[发明专利]纤维织物面外渗透率的测试方法及测试模具

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔材料渗透性的测试方法，尤其涉及一种纤维织物渗透性的测试方法。

背景技术

使用液体成型技术制造复合材料构件时，复合材料构件的质量受多种因素的影响，包括纤维增强材料的性质、基体的性质、基体与纤维织物界面的性质、设备的运行情况和工艺条件的制定等。渗透率是纤维增强材料的特性之一，是影响液体成型技术的重要参数之一。纤维渗透率可分为面内渗透率和面外渗透率。面内渗透率是流体通过纤维织物平面时所受阻力的指标。面外渗透率是反映流体通过纤维织物厚度方向(即Z向)时所受阻力情况的参数。纤维织物的面内渗透率和面外渗透率是预测复合材料液体成型工艺的充模过程、进行模具设计和优化工艺的重要参数，最终影响复合材料构件的质量和稳定性。现今绝大多数的液体复合材料成型工艺的充模过程及其优化设计简化为二维流动，即只使用面内渗透率，然而，对于制造复杂形状和结构的复合材料而言，特别是大型化、厚截面的复合材料构件(例如大型复合材料风电叶片、船体、机舱罩等等)，只采用面内渗透率则远远不能满足实际需要。随着纤维增强复合材料应用的不断扩大，特别是大型化、厚截面构件的广泛应用和纤维增强材料的多样化，纤维织物的面外渗透率及其测试技术显示出其重要性和实际应用价值。

目前，国内外关于纤维织物面外渗透率的测试方法尚无标准可参照，即尚未形成统一、可靠和稳定的测试方法。许多学者对此课题进行了研究，例如特维诺(Trevino)等人的研究发现，大多数增强材料的面外渗透率依赖于铺层的厚度(参见“用替代纤维毡分析树脂的注入1：渗透率和可压缩性测试方法”，《聚合物基复合材料》(Analysis of resin injection molding in molds with replaced fiber mats.1：Permeability and compressibility measurement.Polymer composites.)，1991，12(1)，20-29)；吴某(Wu)等人则设计有一个直径18mm的圆形预制件来完成纤维织物的渗透率实验(参见“面外渗透率的测量及其在复合材料液体模塑成型技术中的应用”，《聚合物基复合材料》(Trans-plane fluid permeability measurement and its application in liquid composite molding.Polymer Composites)，1994，15(4)，289-298)，该方法设计了一对同心圆筒装置进行测量，它利用一维流动实验测量面外渗透率，发现注入压力影响渗透率的测试结果；安某(Ahn)等人则提出了利用预埋光导纤维监测复合材料液体纤维 面外渗透时其液体流动前沿位置的方法(参见“利用植入光导纤维测量纤维预制件的三维渗透率”，《复合材料杂志》(Measurement of the three-dimensional permeability of fiber performs using embedded fiber optic sensors.Journal of Composites Materials)，1995，29(6)，714-733)，该方法记录的流动前沿是光导纤维的渗透情况，与实际所测的纤维的渗透率存在差距；沃顿安(Woerdeman)等人则设计了一个数学模型，利用六个一维流动测试法来测试纤维织物的面内和面外渗透率(参见“RTM中测量三维渗透率的方法”，《聚合物基复合材料》(Interpretation of 3-D permeability measurements for RTM molding.Polymer Composites)，1995，16(6)，470-480)，该方法提出了计算四个面内渗透率和两个面外渗透率的数学模型，但没有实验方法，因为文中所涉及到的几个一维实验仅在理论上可行，而在实际中难以实现；维真博克(Weitzenbock)等人设计的测试方法中使用了热敏传感器来记录复合材料液体由纤维织物面外渗透时其液体流动前沿位置的方法(参见“三维渗透率的测量”，《复合材料A》(Measurement of three-dimensional permeability.Composites Part A)，1998，29A，159-169)，该方法在纤维层之间预埋了热敏传感器，从而影响了流动的真实性；奈达诺夫(Nedanov)则提出了同时测试纤维织物面外渗透率和面内渗透率的方法(参见“测量纤维增强材料三维渗透率的方法”，《复合材料杂志》(A method to determine 3D permeability of fibrous reinforcements.Journal of composite materials)，2002，36(2)，241-254)，该实验是在一定注入流速条件下完成，在面外渗透率测试中，流体通过厚度方向的位置是通过监测流体流入纤维的体积计算而得到的；斯多文(Stoven)等人又提出了一种利用超声波接收器监测液体在纤维织物厚度方向渗透时其流动前沿位置的变化，利用超声波在不同介质中的变化接收流体的信息(参见“连续监测树脂通过纤维织物的三维流动”，《复合材料A》(Continuous monitoring of three-dimensional resin flow through a fibre perform.Composite：Part A)，2003，34：475-480)；吴晓青等人提出了将纤维织物制成带状并缠绕成圆盘，然后恒压注入流体测试流体面外流动前沿的方法来测试纤维织物的面外渗透率(参见CN1651899A号中国专利文献)，但该方法带状圆盘试样的制备较为困难，而且上述测试方法多数只适合于薄截面构件纤维织物预成型体面外渗透率的测试，对于厚截面构件纤维织物预成型体面外渗透率的测试尚未有行之有效的方法。