一種纖維織物面外滲透率測試裝置的製作方法

2023-07-28 18:43:36

本實用新型實施例涉及複合材料測試技術領域，具體涉及一種纖維織物面外滲透率測試裝置。

背景技術：

為了提高資源和能源的利用率，滿足製造業高效、清潔和綠色生產的要求，以及在「大飛機」國家重大科技專項的發展趨勢下，開發出高效、節材和節能的綠色製造工藝及產品，提高製造業的工藝水平和掌握核心生產工藝是當前形勢下的迫切要求。複合材料液體成型工藝(LCM)因具有低成本、一體化和尺寸精確的特點而成為一種關鍵的新型液體成型技術。在複合材料液體成型技術中由於纖維預成型體的滲透性能不同可能會出現幹斑和缺陷，與滲透性能相關的重要參數就是獲得工業界關注的增強材料的滲透率。纖維滲透率可分為面內滲透率和面外滲透率。纖維織物的面內滲透率和面外滲透率是複合材料液體成型工藝中模擬注模過程、設計模具和優化工藝的重要參數。面內滲透率是液體流過平面內纖維織物時所受的阻力參數。面外滲透率是液體通過纖維織物厚度方向時所受的阻力參數。對於薄壁殼複合材料結構件，有很大的表面積，與結構件的厚度相比，厚度可以忽略，只考慮增強材料的面內滲透率，故在複合材料液體成型過程中，可將液體充模簡化為二維流動。而對於厚度較大的複合材料結構件，樹脂流動分為三個方向，樹脂沿厚度方向的滲透率分量不能忽略。隨著大面積和厚截面複合材料結構件在液體成型工藝中的應用，纖維織物的面內和面外滲透率的測試裝置的建立和測試技術的開發都表現出重要的理論意義和實際的應用價值。

在實現本實用新型過程中，發明人發現現有技術中至少存在以下缺陷：

採用的面內和面外滲透率的測試裝置結構都比較複雜，並且成本高，而測試方法也比較複雜，數據的獲取比較困難，例如液體流動前鋒對應的時間參數。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種採用真空袋封裝預成型體，以及在預成型體上表面設置流量計，從而使得數據獲取簡單化的纖維織物面外滲透率測試裝置。

根據本實用新型的一個方面，提供一種纖維織物面外滲透率測試裝置，包括：第一模具，其上設有通孔；第一注膠裝置，通過注膠管道連通所述通孔，用於將液體輸入所述通孔；待測纖維織物，覆蓋於所述通孔一側，吸收所述通孔中的液體；真空袋，罩設在所述待測纖維織物上，且固定於所述第一模具，使得所述待測纖維織物容置於所述真空袋與第一模具形成的真空腔內，其上某處設有開口；流量計，其上的管道一端穿過所述開口貼合所述待測纖維織物，另一端連接第一出膠裝置，用於測量單位時間內流經所述待測纖維織物的液體體積。

進一步，所述真空袋的所述開口處設有真空閥，所述真空閥一端連通所述流量計的管道，另一端貼合所述待測纖維織物。

進一步，所述通孔為螺紋通孔，所述注膠管道與所述通孔連通的一端設有接頭，所述接頭表面設有與所述螺紋通孔相咬合的螺紋。

進一步，還包括兩個導流網，所述兩個導流網分別設置在待測纖維織物與真空閥之間，和所述待測纖維織物與所述通孔之間。

進一步，所述真空腔內還設有填充物，所述填充物貼合設置於待測纖維織物的周圍。

進一步，所述真空袋通過設置在所述第一模具上的一圈密封膠固定於所述第一模具。

進一步，所述第一出膠裝置為壓力罐。

根據本實用新型實施例的又一方面，提供一種纖維織物面內滲透率測試裝置，包括：第二模具，其上設有待測纖維織層；輸入管道，一端連接至第二注膠裝置，另一端設於所述待測纖維織層一側，以將所述第二注膠裝置中的液體輸入所述待測纖維織層；輸出管道，一端設於所述待測纖維織層另一側，另一端連接至第二出膠裝置；真空包裝袋，罩設在所述待測纖維織層上，且固定於所述第二模具，使得所述待測纖維織層、所述輸入管道另一端的一部分和所述輸出管道一端的一部分容置於該真空包裝袋與所述第二模具形成的密閉空間內；攝像機，設於所述待測纖維織層旁，以記錄液體流動前鋒。

進一步，所述輸入管道和所述輸出管道平行設置於所述待測纖維織層的兩側。

進一步，所述輸入管道的液體出口和所述輸出管道的液體進口的連線與所述待測纖維織層的其中一條邊平行。

進一步，還包括第一夾緊裝置，所述第一夾緊裝置設於所述輸入管道上。

進一步，還包括第二夾緊裝置，所述第二夾緊裝置設於所述輸出管道上。

進一步，所述第二出膠裝置為壓力罐。

進一步，所述真空包裝袋通過設置在所述第二模具上一圈的密封膠固定於所述第二模具。

本實用新型實施例通過採用真空袋封裝待測纖維織物或待測纖維織層，代替現有技術中金屬製成的上模具，降低了整套模具的製造成本；

採用流量計來計量單位時間內流出待測纖維織物的液體體積，計量結果更加準確；

在待測纖維織物和通孔之間，以及待測纖維織物上方貼合其分別設置兩個導流網，使得液體能夠快速布滿待測纖維織物與通孔之間的導流網，然後沿著厚度方向均勻浸潤；

在待測纖維織物周圍貼合其設置填充物，以避免真空袋和待測纖維織物之間存在較大縫隙，形成架橋，而導致的液體在較大縫隙間流動產生邊緣效應；

整套裝置結構簡單，成本低，且可拆卸，用時再進行組裝，組裝方便。測試方法中數據獲取更簡單和更精確。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例一的一種纖維織物面外滲透率測試裝置的結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例二的一種纖維織物面內滲透率測試裝置的結構示意圖。

1-第一模具，2-通孔，3-第一注膠裝置，4-注膠管道，5-待測纖維織物，6-真空袋，7-流量計，8-管道，9-真空閥，10-導流網，11-填充物， 12-密封膠，13-第一出膠裝置，14-第二模具，15-待測纖維織層，16-輸入管道，17-輸出管道，18-真空包裝袋，19-攝像機。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式並參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而並非要限制本實用新型的範圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本實用新型的概念。

圖1顯示了本實用新型實施例一提供的一種纖維織物面外滲透率測試裝置的結構示意圖。

如圖1所示，該面外滲透率測試裝置包括：

第一模具1，其上設有通孔2；優選地，第一模具為合金鋁模具。然而，應當理解的是，第一模具並不限於合金鋁模具，其他類型的模具也都不背離本實用新型的範圍。

第一注膠裝置3，通過注膠管道4連通通孔2，用於將液體輸入通孔2；作為一種實施例，第一注膠裝置3可以採用開口的玻璃杯或者塑料的刻度杯。然而，應當理解的是，第一注膠裝置並不限於開口的玻璃杯或者塑料的刻度杯，其他類型盛放液體的裝置也都不背離本實用新型的範圍。

待測纖維織物5，覆蓋於通孔2一側，吸收通孔2中的液體；

真空袋6，罩設在待測纖維織物5上，且固定於第一模具1，使得待測纖維織物5容置於真空袋6與第一模具1形成的真空腔內，其上某處設有開口；

流量計7，其上的管道8一端穿過開口貼合待測纖維織物5，另一端連接第一出膠裝置13，用於測量單位時間內流經待測纖維織物5的液體體積。優選地，流量計7採用玻璃轉子流量計。然而，應當理解的是，流量計4並不限於玻璃轉子流量計，其他類型的流量計也都不背離本實用新型的範圍。

其中，真空袋6的開口處設有真空閥9，真空閥9一端連通流量計7 的管道，另一端貼合待測纖維織物5。

其中，通孔2為螺紋通孔，注膠管道4與通孔2連通的一端設有接頭，接頭表面設有與螺紋通孔相咬合的螺紋。優選地，接頭為寶塔接頭。

優選地，還包括兩個導流網10，兩個導流網10分別設置在待測纖維織物5與真空閥9之間，和待測纖維織物5與通孔2之間。兩個導流網10 能夠使通過通孔進入待測纖維織物的液體首先沿著待測纖維織物在平面上流動，從而快速浸潤底層待測纖維織物，使得液體沿著待測纖維織物的厚度方向均勻流動。

其中，真空腔內還設有填充物11，填充物11貼合設置於待測纖維織物5的周圍。優選地，填充物11為雕塑土，雕塑土能夠有效地避免液體在真空袋6和填充物11的縫隙間流動而導致邊緣效應。填充物的增加，提高了整個測試過程中數據的穩定性。

其中，真空袋6通過設置在第一模具1上的一圈密封膠12固定於第一模具1。

其中，第一出膠裝置13為壓力罐。壓力罐帶有壓力表，能夠測試壓力罐的壓力值，且壓力罐還帶有閥門，可以通過打開閥門放氣來調節壓力值。

作為一種優選實施方式，通孔2、流量計7和真空閥9位於一條豎直線上。

其中，待測纖維織物由多層纖維織品鋪設形成。具體地，由於面外滲透率是指液體通過材料厚度方向時所受的阻力參數。因此，本實用新型實施例中將待測纖維織物由多層纖維織品按照一定的鋪設方式鋪放形成，一定的鋪設方式可以是採用0/90的鋪層角度鋪疊，當鋪設方式採用0度的鋪層角度鋪疊時，待測纖維織物的橫截面為矩形；當鋪設方式為採用90 度的鋪層角度鋪疊時，待測纖維織物的橫截面為十字狀。每層纖維織品均按照預定尺寸剪裁而成，大小和形狀均相同。

本實用新型的面外滲透率測試裝置，在測試完成後，可以進行拆卸，部分器件為一次性用品，例如真空袋，因而結構簡單，成本低。在下次使用時，可以按照如下方法組裝得到本實用新型的面外滲透率測試裝置：

清洗第一模具1；具體地，可以是採用酒精或丙酮等溶劑擦除第一模具表面的汙染物；

在第一模具上表面按照由下至上的順序依次放置一個導流網、待測纖維織物、一個導流網和真空閥，然後在待測纖維織物周圍堆積填充物使其貼合待測纖維織物，再採用真空袋將一個導流網、待測纖維織物、一個導流網、真空閥和填充物罩設並固定在第一模具1上，其中，真空閥穿過真空袋連接一管道，該管道連接至第一出膠裝置13，且第一模具下表面的通孔通過接頭連接一輸入管道，該輸入管道連接至第一注膠裝置。從而，完成組裝面外滲透率測試裝置。

本發明實施例一的工作原理是：通過打開真空閥9，將真空腔內的空氣抽出，使得真空腔內的氣壓值達到預設氣壓值，例如預設氣壓值為-100 Kpa；第一注膠裝置3內的液體在大氣壓作用下經過注膠管道4和通孔2 流入待測纖維織物5，並經待測纖維織物5流入流量計7；記錄流經流量計7的液體體積；當室內溫度為預設溫度時，測試第一注膠裝置3中液體粘度，記為μ，和測試第一出膠裝置13中液體壓力值，記為ΔP；根據單位時間內流過流量計7的液體體積、液體的粘度μ和壓力值ΔP計算待測纖維織物5的面外滲透率K。其中，液體體積Q為記錄的流經流量計7的液體體積除以記錄時間計算得到單位時間內流經流量計7的液體體積。

其中，需要說明的是，面外滲透率測試方法中，待測纖維織物為預先採用液體浸潤的纖維織物。

具體地，在測試到上述數據之後，還可以按照達西定律計算面外滲透率：

式中，μ為當室內溫度為預設溫度時，測試的流入通孔2中液體的粘度；Q為計算的單位時間內流入流量計7內部的液體體積；L為待測纖維織物的厚度；A為待測纖維織物的橫截面面積；ΔP為測試的第一出膠裝置 13中液體的壓力值。

其中，測試第一出膠裝置13中液體壓力值的步驟包括：

將壓力罐上顯示的壓力值作為所述液體壓力值，記為ΔP。

下面通過舉例對上述面外滲透率測試方法進行說明：

採用碳纖維織布HF10A-3K作為測試面外滲透率的預成型體的材料。將碳纖維織布裁切成尺寸為10×10cm矩形，鋪放200層，鋪層方式為各向同性鋪層。採用玉米油作為測試液體，室溫為17℃時，在該室溫下測得玉米油的粘度為0.016Pa.s。壓力差在～90KPa，測定纖維鋪層厚度為35mm 時面外滲透率為K＝2.06E-13m2。

本實用新型旨在提供一種通過採用真空袋封裝待測纖維織物或待測纖維織層，代替現有技術中金屬製成的上模具，降低了整套模具的製造成本；和採用流量計來計量單位時間內流出待測纖維織物的液體體積，計量結果更加準確；和在待測纖維織物和通孔之間，以及待測纖維織物上方貼合其分別設置兩個導流網，使得液體能夠快速布滿待測纖維織物與通孔之間的導流網，然後沿著厚度方向均勻浸潤；以及在待測纖維織物周圍貼合其設置填充物，以避免真空袋和待測纖維織物之間存在較大縫隙，形成架橋，而導致的液體在較大縫隙間流動產生邊緣效應的面外滲透率測試裝置和測試方法，裝置結構簡單，成本低，且可拆卸，測試方法中數據獲取相對現有技術的數據獲取方法更簡單和更精確。

圖2顯示了本實用新型實施例二一種纖維織物面內滲透率測試裝置的結構示意圖。

如圖2所示，該面內滲透率測試裝置包括：

第二模具14，其上設有待測纖維織層15；

輸入管道16，一端連接至第二注膠裝置，另一端設於待測纖維織層 15一側，以將第二注膠裝置中的液體輸入待測纖維織層15；

輸出管道17，一端設於待測纖維織層15另一側，另一端連接至第二出膠裝置；

真空包裝袋18，罩設在待測纖維織層15上，且固定於第二模具14，使得待測纖維織層15、輸入管道16另一端的一部分和輸出管道17一端的一部分容置於該真空包裝袋18與第二模具14形成的密閉空間內；

攝像機19，設於待測纖維織層15旁，以記錄液體流動前鋒。

其中，輸入管道16和輸出管道17平行設置於待測纖維織層15的兩側。

其中，輸入管道16的液體出口和輸出管道17的液體進口的連線與待測纖維織層15的其中一條邊平行。

其中，還包括第一夾緊裝置，第一夾緊裝置設於輸入管道15上。

其中，還包括第二夾緊裝置，第二夾緊裝置設於輸出管道16上。

其中，第二出膠裝置為壓力罐。

其中，真空包裝袋18通過設置在第二模具14上一圈的密封膠固定於第二模具14。

本發明實施例二的工作原理是：第二注膠裝置內的液體在大氣壓作用下經輸入管道流入待測纖維織層；具體地，可以是通過真空泵與第二出膠裝置，調節第二出膠裝置中的氣壓，由於輸出管道與密閉空間連通，因此密閉空間內空氣會被抽出，使密閉空間達到預設真空負壓，進而第二注膠裝置內的液體在大氣壓作用下就會經輸入管道流入待測纖維織層。通過攝像機記錄纖維織層中液體流動的視頻，以獲取液體流動前沿到達纖維織層的時間參數t；通過查看攝像機記錄的視頻，就可以查找到液體流動前沿到達待測纖維織層時的時間了，即液體首次到達待測纖維織層邊緣將待測纖維織層浸溼，當室內溫度為預設溫度時，測試第二注膠裝置中液體的粘度，記為η，和測試液體出膠裝置中液體的壓力值，記為ΔP'；根據時間參數t、液體的粘度和液體的壓力值計算待測纖維織層的面內滲透率。其中，讀取第二出膠裝置上壓力表的壓力值，作為液體的壓力值。

其中，根據達西定律計算面內滲透率：

式中，η為當室內溫度為預設溫度時，測試的流入第二注膠管16中液體的粘度；ΔP'為測試的第二出膠裝置中液體的壓力值；t為根據攝像機19 錄製的液體流動的視頻獲取的當液體流動前沿到達待測纖維織層時的時間；L'為輸入管道15和液體流動前沿之間的距離；為常數。

下面通過舉例對上述面內滲透率的測試方法進行說明：

例如：採用多層碳纖維織布HF10A-3K作為測試面內滲透率的纖維織層的材料。將纖維織布裁切成尺寸為30×20cm矩形，鋪放10層，鋪層方式為各向同性鋪層。採用玉米油為測試液體，室溫為17℃時，在該溫度下玉米油的粘度為0.016Pa.s。壓力差在-90KPa，測試所得纖維織層面內滲透率為K＝1E-12m2。

本實用新型旨在提供一種通過採用真空袋封裝待測纖維織層，代替現有技術中金屬製成的上模具，降低了整套模具的製造成本；和採用攝像機記錄液體流動前沿的視頻，進而獲取液體流動前沿到達待測纖維織層的時間參數的測試裝置和測試方法，裝置結構簡單，成本低，且可拆卸，測試方法中數據獲取相對現有技術的數據獲取方法更簡單，更精確。

應當理解的是，本實用新型的上述具體實施方式僅僅用於示例性說明或解釋本實用新型的原理，而不構成對本實用新型的限制。因此，在不偏離本實用新型的精神和範圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。此外，本實用新型所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求範圍和邊界、或者這種範圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。