CN104990923A - 一种测量透明树脂类材料非同步固化度分布的实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于实验力学、非接触光学测量的技术领域，涉及一种测量透明树脂类材料非同步固化度分布的实验方法。本发明采用相干梯度敏感方法实时测量树脂类透明材料的固化度分布，首先将固化前的透明材料装入透明容器中，再将该容器放入前后开窗的加热炉中，然后将该加热炉放置在相干梯度敏感测量光路下，通过CCD相机实时拍摄由于材料固化度变化引起的干涉条纹，进而获得此类材料的固化度分布相关信息。本发明采用的相干梯度敏感技术是光学非接触测量，和传统DSC方法相比，不用接触被测量材料，减少对被测材料固化的干扰以及可以全局监测非同步固化。

Description

一种测量透明树脂类材料非同步固化度分布的实验方法

技术领域

本发明属于实验力学、非接触光学测量的技术领域，涉及一种测量透明树脂类材料非同步固化度分布的实验方法。

背景技术

复合材料层合板固化残余应力和变形的经典分析方法隐含地基于一个基本假设:板内各铺层的固化热历程和固化反应完全同步。在此假设下,采用对称铺层设计的层合板固化后不发生翘曲变形。然而在真实固化过程中,由于板内温度梯度的存在,各铺层的同步固化实际上无法实现,残余应力和板的变形状态在很大程度上为具体固化过程所左右。目前对固化过程，以及板内固化度分布的监测主要依赖DSC方法，该方法需要在待测试样中布置传感器，同时，其测量所得为整体固化度的平均值，所以该方法不能监测材料内部的非同步固化引起的各处固化不均。因此，亟待开发一种非接触式全场测量树脂类材料内部非同步固化过程以及各处固化度分布的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量透明树脂类材料固化度分布的实验方法，通过相关梯度敏感方法，实时监测由于非同步固化引起的固化度分布不均所产生的干涉条纹，进而对树脂类材料全场固化度分布进行精确测量。

本发明的技术方案如下：

该实验方法使用的装置包括激光器、扩束镜、凸透镜Ⅰ、光栅Ⅰ、光栅Ⅱ、凸透镜Ⅱ、光阑、CCD相机、计算机；上述的各部件依次组装；实验步骤如下：

1)将固化前的被测透明树脂类材料装进透明容器中；

2)将步骤1)所述容器放入加热炉中，固定容器位置，使其在加热炉中间位置，将加热炉放入实验装置中凸透镜Ⅰ与光栅Ⅰ之间，并且激光光线能够照射到；

3)对加热炉抽真空排除待测材料中的气泡，加热炉真空度为小于0.1个大气压，并保持1小时以上，即被测材料中气泡已消除；

4)通过加热炉对待测材料加热，使待测材料发生固化，加热温度根据待测材料固化条件选择；

5)通过CCD相机实时记录由于被测材料固化度变化引起的干涉条纹，并通过计算机进行存储；

6)由所得干涉条纹图像反推被测材料在测量区域内的固化度分布。

所述凸透镜焦距为10厘米到15厘米为最佳。

所述光栅为60线/mm为最佳。

所述激光器为蓝光激光器。

所述CCD相机像素大于800万像素为最佳。

本发明采用的相干梯度敏感技术是光学非接触测量，和传统DSC方法相比，不用接触被测量材料，减少对被测材料固化的干扰以及可以全局监测非同步固化；对于相干梯度敏感测量装置，本发明相比传统装置采用数字化高速CCD相机代替传统胶片成像，使得到的结果更为精确。

附图说明

图1是本发明装置的结构原理示意图。

图中：1-激光器、2-扩束镜、3-凸透镜Ⅰ、4-被测材料、5-加热炉、6-真空泵、7-光栅Ⅰ、8-光栅Ⅱ、9-凸透镜Ⅱ、10-光阑、11-CCD相机、12-计算机；

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体结构、工作原理、工作过程，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1是该测量透明树脂类材料固化度分布装置的结构原理示意图。该装置包括激光器、扩束镜、凸透镜1、被测材料、光栅1、光栅2、凸透镜2、光阑、CCD相机、计算机；所述的激光器发出的光通过扩束镜形成一束相干光源再通过凸透镜1形成平行光入射到加热炉，为待测材料提供平行入射相干光源；待测材料放置于加热炉中，真空泵与加热炉相连为加热炉提供真空环境；光束通过被测材料后依次通过光栅1、光栅2、凸透镜2、光阑，通过CCD相机接收被测材料所形成的干涉条纹，并通过计算机进行存储和处理。

本发明提供的方法包括如下步骤：

1)将固化前的被测透明材料装进透明容器中；

2)将步骤1)所述容器放入加热炉中；

3)对加热炉抽真空排除待测材料中的微小气泡；

3)将加热炉放入如权利要求1所述的实验装置中；

4)通过加热炉对待测材料加热，使待测材料发生固化；

5)通过CCD相机实时记录由于被测材料固化度变化引起的干涉条纹；

6)由所得干涉条纹图像利用下列公式反推被测材料全场的固化度分布：

所述透射相干梯度敏感方法，光程差主要由应力改变导致的试件折射率变化和泊松效应导致的试件厚度变化两个因素产生。由于在固化过程中材料未受外力作用，忽略固化残余应力，则可以得到材料固化引起的折射率变化引起的干涉条纹为：

$L\frac{\∂n(x,z)}{\∂x}=\frac{kp}{\mathrm{\Δ}},k=0,\±1,\±2,...,---\left(1\right)$

其中n(x,z)是材料的折射率，p是光栅节距，Δ是两光栅间距，L是试件的厚度，k为条纹级数。两相邻条纹的梯度差为：

$\frac{\∂n(x,z)}{\∂x}{|}_{k=2}-\frac{\∂n(x,z)}{\∂x}{|}_{k=1}=\frac{p}{L\mathrm{\Δ}}---\left(2\right)$

因此，该实验装置的灵敏度可以通过调整p和Δ来实现。

由于折射率n(x,z)是随材料固化度α发生变化的，所以其是固化度α的函数，通过事先对不同固化度下的折射率进行标定便可以通过干涉条纹得到材料各处的固化度梯度分布。

Claims (5)

1.一种测量透明树脂类材料非同步固化度分布的实验方法，其特征在于：该实验方法使用的装置包括激光器(1)、扩束镜(2)、凸透镜Ⅰ(3)、光栅Ⅰ(7)、光栅Ⅱ(8)、凸透镜Ⅱ(9)、光阑(10)、CCD相机(11)、计算机(12)；上述的各部件依次组装；实验步骤如下：

1)将固化前的被测透明树脂类材料装进透明容器中；

2)将步骤1)所述容器放入加热炉中，固定容器位置，使其在加热炉中间位置，将加热炉放入实验装置中凸透镜Ⅰ与光栅Ⅰ之间，并且激光光线能够照射到；

3)对加热炉抽真空排除待测材料中的气泡，加热炉真空度为小于0.1个大气压，并保持1小时以上，即被测材料中气泡已消除；

4)通过加热炉对待测材料加热，使待测材料发生固化，加热温度根据待测材料固化条件选择；

5)通过CCD相机实时记录由于被测材料固化度变化引起的干涉条纹，并通过计算机(12)进行存储；

6)由所得干涉条纹图像反推被测材料在测量区域内的固化度分布。

2.如权利要求1所述人一种测量透明树脂类材料非同步固化度分布的实验方法，其特征在于：所述凸透镜焦距为10厘米到15厘米为最佳。

3.如权利要求1所述人一种测量透明树脂类材料非同步固化度分布的实验方法，其特征在于：所述光栅为60线/mm为最佳。

4.如权利要求1所述人一种测量透明树脂类材料非同步固化度分布的实验方法，其特征在于：所述激光器为蓝光激光器。

5.如权利要求1所述人一种测量透明树脂类材料非同步固化度分布的实验方法，其特征在于：所述CCD相机像素大于800万像素为最佳。