CN102124325B - 用于检测复合物部件中的具有非导电材料的区域的非破坏性方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测由具有有机涂层的导电复合物(例如，其加强纤维为碳纤维的复合物)构成的部件中的具有非导电材料(例如，包括玻璃纤维的材料)的区域的非破坏性方法。该方法包括以下步骤：a)提供用于在所述部件的表面上施加电势的装置；b)确定对应于所述涂层的厚度E的介电击穿电势Pr；以及c)通过所述装置将所述介电击穿电势施加到所述部件以便当在其中没有出现介电击穿时识别那些具有非导电材料的区域。
Description
技术领域
本发明涉及制造复合部件(即，通过由不连续的纤维加强体和连续的热固树脂基体构成的复合材料制造的部件)的领域，以及更具体地，涉及一种质量控制所述部件和特别地用于航空工业的部件的方法。
背景技术
由于提供结构最优化的潜在价值，在飞行器的主要结构中大量引入先进的复合物或复合材料已经成为了在设计和制造新一代飞行器时的一个优先项。
非穷举地，复合物的优点在于以下三个基本方面：
-从有利的强度/重量比值所反映出来的相对于金属材料而言的高比强度。
-在疲劳负荷下的优良性能。
-由材料的各向异性所提供的结构最优化的潜在价值以及组合具有不同取向的纤维、允许设计具有各种机械特性的元件以适合所施加的载荷的变化的要求的潜在价值。
引入复合物的一个主要优点为节省了装配操作的费用，这是因为引入复合物允许结构元件的高度集成。然而，该高度集成需要充分的质量控制。特别地在航天工业中所使用的复合部件的质量控制中出现的一个需求为，当在部件的特定位置中的绝缘材料由于被涂料或任何其他非导电有机涂层覆盖而不可见时检测该绝缘材料的存在。
在现有技术中，为该检测使用破坏性方法，诸如，去除有机涂层和一些非导电材料以允许视觉检测该绝缘材料的存在的研磨方法。
在该特定方面，与其他方面一样，工业需要非破坏性方法，因此本发明旨在满足该需要。
在本发明的说明书中将使用下列术语：
部件：对其应用根据本发明的非破坏性方法的结构元件，例如，飞行器的结构元件。
导电复合物：用于制造部件的基础材料，例如，碳纤维复合物。
非导电材料：用于制造部件的材料，以向部件提供在一些极精确位置中并具有相对于整个部件的总尺寸的小的组合尺寸的电绝缘区域。非导电材料的一个实例为玻璃纤维复合物。
有机涂层：在制造之后施加到部件的保护层，例如，涂料层。
发明内容
本发明的一个目的为提供一种这样的非破坏性方法，该方法用于当非导电材料由于被非导电有机涂层覆盖而不可见时检测由导电复合物构成的部件的特定区域中的这些非导电材料。
本发明的另一目的为提供一种在通过导电复合物制造部件的情况下当需要在部件的精确位置中存在电绝缘区域时的质量控制方法。
本发明的另一目的为提供一种能够区分导电复合物和非导电材料以及特别地能够定位在导电复合物上的非导电材料的实际区域的方法。
通过一种用于检测由具有有机涂层的导电复合物构成的部件中的具有非导电材料的区域的非破坏性方法来实现这些和其他目的，该方法包括以下步骤：
a)提供向所述部件施加电势的装置；
b)确定对应于所述涂层的厚度的介电击穿电势Pr；
c)通过所述装置将所述介电击穿电势Pr施加到所述部件以便当在其中没有出现介电击穿时识别那些具有非导电材料的区域。
通过下列对示例了这些目的的申请的详细描述，并参考附图，本发明的其他特性和优点将显而易见。
附图说明
图1为示出给定涂层的作为其厚度的函数的介电击穿电势的变化的图；以及
图2示意性示出了用于测试根据本发明的方法的测试样品。
具体实施方式
根据本发明的方法使用这样的技术，该技术基于施加电势并观察空气或涂层的介电击穿，具有公知的测量在金属基板上的有机涂层的厚度或检测缺陷的用途，以及特别地，用于检测施加到金属基板上的涂料(特别地，管路上的涂料)中的缺陷。
现在，如将在下面示出的，根据本发明的方法关注于解决与公知方法中的问题截然不同的问题：检测隐藏在另一不同的非导电材料(在对其应用本方法的部件上的涂层)之下的非导电材料(例如，玻璃纤维复合物)的存在，其中二者均在第三导电材料(对其应用本发明的部件的基础成分，特别地，碳纤维复合物)上。
为了应用本发法，使用这样的设备，该设备由能够提供预定范围的电压的直流源构成，例如有PCWI Technology Pty Ltd制造的CompactDC15，其具有取样电极，而该取样电极由从将要测试的部件的表面上经过的金属线的刷形成。
根据本发明的方法的基础步骤为预先确定施加的电压，即，在涂层中产生介电击穿的电压。当将该电压施加到存在位于涂层之下的玻璃纤维或某些其他非导电材料的区域时，结果，将不能观察到电弧。因此，电弧的不存在可以用于识别非导电材料的存在。
实验证明，给定涂层的介电击穿电势Pr为其厚度E的线性函数。对于该关系，图1示出了通过采用最小二乘拟合介电击穿电势(单位为kV)的实验结果的数据而获得的两个线11、13，其中，该介电击穿电势是通过上述设备测量被施加底漆Z12.129的具有不同厚度的复合部件而得到的。线11涉及在施加涂料之后一个月获得的结果，而线13涉及在施加涂料之后8个月获得的结果。可以观察到，涂料的老化改变了其介电电阻，因此需要考虑可能的误差余量。
下面描述用上述设备对在图2中示意性示出的复合物测试样品所进行的测试，测试结果证实了本发明的方法的有效性。使用底漆Z12.129作为涂层。
该测试样品包含几个分离的区域：
-区域A：具有玻璃纤维但不具有涂层的区域(用绝缘带划界其边界)。
-区域B：不具有玻璃纤维但具有涂层的区域。
-区域C：具有玻璃纤维并具有涂层的区域。
-区域D：其中在涂漆之前已经通过打磨去除了玻璃纤维的区域。
在区域A中，施加的电势逐渐增加到最大电势而没有在玻璃纤维上的电弧跳跃。
接下来，在区域B上，逐渐增加电压，直到产生涂层的介电击穿，该击穿发生在4.5kV的电压处。
将该电势确定为在测试样品上的具有厚度E的涂层的击穿电势的参考，将电极施加到区域C，以验证没有产生电弧。
然后，采用该4.5kV的电势，使电极经过区域D。产生了多个电弧，但在邻近保持了玻璃纤维的位置的区域中却没有电弧。
此外，该电势还被施加到其中已经设置了玻璃纤维的保护层的开口中。结果为，玻璃纤维禁受该电势，而边缘却没有，在边缘处出现了电弧跳跃。
可以对已经描述的优选实施例进行在下列权利要求限定的范围内的修改。
Claims (5)
1.一种用于检测由具有非导电有机涂层的导电复合物构成的部件中的具有非导电材料的区域的方法，其中所述非导电材料由于被所述非导电有机涂层覆盖而不可见，所述方法无需去除所述非导电有机涂层以允许视觉检测所述非导电材料的存在，其特征在于，包括以下步骤：
a)提供用于在所述部件的表面上施加电势的装置；
b)确定对应于所述涂层的厚度E的介电击穿电势Pr；
c)通过所述装置将所述介电击穿电势Pr施加到所述部件以便识别其中没有出现介电击穿的那些具有非导电材料的区域。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过为每个特定的涂层应用这样的线性函数来获得所述介电击穿电势Pr，所述线性函数基于在测试中获得的关于所述厚度E和所述介电击穿电势Pr的数据而构建并依赖于所述涂层的所述厚度E。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述导电复合物为其加强纤维为碳纤维的复合物。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述非导电材料为包括玻璃纤维的材料。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述部件为飞行器的结构元件。
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