成一个流动线。在此，干区和／或湿区可以相互连贯，因而它们总是表示一个连贯的体积。然而，流动线也可以导致干区和湿区复杂的空间分布。通过这些区域的不同，介电常数就导致一个复杂的电场。然而即便浸渍剂在基体材料内产生复杂的流动线，由所述方式也可在浸渍值和电容之间建立一种函数关系。这一点通过一种基于一个流动模型的模拟来实现，这种模拟对于一个预先给定的百分浸渍度提供一个确定的干区和湿区的分布状况。在此给这些不同的区域分别分配一个确定的介电常数，可以根据所形成的这些不同区域的空间分布来计算基体材料内的电位分布。然后由下式得到电容：

在此，该积分在为进行电容测量而设计的导体架构的电极的面积Г上进行。ε₀是真空的介电常数，ε_r是干区介电常数和湿区介电常数的平均介电常数，φ是电位，U是作用在电极上的电压。

另外优选的是，对一种多孔基体材料而言，采用适用于牛顿浸渍剂的流动的Darcy定律或采用适用于非牛顿浸渍剂的流动的适当修正的Darcy定律来计算参照浸渍值的空间分布。对多孔介质而言，流动线扩展状况的计算可用Darcy定律来模拟，该定律公认能足够良好地描绘物理关系。

优选从浸渍值获得浸渍剂进入基体材料的浸入深度。另外优选的是获得浸入深度随时间的变化曲线E，并由此确定基体材料下列参数中的至少一个：

·过滤系数；

·流动阻力；

·渗透率；

·相对孔隙率。

对于浸渍剂以一个直的流动线通过一种具有恒定直径的形状而流动的情况有下述关系：