一种树脂在纤维层内浸润程度的快速无损检测方法

摘要

本发明涉及一种树脂在预浸料中浸润程度的检测方法，该方法包括：根据待检测材料性质和允许的探头发射接收位置，计算所需的空气耦合探头频率，将非接触式空气耦合超声扫描装置的发射接收探头分别置于待检测材料厚度方向上的两侧，发射声波信号，调节至预定的声学参数；扫描待检测材料并根据超声波透过率的不同将相应区域按照预定规则以至少三种不同图案分别实时描述并分别计算其所占比例；扫描待检测材料并利用金相分析方法按照预定标准计算所述至少三种不同图案所对应的试样材料区域的未浸润率；根据上述结果预测所述待检测材料中树脂的浸润程度或树脂分布的均匀性。此方法与传统方法相比，存在快速、在线、非接触和可以大面积可视化检测特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种树脂在纤维层内浸润程度的检测方法，具体地， 涉及一种树脂在纤维层内浸润程度的非接触式空气耦合超声无损检 测方法。

背景技术

现代预浸料是将树脂基体浸渍在增强纤维或织物中制成的半固 化片材，是复合材料的中间材料。增强材料主要有碳纤维、玻璃纤维、 芳纶纤维和它们的织物。基体材料主要有环氧树脂、乙烯基脂、酚醛、 双马、氰酸脂、聚酰亚胺以及热塑性树脂等。使用预浸料生产的复合 材料相比于其他材料来说，能改善强度，硬度，耐蚀性，疲劳寿命， 耐磨耗性，耐冲击性，轻量化等多种特性。因此，预浸料的研究对复 合材料的应用和发展具有重要的意义。

预浸料加工过程中树脂在纤维层内的浸润程度或树脂的均匀分 布是预浸料质量的一个重要评价指标，如果浸渍不均匀，预浸料中存 在干点或富树脂区，导致产品质量较次，不能满足生产需求。因此， 预浸料加工过程中树脂分布的均匀性或浸润程度的检测非常重要。目 前对于预浸料质量或树脂浸润程度的检测方法多费时费力，无法进行 现场快速超声无损检测。

发明内容

有鉴于此，根据上述对背景技术以及存在的技术问题的理解， 本发明的目的是为了提供一种预浸料加工过程中树脂的浸润程度或 分布均匀性的现场快速无损检测方法，解决以往检测方法费时费力及 不能现场快速无损检测的问题。

本发明提供了一种树脂在纤维层内浸润程度的快速无损检测方 法，其包括以下步骤：

一：根据待检测材料性质和允许的探头发射接收位置，计算所 需的空气耦合探头频率，将非接触式空气耦合超声扫描装置的发射接 收探头分别置于所述待检测材料厚度方向上的两侧，发射声波信号， 调节至预定的声学参数；

二：利用所述非接触式空气耦合超声扫描装置扫描所述待检测 材料并根据超声波透过率的不同将相应区域按照预定规则以至少三 种不同图案分别实时描述并计算所述至少三种不同图案分别所占比 例；

三：利用所述非接触式空气耦合超声扫描装置扫描试样材料并 利用金相分析方法按照预定标准计算所述至少三种不同图案所对应 的所述试样材料区域的未浸润率；

四：根据步骤二中的所述至少三种不同图案分别所占比例和步 骤三中的所述至少三种不同图案所对应的材料区域的未浸润率预测 所述待检测材料中树脂的浸润程度或树脂分布的均匀性。

本发明通过非接触式空气耦合超声检测装置对预浸料制品进行 扫描，得到预浸料中树脂分布的均匀性，以及树脂在预浸料中的浸润 程度，测试过程快速、简单、不接触材料，可实现大面积扫描分析。 并且，本方法可以在生产现场进行实时检测，及时方便地进行指导， 有利于提高质量和效率。并且，本发明适用于不同增强纤维或织物与 树脂基体组成的预浸料浸润程度或树脂分布均匀性的检测和控制，也 可以应用于检测不同工艺制备的预浸料的检测，具有检测精度高和检 测效率高特点。

本发明的以上特性及其他特性将在下文中的具体实施方式部分 进行明确地阐述。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述， 本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1(a)为超声波透过率良好的示意图

图1(b)为超声波透过率中等的示意图

图1(c)为超声波透过率较差的示意图

图2(a)和2(b)是树脂基体在纤维层内的浸润程度较差的示意图；

图2(c)为浸润不足或树脂分散不均匀的示意图，其中存在较大 尺寸的孔隙；

图2(d)为增强纤维、树脂基体、孔隙的图示表示示意图；

图2(e)为树脂在纤维层内浸润不完整的示意图，存在小尺寸少 量孔隙或干点；

图2(f)为树脂在纤维层内浸润完整或较佳的示意图；

图3(a)为具体实施方式浸润良好的示意图

图3(b)为具体实施方式浸润较差的示意图

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或 相似的模块。

具体实施方式

依据本发明所述的检测方案的一个实施例包括以下十一个步 骤，具体地分别是：

步骤一：根据材料厚度、声波传播速度等性质，和允许的发射 接收探头位置，计算所需的合适空气耦合探头频率；

步骤二：将发射探头和接收探头分别置于标准试样厚度方向两 侧，发射声波信号，调节声学参数；

步骤三：在扫描程序中定义三种图案及对应的回波幅度，比如 定义图1(a)所示的图案所对应的回波幅度为80-100％；定义图1(b)所 示的图案所对应的回波幅度为40-80％；定义图1(c)所示的图案所对 应的回波幅度为0-40％；图1(a)所示的图案表示材料均匀，材料中干 点和孔隙较少且尺寸可以忽略；图1(b)所示的图案表示材料较均匀， 存在一定的干点和孔隙，其尺寸根据应用要求可忽略，也可不能忽略； 图1(c)所示的图案表示材料不均匀，干点或和孔隙较多，其尺寸不可 以忽略；

步骤四：在扫描程序中定义扫描区域内不同图案的面积所占总 扫描面积的百分比，并且使图1(b)和图1(c)所示的图案代表的面积百 分比在实时扫描图像界面能够分析和显示，定义图1(b)所示的图案面 积占总扫描面积的百分比为A1％，图1(c)所示的图案面积占总扫描面 积的百分比为A2％，总扫描面积为100％；

步骤五：将树脂膜在干纤维两侧以一定温度和压力浸入干纤维， 制备成不同浸润程度的试样，如附图2(a)至2(f)所示，其中，附图2(a) 和附图2(b)为浸润未完成的示意图，附图2(c)为浸润过程完成，但树 脂分布不均匀，存在较多尺寸不可以忽略的干点或孔隙，附图2(e)为 浸润完成，存在一定的小尺寸干点或孔隙，附图2(f)为浸润过程完成， 树脂分布均匀的试样，使用非接触式空气耦合超声扫描装置检测试 样，使扫描图像和扫描区域试样成1∶1的关系；

步骤六：将扫描区域试样进行预固化，与1∶1的扫描图像进行 比较，根据扫描图像中纯图1(a)、图1(b)和图1(c)所示的图案的区域， 对应试样的相应区域，切取各种图案的多个试样，分别制备成金相试 样，统计各种试样中沿厚度方向的干纤维和孔隙所占比例。具体操作 是：对于图1(a)所示的图案区域试样，在金相分析软件中定义干点和 孔隙对应的图案，统计尺寸在0.01-0.1mm之间的干点和孔隙所占面 积百分率，0.01mm以下忽略，在同一个试样的不同区域进行统计， 并且对多个不同试样进行统计，将统计值取平均值作为标准值，定义 干点和孔隙的百分比(即未浸润率)为a0％；根据在金相分析软件中 干点和孔隙图案的定义，对图1(b)所示的图案区域试样进行分析，统 计尺寸在0.1-1.0mm之间的干点和孔隙所占面积百分率，同样进行同 一试样不同区域和多个试样的统计分析，定义未浸润率为a1％；对图 1(c)所示的图案区域试样进行同样的操作，统计尺寸大于1.0mm的干 点和孔隙所占面积百分率，定义未浸润率为a2％；

步骤七：在步骤六中，统计各图案对应的干点和孔隙百分率， 其尺寸可以根据要求设定；

步骤八：经过上述步骤分析，得到扫描试样不同图案区域占总 扫描区域面积的百分率，以及各种图案区域中的未浸润率(干点和孔 隙所占面积百分率)，同时也可以算出种图案区域的未浸润率占总扫 描面积的百分比例，定义未浸润率为NI％，则扫描区域中，

图1(a)所示的图案区域的未浸润率为：NI0％＝(100-A₁-A₂)％×a0％

图1(b)所示的图案区域的未浸润率为：NI₁％＝A₁％×a₁％

图1(c)所示的图案区域的未浸润率为：NI₂％＝A₂％×a₂％

总的未浸润率为：NI％＝NI₀％+NI₁％+NI₂％

浸润程度或浸润率为：I％＝100％-NI％

步骤九：根据材料工艺性能和应用要求，也可以定义总的未浸 润率为：NI％＝NI₁％+NI₂％；或者定义总的未浸润率为：NI％＝NI₂％。即 根据不同精度要求，建立相应的定量评价标准；

步骤十：将建立的评价方法应用于检测不同种类的预浸料，根 据实时扫描图像采样进行分析，验证和校正建立的评价方法；对于附 图2(f)所示试样，检测结果如附图1(a)所示；对于附图2(e)所示的试 样，检测结果如附图3(a)所示，对于附图2(a)-2(c)所示的试样，检测 结果如附图1(c)和附图3(b)所示；

步骤十一：采用空气耦合超声扫描装置预测分析待测预浸料样 品中树脂的浸润程度或树脂分布的均匀性。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性 的。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应 能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书 中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；“一个”不排除多个； 术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。 权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。某些 技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术 特征进行组合以取得有益效果。本专利覆盖在字面上或在等同原则下 落入所附权利要求的范围的所有方法。