CN100383829C - 一种适用于复合材料的热压成形过程的树脂压力采集*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于复合材料的热压成形过程的树脂压力采集***，包括计算机、巡检仪、压力采集装置，以及存储于所述计算机内的树脂压力测量单元，巡检仪的信息输出端通过连接线连接在计算机的RS232接口上，巡检仪的信息输入端通过连接线与压力采集装置的传感器连接，压力采集装置的探针伸入树脂基复合材料内；所述树脂压力测量单元，用于实时监测不同测试点放置的探针采集到的电流信息I_n并转换为压力信号P_n，同时显示压力随热压成形过程中加压时间的变化曲线；其中，压力与电流的转换关系式为P_n=I_n/8-1/2，P_n表示压力信息，I_n表示电流信息，n表示放置探针的个数。本发明树脂压力采集***可以判断树脂的凝胶点和纤维分布状况，为制备复合材料过程中加压时机和其他工艺参数的选择提供了方便。

Description

一种适用于复合材料的热压成形过程的树脂压力采集***

技术领域

本发明涉及一种对复合材料成形工艺中的压力采集处理***，更特别地说，是指一种对树脂基复合材料在成形过程中的压力进行实时多路采集、中心解算输出处理的压力采集***。

背景技术

在树脂基复合材料成形过程中，往往涉及到树脂的流动过程，例如热压工艺、液体成形工艺和拉挤工艺等。树脂压力差是树脂流动的驱动力，它会随时间和位置的改变而变化，这会对树脂的流动状况乃至整个成形过程有很大的影响，从而影响到复合材料的最终性能。近些年来，利用计算机技术对树脂基复合材料成形过程进行模拟进而对工艺进行优化已经成为了复合材料低成本技术的一个重要内容，而树脂的压力便是其中的一个重要参数。此外，树脂压力低于一定值后，树脂中的挥发分会成为气泡并最终以孔隙的形态存在于复合材料中，以致大大降低了复合材料的力学性能。若能对成形过程中的树脂压力进行实时监测，所得数据不但可以对计算机模拟进行验证和修正，而且可以作为控制复合材料质量的重要依据。

目前，流体压力的测试方法有很多，但是大多不能适用于复合材料成形过程。通常测量树脂压力的方法是将压力传感器安装在构件底部，从而得到构件边界处树脂压力的变化。这个方法不能测定层板内部任意位置的树脂压力大小。若将流体压力传感器直接置于复合材料内部，对该位置处的树脂压力进行测量，树脂固化后传感器将永久地留在复合材料中。因此，这种方法的成本较高并对构件的性能有一定影响，而且由于传感器的体积或面积较大，会对复合材料的成形过程造成影响，从而降低了数据的可靠性。若同时测量多个位置，这些问题就更加严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种用来采集复合材料成形过程中的树脂压力采集***，该树脂压力采集***通过将多个探针***树脂基复合材料内部，在有压力的条件下传压管腔内的传压液将树脂压力传递给传感器，巡检仪对获得的电流信息输出至计算机内进行树脂压力测试处理，并将测试结果输出给施压设备，从而有效地控制了在树脂基复合材料制备过程中树脂所需施加的压强。

本发明是一种适用于复合材料的热压成形过程的树脂压力采集***，包括计算机、巡检仪、压力采集装置、以及存储于所述计算机内的树脂压力测量单元，巡检仪的信息输出端通过连接线连接在计算机的RS232接口上，巡检仪的信息输入端通过连接线与压力采集装置的传感器连接，压力采集装置的探针伸入树脂基复合材料内。

所述压力采集装置由传感器、传压管和探针组成，传感器安装在传压管一端的螺纹孔上，传压管的另一端密封安装有探针；传压管的上部设有左螺纹通孔、右螺纹通孔，左螺纹通孔内安装有左螺柱，右螺纹通孔内安装有右螺柱；传压管内部为空心的传压液腔，传压液腔内灌装有传压液。

所述树脂压力测量单元，用于实时监测不同测试点放置的探针采集到的电流信息I_n并转换为压力信号P_n，同时显示压力随热压成形过程中加压时间的变化曲线；其中，压力与电流的转换关系式为P_n＝I_n/8-1/2，P_n表示压力信息，I_n表示电流信息，n表示放置探针的个数。

本发明树脂压力采集***的优点在于：(1)本***可以对热压过程中的树脂压力进行实时、定量、多路采集；(2)***的准确度、灵敏度、迟滞性、动态响应性和测量范围都满足实际工程上的要求；(3)压力采集装置的造价和使用成本低、操作简单且不需要任何复杂或特殊的辅助设备；(4)适用于各种树脂、纤维以及铺层方式，不受成形温度和成形压力的限制；(5)将该***与加压设备连接可以实现热压过程的监测和控制，从而科学地调节工艺参数，达到降低成本、提高制品质量的目的；(6)本发明树脂压力采集***能够判断树脂的凝胶点和纤维分布状况，为制备复合材料过程中加压时机和其他工艺参数的选择提供了方便。

附图说明

图1是本发明压力采集***的结构框图。

图2是树脂基复合材料在成型腔中的铺层结构示意图。

图3是传压管与探针的装配图。

图3A是传压管的剖视图。

图4是本发明树脂压力测量单元的界面框图。

图中：  1.传压管    2.探针      3.右螺柱    4.左螺柱5.螺纹孔    6.传压液腔  21.上盖板   22.凹形成型腔23.上层吸胶材料层       24.下层吸胶材料层25.上层透气材料层       26.下层透气材料层       27.预浸料铺层31.探针A    32.探针B    33.探针C    34.探针D

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种适用于复合材料的热压成形过程的树脂压力采集***，由计算机、巡检仪、压力采集装置、以及存储于所述计算机内的树脂压力测量单元构成，巡检仪的信息输出端通过连接线连接在计算机的RS232接口上，巡检仪的信息输入端通过连接线与压力采集装置的传感器连接，压力采集装置的探针伸入树脂基复合材料内。

在本发明中，根据帕斯卡定律，在静态下加在密闭液体上的压强能按照它原来的大小由液体向各个方向传递，即液体具有传递压强的特性。根据这一特性本专利申请的发明人设计了一种压力采集装置(请参见图3、图3A所示)，该压力采集装置由传感器(压阻式压力传感器)、传压管1和探针2(北京科拓器化玻璃有限公司的七号探针)组成，传感器安装在传压管1一端的螺纹孔5上，传压管1的另一端密封安装有探针2；传压管1的上部设有设有左螺纹通孔、右螺纹通孔，左螺纹通孔内安装有左螺柱4，右螺纹通孔内安装有右螺柱3；传压管1内部为空心结构的传压液腔6，其传压液腔6内灌装有传压液(苯基硅油)。在本发明中，采用的压力传感器量程为0～2MPa，精度为0.25％FS，输出信号为4～20mA。

本发明设计的压力采集装置，当测试位置(树脂基体复合材料上的任意设置的测试点)的压力发生变化时，探针2通过传压管1中的苯基硅油(传压液腔6内)将其传递到压力传感器上，并由压力传感器内部的扩散硅在压力的作用下电阻会发生变化，从而引起电流的变化，这样通过对电流的监测便可以得到复合材料内部树脂压力的变化数据，从而获得计算机内进行中心处理的压力数据。

在本发明中的树脂压力测量单元，用于实时监测不同测试点放置的探针采集到的电流信息I_n并转换为压力信号P_n，同时显示压力随热压成形过程中加压时间的变化曲线；其中，压力与电流的转换关系式为P_n＝I_n/8-1/2，P_n表示压力信息，I_n表示电流信息，n表示放置探针的个数。树脂压力测量单元借助计算机的配件配置通过测量不同测试点(探针放置的不同位置)可以实现组网测试复合材料的热压成形过程中树脂压力的采集，也可以实时在线的测量复合材料的热压成形过程中的树脂压力。通过本发明树脂压力测量单元的结构设计解决了在复合材料内部测量树脂的压力。

请参见图1所示，本发明树脂压力采集***，由计算机(用于监测各压力参数、电流输出值、采集频点、采集时间的输入，以及通过计算机的显示器观察压力与时间之间的变化曲线)、巡检仪、压力采集装置和树脂压力测量单元组成，树脂压力测量单元存储于计算机(硬件配置1G硬盘空间，操作***WIN2000)内，巡检仪(北京昆仑天辰仪表科技有限公司生产，型号XSL/A-08BS1VO)的信息输出端通过连接线连接在计算机的RS232接口上，巡检仪的信息输入端通过连接线与压力采集装置的传感器连接，压力采集装置的探针伸入树脂基复合材料内。

树脂基复合材料的铺层结构如图2所示，树脂基复合材料是放置在一个凹形成型腔22内的，其铺层结构根据树脂基复合材料的使用要求有所不同。在本发明中，采用如图2所示的树脂基复合材料结构仅用于说明本发明的树脂压力测试采集点的不同布局，可以根据不同的设计要求布置多个压力采集装置，多个压力采集装置与采集卡(巡检仪)、计算机构成一个现代网络管理模式的树脂压力测试***。作为树脂基复合材料的预成品一般结构为预浸料铺层27设在中心部位，在预浸料铺层27上下分别铺上层透气材料层25、下层透气材料层26，并在上层透气材料层25和下层透气材料层26的外面铺上层吸胶材料层23、下层吸胶材料层24。然后将预成品放入凹形成型腔22内盖上上盖板21，施加一定压力，根据制件的尺寸，在厚度方向上每隔9～12层预浸料放置一个探针，也可以在纵向上每隔10cm放置一个探针，巡检仪以0.1秒/个的速度依次对这四个探针(探针A 31、探针B 32、探针C 33、探针D 34)进行电流信息(探针A 31、探针B 32、探针C 33和探针D 34对应的电流信息分别为I_A、I_B、I_C、I_D)采集。在本发明树脂压力测量单元中，所测树脂基复合材料裁成12×12cm²的正方形，其铺层结构如图2所示，预浸料铺层27铺设三十层，以酚醛环氧树脂648为基体、以S-2高强玻璃纤维纱为增强体的材料；上层透气材料层25和下层透气材料层26各铺一层，其材料为聚四氟乙烯；上层吸胶材料层23和下层吸胶材料层24各铺十层，其材料为玻璃平纹布。采集的四路探针电流信息与压力转换关系曲线如图4所示，对探针A 31(第一路)所测量得到的电流信息I_A满足关系式P_A＝I_A/8-1/2，且电流信息随成型过程中的加压时间变化而变化。其余三路探针的测试关系与探针A 31相同。

在本发明中，树脂压力测量单元中压力与电流的转换关系式为P_n＝I_n/8-1/2，P_n表示压力信息，单位为MPa，最大值为2MPa，满足实际热压工艺的压力要求，I_n表示电流信息，单位为mA，n表示放置探针的个数。树脂压力测量单元用于采集不同测试点所需的压力，并对处理后的压力信息输出给热压机或热压罐等施压设备，从而有效地控制复合材料成型过程中树脂流动时所需压力；或者输出结果给打印机设备，以方便对复合材料成型过程中所需压力的研究。

本发明树脂压力采集***通过可以判断树脂的凝胶点和纤维分布状况，为制备复合材料过程中加压时机和其他工艺参数的选择提供了方便，同时，热压过程树脂压力在纤维层厚度方向上的传递不是瞬间完成的，而是有一定的速度，传递的快慢与树脂的流动状况有关。

Claims (3)

1.一种适用于复合材料的热压成形过程的树脂压力采集***，包括计算机、巡检仪，其特征在于：还包括压力采集装置，以及存储于所述计算机内的树脂压力测量单元，巡检仪的信息输出端通过连接线连接在计算机的RS232接口上，巡检仪的信息输入端通过连接线与压力采集装置的传感器连接，压力采集装置的探针伸入树脂基复合材料内；

所述压力采集装置由传感器、传压管(1)和探针(2)组成，传感器安装在传压管(1)一端的螺纹孔(5)上，传压管(1)的另一端密封安装有探针(2)；传压管(1)的上部设有左螺纹通孔、右螺纹通孔，左螺纹通孔内安装有左螺柱(4)，右螺纹通孔内安装有右螺柱(3)；传压管(1)内部为空心的传压液腔(6)，传压液腔(6)内灌装有传压液；

所述树脂压力测量单元，用于实时监测不同测试点放置的探针采集到的电流信息I_n并转换为压力信号P_n，同时显示压力随热压成形过程中加压时间的变化曲线；其中，压力与电流的转换关系式为P_n＝I_n/8-1/2，P_n表示压力信息，I_n表示电流信息，n表示放置探针的个数。

2.根据权利要求1所述的树脂压力采集***，其特征在于：所述树脂压力测量单元采集多路压力采集装置输出的电流信息构成网络测量单元。

3.根据权利要求1所述的树脂压力采集***，其特征在于：所述传感器选取压阻式压力传感器；所述探针(2)选取七号探针。

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