专利名称：在铺层厚度方向上测试气体渗透率的测试装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种测试气体渗透率的装置及其方法，更具体地说，是以气体为测试 流体测试待测试样在铺层厚度方向上测试渗透率的装置及其方法。
背景技术：
渗透率是表征压力作用下流体在多孔介质中流动难易程度的参数，渗透率越大表 示多孔介质对流体的流动阻力越小。采用热压罐或真空袋工艺制备树脂基复合材料过程 中，预浸料铺层渗透率是影响真空作用下夹杂空气及挥发份排出的关键因素之一，从而在 一定程度上影响复合材料构件成型质量。预浸料体系由纤维增强体及树脂基体构成，因此 预浸料铺层渗透率与纤维铺层渗透率存在很大差异。预浸料铺层渗透率不仅由纤维的物理 特性及纤维网络结构决定，同时还与树脂基体的物理特性有关。近些年来，纤维铺层渗透率 已经成为复合材料领域一个研究热点，然而对预浸料铺层渗透率的测试方法报道很少，这 主要是由于预浸料铺层渗透率测试存在一定的难度，例如(1)预浸料体系含有树脂基体， 采用液体作为测试流体，流动前锋难以判断，无法准确测试渗透率；(2)采用气体测试预浸 料铺层渗透率，对测试装置的密封提出了更高的要求；(3)预浸料铺层与测试模具之间存 在缝隙，导致气体在缝隙内流动，测试偏差较大；(4)预浸料铺层在固化过程中受温度及压 力影响，难以实现固化过程中渗透率的测试。由此可见，设计预浸料铺层空气渗透率的测试 方法和测试装置不但具有重要的理论意义和应用价值，而且具有一定的技术难度即需要兼 顾多方面的影响因素才能实现准确的测量。

发明内容
为了克服在现有技术中难以利用气体作为流体来测试待测铺层尤其是预浸料铺 层厚度方向上的渗透率的技术问题，本发明提供了一种厚度方向上测试气体渗透率的装 置，其较优地应用于树脂基复合材料中预浸料的渗透率测试中，该装置通过真空腔体提供 使气体沿预浸料铺层在厚度方向上运动的动力，实现了预浸料铺层在厚度方向上气体渗透 率的测试；可以通过调节压力及温度，实现预浸料在固化工艺制度中空气渗透率的测量。一种在铺层厚度方向上测试气体渗透率的测试装置，其包括至少由腔体和与所 述腔体的腔体壁气密封的盖板所构成的模具、用于控制测试压强的加载装置、用于控制测 试温度的控温装置、用于将所述腔体抽真空的抽真空装置和用于检测气体流量的流量检测 元件，其中，所述盖板具有容纳通孔，上透气片、下透气片容纳于所述容纳通孔中，所述加载 装置压设于所述上透气片上，一待测试样平铺于所述上透气片和所述下透气片之间，所述 腔体相应于所述上透气片和所述下透气片在腔体的上下方向上分别设置一个进气口和出 气口；其中，所述流量检测元件与所述进气口相通，所述出气口与所述抽真空装置相通，当 启动所述抽真空装置而使得所述进气口的压强高于所述出气口的压强后，气体依次经过所 述进气口、所述上透气片、并在所述待测试样的铺层厚度方向上流经所述待测试样后通过 所述下透气片进入所述出气口。
具体地，所述控温装置至少具有加热棒。具体地，所述抽真空装置为真空泵。优选地，所述真空泵和所述出气口之间还设有真空表。优选地，所述上透气片和/或所述下透气片为多孔材料。具体地，所述加载装置具有加载平板和加载本体，所述加载平板位于所述上透气 片上，所述加载本体向所述加载平板上施加压力。可选择地，所述腔体设有腔体导气凹槽，所述腔体导气凹槽靠近腔体的内壁，用于 所述气体通过所述下透气片之后和进入出气口之前的流通的通道。可选择地，所述盖板的容纳通孔的边缘处还设有盖板导气凹槽，经由所述盖板导 气凹槽，气体从所述进气口流经所述上透气片。可选择地，待测试样为预浸料。可选择地，所述待测试样以单向铺层、正交铺层或准各向同性铺层的方式平铺于 所述上密封片和所述下密封片之间。在本发明中，预浸料铺层在厚度方向上的气体渗透率的测试装置的优点在于(1) 可以实现在不同压力及温度状态下准确地测试预浸料铺层在厚度方向上气体渗透率；(2) 可以适用于玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等各种连续纤维预浸料，也可以适用于各种织物预 浸料；(3)可以对不同的铺层方式、不同的铺层层数的气体渗透率进行测定；(4)测量的误 差小，测试的可靠性和重复性高；(5)设备简单，操作方便，节省时间。另外本发明还公开了一种在铺层厚度方向上测量气体渗透率的方法，其包括如下 步骤(1)将模具的进气口密封，启动与模具的出气口相通的抽真空装置来检验是否漏 气；(2)若步骤(1)的检验结果为不漏气，则加载装置分别对容纳在模具的盖板的容 纳通孔中带有和不带有待测试样的上透气片和下透气片加一测试压强，测量出待测试样的 厚度h;(3)将抽真空装置的压强设置为P从而使出气口与进气口形成压力差进而使气体 流动，将待测试样的压强通过加载装置设置为与步骤(2)中的厚度h对应的测试压强，将腔 体温度通过控温装置设置为测试温度T并通过温度-粘度公式计算得到对应的气体粘度 η，通过流量检测元件来检测气体流速Q ；(4)根据渗透率计算公式计算得到厚度方向上的渗透率。 具体地，所述温度_粘度公式为
权利要求
1.一种在铺层厚度方向上测试气体渗透率的测试装置，其包括至少由腔体和与所述 腔体的腔体壁气密封的盖板所构成的模具、用于控制测试压强的加载装置、用于控制测试 温度的控温装置、用于将所述腔体抽真空的抽真空装置和用于检测气体流量的流量检测元 件，其中，所述盖板具有容纳通孔，上透气片、下透气片容纳于所述容纳通孔中，所述加载装 置压设于所述上透气片上，一待测试样平铺于所述上透气片和所述下透气片之间，所述腔 体相应于所述上透气片和所述下透气片在腔体的上下方向上分别设置一个进气口和一个 出气口 ；其中，所述流量检测元件与所述进气口相通，所述出气口与所述抽真空装置相通， 当启动所述抽真空装置而使得所述进气口的压强高于所述出气口的压强后，气体依次经过 所述进气口、所述上透气片、并在所述待测试样的铺层厚度方向上流经所述待测试样后通 过所述下透气片进入所述出气口。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述控温装置至少具有加热棒。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述抽真空装置为真空泵。
4.根据权利要求3所述的测试装置，其中，所述真空泵和所述出气口之间还设有真空表。
5.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述上透气片和/或所述下透气片为多孔材料。
6.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述加载装置具有加载平板和加载本体，所 述加载平板位于所述上透气片上，所述加载本体向所述加载平板上施加压力。
7.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述腔体设有腔体导气凹槽，所述腔体导 气凹槽靠近腔体的内壁，用于所述气体通过所述下透气片之后和进入出气口之前流通的通道。
8.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述盖板的容纳通孔的边缘处还设有盖板 导气凹槽，经由所述盖板导气凹槽，气体从所述进气口流经所述上透气片。
9.根据权利要求1所述的测试装置，其中，待测试样为预浸料。
10.根据权利要求1所述的测试装置，其中，所述待测试样以单向铺层、正交铺层或准 各向同性铺层的方式平铺于所述上密封片和所述下密封片之间。
11.一种应用权利要求1-10中任一项所述的测试装置在铺层厚度方向上测量气体渗 透率的方法，其包括如下步骤(1)将模具的进气口密封，启动与模具的出气口相通的抽真空装置来检验是否漏气；(2)若步骤(1)的检验结果为不漏气，则加载装置分别对容纳在模具的盖板的容纳通 孔中带有和不带有待测试样的上透气片和下透气片加一测试压强，测量出待测试样的厚度 h；(3)将抽真空装置的压强设置为P从而使出气口与进气口形成压力差进而使气体流 动，将待测试样的压强通过加载装置设置为与步骤( 中的厚度h对应的测试压强，将腔体 温度通过控温装置设置为测试温度T并通过温度-粘度公式计算得到对应的气体粘度η， 通过流量检测元件来检测气体流速Q ；(4)根据渗透率计算公式计算得到厚度方向上的渗透率。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述温度-粘度公式为！二Hf其” Q I J T + C ,中，T0, Ilci分别表示参考温度和相应粘度，C表示与气体种类有关的常数。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述渗透率计算公式为K= g其中，1和b分别表示待测试样铺层的长度和宽度。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，在步骤(1)中，还包括将所述加载装置和所述 盖板进行密封并验漏的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在步骤(1)中，还包括将所述腔体和所述加载 装置进行密封并验漏的步骤。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述抽真空装置将腔体压力设 置为-0. IMPa，若关闭所述抽真空装置后不卸压，即不漏气。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，在步骤O)中，若所述加载装置对不带有待测 试样的所述上密封片和所述下密封片加压后测量的厚度为hl，对有待测试样的所述上密封 片和所述下密封片加压测量的厚度为h2，则所述的待测试样的厚度h = h2-hl。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，在步骤⑶中，所述真空压的范围 为-0. 02-0MPa。
全文摘要
一种在铺层厚度方向上测试气体渗透率的测试装置，其包括至少由腔体和盖板所构成的模具、加载装置、控温装置、抽真空装置和流量检测元件。其中，盖板具有容纳通孔，上透气片、下透气片容纳于容纳通孔中，加载装置压设于上透气片上，一待测试样平铺于上透气片和下透气片之间，腔体相应于上透气片和下透气片在腔体的上下方向上分别设置一个进气口和一个出气口。所述流量检测元件与所述进气口相通，所述出气口与所述抽真空装置相通。应用本发明可实现在不同压力及温度状态下准确地测试预浸料铺层在厚度方向上气体渗透率。
文档编号G01N15/08GK102141504SQ20111003001
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者刘军, 刘卫平, 张佐光, 张冬梅, 李志远, 李敏, 李艳霞, 王旭, 王欣晶, 苏佳志, 辛朝波, 郑义珠, 顾轶卓, 马晓星 申请人:上海飞机制造有限公司, 中国商用飞机有限责任公司, 北京航空航天大学