专利名称：一种树脂在纤维层内浸润程度的快速无损检测方法
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，涉及ー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溃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、こ烯基脂、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，能改善強度，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ー个重要评价指标，如果浸溃不均匀，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，调节至预定的声学參数；ニ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井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；四根据步骤ニ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エ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。


通过參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1(b)为超声波透过率中等的示意1(c)为超声波透过率较差的示意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。
具体实施例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；步骤ニ 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，调节声学參数；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I (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I (b)所示的图案面积占总扫描面积的百分比为Al %，图I (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カ浸入干纤维，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I:I的关系；步骤六将扫描区域试样进行预固化，与I : I的扫描图像进行比较，根据扫描图像中纯图I (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O. 01-0. Imm之间的干点和孔隙所占面积百分率，O. Olmm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O. 1-1. Omm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al%;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I. Omm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%= (IOO-A1-A2) % Xa0%图1(b)所示的图案区域的未浸润率为=NI1^= A1^ Xa1V0图1(c)所示的图案区域的未浸润率为NI2%= A2% Xa2%总的未浸润率为NI%=NI0% +NI1 % +NI2%浸润程度或浸润率为I % = 100 % -NI %步骤九根据材料エ艺性能和应用要求，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，应能理解并实现所掲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。 ·
权利要求
1.一种树脂在纤维层内浸润程度的快速无损检测方法，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，调节至预定的声学參数； ニ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井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； 四根据步骤ニ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。
2.根据权利要求I所述的树脂在纤维层内浸润程度的快速无损检测方法，其特征在于，所述步骤ニ中的预定规则为 所述超声波透过率在第一区间时，相应区域以第一图案填充； 所述超声波透过率在第二区间时，相应区域以第二图案填充； 所述超声波透过率在第三区间时，相应区域以第三图案填充。
3.根据权利要求2所述的树脂在纤维层内浸润程度的快速无损检测方法，其特征在于，所述超声波透过率的所述第一、第二和第三区间分别为0% -40%,40% -80%和80% -100%。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的树脂在纤维层内浸润程度的快速无损检测方法，其特征在于，所述步骤三中的所述预定标准为针对所述至少三种不同图案根据不同的精度要求分别统计相应尺寸的干点和孔隙所占面积的百分比。
全文摘要
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。
文档编号G01N29/06GK102866204SQ20121023221
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月5日 优先权日2012年7月5日
发明者陈萍, 刘玲, 王旭, 易楠, 郑潇涛, 王占吉 申请人:上海飞机制造有限公司, 同济大学