一种树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置及方法。该装置包括：硅橡胶模具、活塞、加热板、热流计、热电偶、树脂试样、位移传感器、数据采集系统和计算机；硅橡胶模具用于放置树脂试样，活塞用于对硅橡胶模具施加压力；加热板用于对树脂试样进行加热；热流计用于测量任一时刻通过树脂试样上表面和下表面的热流；热电偶用于测量任一时刻树脂试样中心截面处的温度变化量；位移传感器用于测量树脂试样的厚度变化量；计算机根据热流、厚度变化量以及中心截面处的温度变化量计算树脂热膨胀系数和固化收缩率。本发明专利技术能够在一次实验后，通过对测量得出的结果进行分析处理，一次性得到树脂试样的固化度、热膨胀系数、固化收缩率。缩率。缩率。

【技术实现步骤摘要】
一种树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及材料热物性测
，特别是涉及一种树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置及方法。

技术介绍

[0002]树脂在固化过程中，由于分子聚合形成三维网状结构，导致树脂发生收缩；同时在热流的作用下，树脂基体发生热膨胀，在加热条件下树脂基体发生快速的化学反应，反应放出大量热量，导致温度场发生快速变化，因此影响了反应速率的控制，树脂的热应变和固化收缩应变与树脂的热膨胀系数和固化收缩率密切相关。由于固化过程同时存在热膨胀和固化收缩，且参数不仅随温度发生变化，还会随固化度发生变化，给热膨胀系数和固化收缩率的测量带来困难。
[0003]于20世纪下半叶至今，针对热固性树脂主要形成了两大测量方法：直接体积测量法和非直接体积测量法。直接体积测量法包含毛细管法、重量法和柱塞式方法；非直接体积测量法主要包含DMA、TMA、流变仪、比重瓶、FBG、超声波、激光束扫描法、应变仪等方法。其中，毛细管法通过目测读数，由于不能自动输出数据，测量精度受人为因素影响；DMA和TMA仅能测量已经开始固化后的样品，不利于区分热膨胀与化学收缩，FBG、超声波和应变仪等方法受到树脂与容器壁的粘附、树脂温度控制的缺乏与测量容器内杂质影响，测量结果存在一定误差。
[0004]上述研究只能单一地获得树脂的固化收缩率，或者树脂在非固化交联阶段的热膨胀系数和固化收缩率，不能同时获得树脂固化过程的热膨胀系数和固化收缩率；重要的是，树脂在固化过程中的任一时刻，热膨胀与化学收缩是同时存在的，如何将热膨胀与化学收缩正确分离开来并准确测量将是研究的重点。且研究表明，固化收缩率与固化度是线性相关的函数，仪器在测量基体收缩的基础上额外需要热分析仪器，如单独进行DSC实验以得到树脂的固化度变化，有可能会有一定的误差。此外，复合材料实际固化过程常伴随有压力，其对树脂的热膨胀系数和固化收缩率有一定的影响。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是提供一种树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置及方法，
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置，包括：硅橡胶模具、活塞、加热板、热流计、热电偶、树脂试样、位移传感器、数据采集系统和计算机；
[0008]所述硅橡胶模具用于放置所述树脂试样，所述活塞设置在所述硅橡胶模具上方，用于对所述硅橡胶模具施加压力；所述加热板用于对所述树脂试样进行加热；所述热流计用于测量任一时刻通过所述树脂试样上表面和下表面的热流；所述热电偶设置在所述树脂试样的中心，用于测量任一时刻树脂试样中心截面处的温度变化量；所述位移传感器用于
测量所述树脂试样的厚度变化量；所述数据采集系统分别与所述热流计、所述位移传感器和所述热电偶连接，用于采集所述热流、所述厚度变化量以及所述中心截面处的温度；所述计算机与所述数据采集系统连接，用于根据所述热流、所述厚度变化量以及所述中心截面处的温度变化量计算树脂热膨胀系数和固化收缩率。
[0009]进一步地，还包括：试样环，用于放置所述硅橡胶模具。
[0010]进一步地，还包括绝热壁，所述绝热壁设在所述试样环两侧。
[0011]进一步地，所述加热板包括第一加热板和第二加热板，所述第一加热板设置在所述硅橡胶模具的上表面，用于对所述树脂试样的上表面进行加热；所述第二加热板设置在所述硅橡胶模具的下表面，用于对所述树脂试样的下表面进行加热；
[0012]进一步地，所述热流计包括第一热流计和第二热流计，所述第一热流计设置在所述第一加热板下表面的中心，用于测量任一时刻通过所述树脂试样上表面的热流，所述第二热流计设置在所述第二加热板上表面的中心，用于测量任一时刻通过所述树脂试样下表面的热流。
[0013]本专利技术还提供了一种树脂热膨胀系数和固化收缩率测量方法，所述方法应用于上述的树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置，所述方法包括：
[0014]对树脂试样进行加热并测量任一时刻通过所述树脂试样上表面和下表面的热流；
[0015]对所述树脂试样试压并测量所述树脂试样的厚度变化量；
[0016]测量任一时刻树脂试样中心截面处的温度变化量；
[0017]根据通过所述树脂试样上表面和下表面的热流，计算树脂试样的固化度；
[0018]根据所述温度变化量、所述厚度变化量以及所述固化度计算树脂试样的热膨胀系数；
[0019]根据所述热膨胀系数以及所述固化度的变化量计算树脂试样的固化收缩率。
[0020]进一步地，所述根据所述温度变化量、所述厚度变化量以及所述固化度计算树脂试样的热膨胀系数，具体包括：
[0021]根据所述温度变化量、所述厚度变化量计算未开始固化时树脂试样的热膨胀系数以及固化完成后树脂试样的热膨胀系数；
[0022]根据所述固化度、未开始固化时树脂试样的热膨胀系数以及固化完成后树脂试样的热膨胀系数，计算树脂试样的热膨胀系数。
[0023]进一步地，固化度的计算公式如下：
[0024][0025]式中：α(t)为单位时刻树脂试样的固化度；φ为t时刻通过试样上下表面的热流；ΔH
tot
为树脂固化反应过程中通过其表面的总热流量。
[0026]进一步地，热膨胀系数的计算公式如下：
[0027]CTE(α)＝CTE
uncured
(1
‑
α)+αCTE
rubbery
[0028][0029][0030]式中：α为t时刻树脂试样的固化度；CTE
uncured
为未开始固化时树脂试样的热膨胀系数；CTE
rubbery
为固化完成后树脂试样的热膨胀系数；Δd1、Δd2为树脂在未开始固化阶段和固化完成阶段的厚度变化量；d1、d2为树脂试样在未开始固化阶段和固化完成阶段的初始厚度值；ΔT1、ΔT2为树脂试样在未开始固化阶段和固化完成阶段的温度变化量；CTE(α)为固化过程中某时刻树脂试样的热膨胀系数。
[0031]进一步地，固化收缩率的计算公式如下：
[0032][0033]式中：CS为树脂的固化收缩率；d
i
为试样的初始厚度；d(T,α)为固化过程中任一时刻树脂试样的厚度；ΔT、Δα为一个采样时间内试样温度和固化度的变化量。
[0034]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0035](1)本专利技术可以在一次实验后，通过对测量得出的结果进行分析处理，一次性得到树脂试样的固化度、热膨胀系数、固化收缩率；并且仪器可以在恒压以及变压力条件下对树脂样品进行测量，这样就实现了在短时间内测量多个参数的目标，相比单独使用一套设备测定一个参数具有显著优势；
[0036](2)本专利技术基于柱塞式方法进行了改进，通过设备上下端面热流传感器和温度传感器确定树脂的固化度；通过位移传感器获得树脂体积变化，并将树脂体积变化分为纯热膨胀、热<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置，其特征在于，包括：硅橡胶模具、活塞、加热板、热流计、热电偶、树脂试样、位移传感器、数据采集系统和计算机；所述硅橡胶模具用于放置所述树脂试样，所述活塞设置在所述硅橡胶模具上方，用于对所述硅橡胶模具施加压力；所述加热板用于对所述树脂试样进行加热；所述热流计用于测量任一时刻通过所述树脂试样上表面和下表面的热流；所述热电偶设置在所述树脂试样的中心，用于测量任一时刻树脂试样中心截面处的温度变化量；所述位移传感器用于测量所述树脂试样的厚度变化量；所述数据采集系统分别与所述热流计、所述位移传感器和所述热电偶连接，用于采集所述热流、所述厚度变化量以及所述中心截面处的温度；所述计算机与所述数据采集系统连接，用于根据所述热流、所述厚度变化量以及所述中心截面处的温度变化量计算树脂热膨胀系数和固化收缩率。2.根据权利要求1所述的树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置，其特征在于，还包括：试样环，用于放置所述硅橡胶模具。3.根据权利要求2所述的树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置，其特征在于，还包括绝热壁，所述绝热壁设在所述试样环两侧。4.根据权利要求1所述的树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置，其特征在于，所述加热板包括第一加热板和第二加热板，所述第一加热板设置在所述硅橡胶模具的上表面，用于对所述树脂试样的上表面进行加热；所述第二加热板设置在所述硅橡胶模具的下表面，用于对所述树脂试样的下表面进行加热。5.根据权利要求4所述的树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置，其特征在于，所述热流计包括第一热流计和第二热流计，所述第一热流计设置在所述第一加热板下表面的中心，用于测量任一时刻通过所述树脂试样上表面的热流，所述第二热流计设置在所述第二加热板上表面的中心，用于测量任一时刻通过所述树脂试样下表面的热流。6.一种树脂热膨胀系数和固化收缩率测量方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1
‑
5任意一项所述的树脂热膨胀系数和固化收缩率测量装置，所述方法包括：对树脂试样进行加热并测量任一时刻通过所述树脂试样上表面和下表面的热流；对所述树脂试样试压并测量所述树脂试样的厚度变化量；测量任一时刻树脂试样中心截面处的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁群，张坤，冯喜平，李建，王乐，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：