真空辅助成型工艺纤维织物压实特性及渗透率性能一体化测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种真空辅助成型工艺中织物压实特性与渗透率性能一体化测试设备。本发明专利技术首次提出真空辅助成型工艺中纤维织物压实特性及渗透率性能一体化测试思路，本发明专利技术的测试装置可对纤维织物的压实特性及渗透率性能进行一体化实验测试，它既可准确研究压实力大小，压实时间，循环加载，织物层数和织物编织方法等因素对织物干态和湿态下压实特性影响，又能用来测试织物的面内和厚度方向渗透率。本发明专利技术所涉及的测试装置实现了纤维织物性能在真空辅助成型工艺相同条件下进行测试，采用自行设计的负压控制器，压力测试器和涡流位移传感器能够实现各种影响因素的自动控制，能够显著提高纤维织物压实特性及渗透率性能测试的实验效率及优化测试成本。

【技术实现步骤摘要】
真空辅助成型工艺纤维织物压实特性及渗透率性能一体化测试装置
本专利技术涉及一种真空辅助成型工艺中纤维织物的压实特性及渗透率性能一体化测试装置，具体地说是一种光纤光栅测试和压力控制技术对树脂基复合材料材料真空辅助成型工艺制造方法中，对纤维预成型体在工艺压实特性及渗透率性能进行测试。具体而言是涉及一种纤维织物在干态和湿态情形下的压实特性及面内和厚度方向渗透率性能进行一体化测试的装置。
技术介绍
碳纤维增强树脂基复合材料的真空辅助成型工艺以成本低、易于制造大尺寸构件，已被广泛用于航空航天、汽车工业和船舶领域。纤维织物的压实特性及渗透率性能是真空辅助成型工艺中两个重要的工艺参数，压实特性是表征压力作用下纤维织物预成型体的厚度或纤维体积分数的变化关系，它跟压实力大小、压实时间、循环加载、织物层数及编织方式等因素有关，对复合材料结构件的厚度或纤维体积分数分布及力学性能有重要影响。渗透率是表征压力作用下浸润流体在多孔介质中流动难易程度的参数，体现出多孔介质对流体的流动阻力大小。在连续纤维增加树脂基复合材料的真空辅助成型工艺的制造过程中，纤维的渗透率是影响树脂流动状态的重要因素，它由纤维的物理特性和纤维网格的内部结构所决定，同时也与树脂的物理特性、流动方向以及树脂对纤维的浸润状态有关。纤维织物的压实特性及渗透率性能是采用真空辅助成型工艺成功制造高性能复合材料的重要参数，也是复合材料成型过程计算机模拟和工艺优化设计中必不可少的输入参数。近些年来复合材料的制造工艺有限元模拟已成为复合材料领域研究的热点，建立可靠准确、高效低成本的压实特性及渗透率性能测试装置是获得纤维织物性能准确参数的重要前提，也是保证模拟结果准确度的前提条件之一。目前针对纤维织物压实特性及渗透率性能测试的研究常需采用不同的实验装置进行测试，将两种性能测试进行一体化测试的报道并未见到。目前已有研究针对纤维织物压实特性的研究的方法有:(1)将纤维织物放置在硬性的RTM模腔模具中，直接通过万能力学试验机来控制压实力施加过程进行测试；通过设置程序来考察压实时间和压实力大小对压实特性的影响，但这种测试方法与实际工艺中压实力通过柔性真空袋薄膜作用在纤维织物实验条件上不符；(2)亦有文献报道采用真空袋法对真空辅助成型工艺中纤维织物的压实特性进行实验研究，但实验过程对压实力和压实时间等影响因素的控制方向简陋，实验过程的随机性降低了实验结果的准确可靠性；3)已有研究针对真空辅助成型工艺中纤维织物压实特性研究常将干态和湿态压实截然分开，这与实际的真空辅助成型工艺中纤维织物的干态/湿态压实过程连续性进行不符合，不能观测到织物压实特性中织物厚度变化的重要机理一树脂的润滑效应。纤维织物的渗透率的测试在相关研究中已有相关的报道，根据达西定律织物渗透率可以通过树脂流动前锋随时间的变化关系计算得到。因此针对织物渗透率的测试方法主要集中在树脂流动前锋的监测上，这方面的研究有较多的文献，常用的研究方法主要有:I)相机录像法，这是广泛使用的监测树脂流动前锋位置随时间关系的方法，该方法操作便捷简单但在数据处理时麻烦且实验准确性较差；2)压力传感器法，有研究人员采用自行设计的实验装置，采用在装置底面等间距布设辐射状的压力传感器来监测流动前锋随时间的关系，当树脂流经某处时压力传感器可以采集到树脂压力信号，进而通过压力信号调制系统得到树脂流动前锋与时间的变化关系，这种方法具有操作简单且可获得较为准确的实验结果，但实验清理过程复杂且实验装置加工费用昂贵；3)光纤光栅传感器法，是近年来用来监测树脂流动前锋方法的新进展，方法利用光纤光栅传感器高灵敏度及抗干扰能力强等优点，采用多栅点的光纤光栅传感器直接铺设在纤维织物内部。当树脂流动前锋经过光纤光栅所在处位置时浸润树脂的温度与纤维织物温度的差异会产生光纤光栅波长的变化，可定制不同栅距和多光栅点的光纤光栅传感器以增大测试的精准度，该方法能显著提高了实验结果的精度，但光纤光栅传感器的易脆断及高昂的定制成本增大了成本。由此可见，常规和近期发展的纤维织物渗透率测试方法存在着精度不高和高昂测试成本的问题，真空辅助成型工艺中纤维织物压实特性及渗透率性能一体化测试装置实现了对纤维织物压实特性及渗透率性能集成测试，不但具有重要的应用价值，而且具有一定的技术难度，需要兼顾多方面因素的影响才能实现准确的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纤维增强树脂基复合材料真空辅助成型工艺中纤维织物压实特性及渗透率性能一体化测试装置，具体地说是一种基于光纤布拉格光栅结合非接触涡流位移传感器技术应用于纤维织物的压实特性及渗透率性能一体化测试中，对纤维织物的厚度、所受压实力、面内和厚度方向渗透率等关键工艺参数进行精确测试的装置。本专利技术的目的是这样实现的:该测试装置由压力控制系统、织物性能测试装置、纤维织物厚度测试系统、纤维织物压力测试系统、盛放浸润液体的烧杯和上位计算机组成，压力控制系统通过树脂导流管与纤维织物性能测试装置连接在一起，纤维织物厚度测试系统通过在铝板横梁上下方采用螺母与纤维织物性能测试装置相连，并通过USB数据连接线与上位计算机相连。纤维织物压力测试系统通过沉头螺钉固定在纤维织物性能测试装置上，并通过USB数据连接线与上位计算机相连。压力控制系统由真空泵、负压控制器和树脂收集器组成，真空泵通过真空软管与负压控制器的出气口连接，负压控制器的进气口通过真空软管与树脂收集器的树脂收集器出气口相连，树脂收集器的进气口通过导流管与纤维织物性能测试装置的出射口相连，树脂收集器的真空压力表用来显示过程压力值。纤维织物性能测试装置由铝合金平板模具、不锈钢立柱、铝合金中间带有通孔槽的铝板横梁、中心注射口接头组成，铝合金平板模具正面加工有四周凹槽用于铺放密封胶，在长度方向两端分别加工有出射口和注射口，在长度中心位置处加工有圆形台阶，当进行干态、湿态压实及面内渗透率测试时采用匹配尺寸不带孔不锈钢圆形板并采用密封胶密封，进行厚度方向渗透率性能测试时采用匹配尺寸的带孔不锈钢圆形板并采用密封胶密封。在长度方向中心线对称位置上加工有两个方形台阶，台阶上两端分别加工有两个螺纹孔，沿两个方形台阶中心线处加工有过渡凹槽并延伸至模具边缘的四周凹槽，在铝合金平板模具宽度方向中心线上加工出两个螺纹孔用以安放正置于纤维织物性能测试装置上方的铝合金中间带有通孔槽的铝板横梁，并采用上下螺母进行固定在铝板横梁上。纤维织物厚度测试系统由涡流位移传感器、位移信号放大器和位移信号调制解调器组成，涡流位移传感器通过匹配的数据连接线与位移信号放大器连接，位移信号放大器采用匹配的数据连接线与位移信号调制解调器相连，位移信号调制解调器最终通过USB数据连接线与上位计算机相连。纤维织物压力测试系统由铝合金薄板、沉头螺钉、光纤光栅专用胶黏剂、光纤光栅传感器、光纤信号调制解调器组成，铝合金薄板通过沉头螺钉铆接在纤维织物性能测试平台的铝合金模具的方形台阶上的沉头螺孔中，光纤光栅传感器通过采用光纤光栅专用胶黏剂粘接在铝合金薄板背面宽度方向中心处，光纤光栅传感器沿着铝合金模具正面处的过渡凹槽延伸至四周凹槽，通过光纤调制连接线与光纤信号调制解调器的光纤光栅信号连接通道连接，光纤信号调制解调器通过USB数据连接线与上位计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于纤维增强树脂基复合材料真空辅助成型工艺纤维织物压实特性及渗透率性能一体化测试装置，其特征在于：包括压力控制系统（1）、织物性能测试装置（2）、纤维织物厚度测试系统（3）、纤维织物压力测试系统（4）、容器（6）和上位计算机（5），所述的压力控制系统（1）通过导流管（7）与纤维织物性能测试装置（2）连接在一起，纤维织物厚度测试系统（3）通过铝板横梁（21）上方和下方的螺母（8）与纤维织物性能测试装置（2）相连，并通过USB数据连接线（10）与上位计算机（5）相连，纤维织物压力测试系统（4）通过沉头螺钉（41）固定在纤维织物性能测试装置（2）上，纤维织物性能测试装置（2）通过导流管（7）与容器（6）相连，纤维织物压力测试系统（4）通过USB数据连接线（10）与上位计算机相连；所述的压力控制系统（1）由真空泵（11）、负压控制器（12）和树脂收集器（13）组成，真空泵（11）通过真空软管（14）与负压控制器（12）的出气口（31）连接，负压控制器（12）的进气口（32）通过真空软管（14）与树脂收集器（13）的树脂收集器出气口（33）相连，树脂收集器的进气口（35）通过导流管（7）与纤维织物性能测试装置（2）的出射口（18）相连，树脂收集器（13）的真空压力表（34）用来显示过程压力值；所述的纤维织物性能测试装置（2）由铝合金平板模具（15）、不锈钢立柱（17）、铝板横梁（21）、中心注射口接头（29）组成，铝合金平板模具（15）正面加工有四周凹槽（16），在长度方向两端分别加工有出射口（18）和注射口（25），在长度中心位置处加工有圆形台阶（23），圆形台阶（23）上配有尺寸匹配的带孔或不带孔不锈钢圆形板（46），并用密封胶密封；在长度方向中心线对称位置上加工有两个方形台阶（22），台阶上两端分别加工有两个螺纹孔（39），沿两个方形台阶中心线处加工有过渡凹槽（37）并延伸至模具边缘的四周凹槽（16），在铝合金平板模具（15）宽度方向中心线上加工出两个螺纹孔，所述螺纹孔与不锈钢立柱（17）配合使用，铝板横梁（21）通过上下螺母（8）固定在不锈钢立柱（17）上;所述的纤维织物厚度测试系统（3）由涡流位移传感器（24）、位移信号放大器（27）和位移信号调制解调器（26）组成，所述涡流位移传感器（24）位于铝板横梁（21）的通孔槽中，并用螺母（8）固定；涡流位移传感器（24）通过匹配的数据连接线与位移信号放大器（27） 连接，位移信号放大器采用匹配的数据连接线与位移信号调制解调器（26）相连，位移信号调制解调器（26）通过USB数据连接线（10）与上位计算机（5）相连;所述的纤维织物压力测试系统（4）由铝合金薄板（38）、沉头螺钉（41）、光纤光栅专用胶黏剂（40）、光纤光栅传感器（42）、光纤信号调制解调器（30）组成，铝合金薄板（38）通过沉头螺钉（41）铆接在纤维织物性能测试装置（2）的铝合金模具（15）的方形台阶（22）上，光纤光栅传感器（42）通过采用光纤光栅专用胶黏剂（40）粘接在铝合金薄板（38）背面宽度方向中心处，光纤光栅传感器（42）沿着铝合金模具（15）正面处的过渡凹槽（37）延伸至四周凹槽（16），通过光纤调制连接线（28）与光纤信号调制解调器（30）的光纤光栅信号连接通道（43）连接，光纤信号调制解调器（30）通过USB数据连接线（10）与上位计算机（5）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于纤维增强树脂基复合材料真空辅助成型工艺纤维织物压实特性及渗透率性能一体化测试装置，其特征在于: 包括压力控制系统(1)、织物性能测试装置(2)、纤维织物厚度测试系统(3)、纤维织物压力测试系统(4)、容器(6)和上位计算机(5)， 所述的压力控制系统(1)通过导流管(7)与纤维织物性能测试装置(2)连接在一起，纤维织物厚度测试系统(3)通过铝板横梁(21)上方和下方的螺母(8)与纤维织物性能测试装置(2)相连，并通过USB数据连接线(10)与上位计算机(5)相连，纤维织物压力测试系统 (4)通过沉头螺钉(41)固定在纤维织物性能测试装置(2)上，纤维织物性能测试装置(2)通过导流管(7)与容器(6)相连，纤维织物压力测试系统(4)通过USB数据连接线(10)与上位计算机相连； 所述的压力控制系统(1)由真空泵(11)、负压控制器(12)和树脂收集器(13)组成，真空泵(11)通过真空软管(14)与负压控制器(12)的出气口(31)连接，负压控制器(12)的进气口( 32)通过真空软管(14)与树脂收集器(13)的树脂收集器出气口(33)相连，树脂收集器的进气口(35)通过导流管(7)与纤维织物性能测试装置(2)的出射口( 18)相连，树脂收集器(13)的真空压力表(34)用来显示过程压力值； 所述的纤维织物性能测试装置(2)由铝合金平板模具(15)、不锈钢立柱(17)、铝板横梁(21)、中心注射口接头(29)组成，铝合金平板模具(15)正面加工有四周凹槽(16)，在长度方向两端分别加工有出射口(18)和注射口(25)，在长度中心位置处加工有圆形台阶(23)，圆形台阶(23)上配有尺寸匹配的带孔或不带孔不锈钢圆形板(46)，并用密封胶密封；在长度方向中心线对称位置上加工有两个方形台阶(22)，台阶上两端分别加工有两个螺纹孔(39)，沿两个方形台阶中心线处加工有过渡凹槽(37)并延伸至模具边缘的四周凹槽(16)，在铝合金平板模具(15)宽度方向中心线上加工出两个螺纹孔，所述螺纹孔与不锈钢立柱(17 )配合使用，铝板横梁(21)通过上下螺母(8 )固定在不锈钢立柱(17 )上； 所述的纤维织物厚度测试系统(3)由涡流位移传感器(24)、位移信号放大器(27)和位移信号调制解调器(26)组成，所述涡流位移传感器(24)位于铝板横梁(21)的通孔槽中，并用螺母(8)固定；涡流位移传感器(24)通过匹配的数据连接线与位移信号放大器(27)连接，位移信号放大器采用匹配的数据连接线与位移信号调制解调器(26)相连，位移信号调制解调器(26 )通过USB数据连接线(10 )与上位计算机(5 )相连； 所述的纤维织物压力测试系统(4)由铝合金薄板(38)、沉头螺钉(41)、光纤光栅专用胶黏剂(40)、光纤光栅传感器(42)、光纤信号调制解调器(30)组成，铝合金薄板(38)通过沉头螺钉(41)铆接在纤维织物性能测试装置(2)的铝合金模具(15)的方形台阶(22)上，光纤光栅传感器(42 )通过采用光纤光栅专用胶黏剂(40 )粘接在铝合金薄板(38 )背面宽度方向中心处，光纤光栅传感器(42)沿着铝合金模具(15)正面处的过渡凹槽(37)延伸至四周凹槽(16)，通过光纤调制连接线(28)与光纤信号调制解调器(30)的光纤光栅信号连接通道(43)连接，光纤信号调制解调器(30)通过USB数据连接线(10)与上位计算机(5)连接。2.根据权利要求1所述的一体化测试装置，其特征在于:所述容器为烧杯，烧杯中盛放有浸润液体。3.根据权利要求1所述的一体化测试装置，其特征在于:所述导流管为树脂导流管。4.根据权利要求1所述的一体化测试装置，其特征在于:所述铝板横梁为铝合金材质，其中间带有通孔槽。5.根据权利要求1所述的一体化测试装置，其特征在于:所述涡流位移传感器的数量为4-10个，等间距放置。6.根据权利要求1-4任意一项的一体化测试装置的应用，应用于真空辅助成型工艺的纤维织物。7.根据权利要求1-5任意一项的一体化测试装置的纤维织物压实性能及面内渗透率测试方法，其特征在于包括如下步骤: 第一步:试样选取 将纤维织 物(20 )剪裁成与铝合金模具(15)正面上方的树脂注射口( 25 )和出射口( 18 )之间距离相匹配大小的尺寸，然后按照实验目的预设的铺层方向和铺层层数η进行铺放，注意纤维织物的裁剪要整齐，不能出现边缘毛刺或尺寸不精确，叠放纤维织物时应整齐叠放； 第二步:压实特性及面内渗透率性能测试预准备 在进行正式实验前，首先将压力控制系统(I)、纤维织物厚度测试系统(3)、纤维织物压力测试系统(4)与上位计算机(5)连接起来；真空泵(11)通过真空软管(14)与负压控制器(12)的出气口(31)连接，负压控制器(12)的进气口(32)通过真空软管(14)与树脂收集器(13)的树脂收集器出气口(33)相连，树脂收集器的进气口(35)通过导流管(7)与纤维织物性能测试装置(2)的出射口(18)相连，树脂收集器(13)的真空压力表(34)用来显示过程压力值；铝合金模具(15)正面加工有四周凹槽(16)用于铺放密封胶，在长度方向两端分别加工有出射口(18)和注射口(25)，在长度中心位置处加工出圆形台阶(23)，在圆形台阶上用匹配尺寸不带孔不锈钢圆形板(46)覆盖并采用密封胶密封，在长度方向中心线对称位置上加工有两个方形台阶(22)，台阶上两端分别加工有两个螺纹孔，将用光纤专用胶黏剂(40)粘附有光纤光栅传感器(42)的铝合金薄板(38)采用沉头螺钉(41)通过连接方形台阶(22 )的沉头螺孔(39 )固定在方形台阶(22 )上，将光纤光栅传感器(42 )沿着铝合金模具(15)表面加工出的过渡凹槽(37)并延伸至模具边缘的四周凹槽(16)，在铝合金平板模具(15)宽度方向中心线上加工出两个螺纹孔用以安放正置于纤维织物性能测试装置(2)上方的铝合金中间带有通孔槽的铝板横梁(21)，并采用上下螺母(8)进行固定在铝板横梁(21)上；涡流位移传感器(24)通过匹配的数据连接线与位移信号放...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙邦克，郭艳丽，王长春，甘民可，白光辉，张博明，
申请(专利权)人：北京博简复才技术咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11