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原文传递一种树脂基复合材料固化度在线自监测方法

专利名称：	一种树脂基复合材料固化度在线自监测方法
摘要：	一种树脂基复合材料固化在线监测方法，属于复合材料固化在线监测技术领域，具体涉及一种复合材料电能损耗加热固化工艺下的固化度监测方法。本发明针对可精确测量传输至复合材料构件内部电能的固化技术，在线监测输入电功率值及整体构件的平均温度变化量，根据能量守恒定律，实时计算复合材料构件释放的化学能，最终实时获得整体构件发生交联固化反应的程度。所述方法无需嵌入对材料性能产生影响的固化度传感器，复合材料自身既作为加热源又作为传感器，通过输入复合材料构件电功率和其温度变化，即可表征材料的平均固化度，该方法可大幅加强复合材料固化度在线监测的可实施性，显著提高复合材料构件固化质量，实现高效率的自适应调控固化过程。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	李迎光;刘舒霆;沈艳
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910045054.2
公开号：	CN109827995A
代理机构：	南京天华专利代理有限责任公司
代理人：	瞿网兰
分类号：	G01N25/48(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种树脂基复合材料固化度在线自监测方法,其特征在于外部输入电能损耗于复合材料构件内部产生热量固化复合材料构件，所述复合材料构件自身既是热源又是固化度传感器，无需引入任何固化度传感器，在材料及模具外围施加绝热屏障，利用电功率测量仪精确监测输入材料内部的电功率，利用温度测量仪监测材料及模具的平均温度变化值，按照能量守恒定律计算复合材料构件因化学交联反应产生的热量，根据构件的质量和材料单位质量放热量，计算材料平均固化度。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征是它包括以下步骤：步骤1：布置模具温度传感器：在模具下表面点阵式贴合热电偶温度传感器，从而获得实时的模具温度信息；步骤2：铺放材料：在模具上表面铺放脱模布或喷涂脱模剂，然后将温度传感器安装在待测材料上下表面，从而获得待测材料的实时温度信息；步骤3：布置绝热屏障：在材料及模具外围施加绝热屏障；步骤4：布置功率测量传感器：将电流传感器和电压传感器接入构件电极两端，提前标定电极的功率损耗系数；步骤5：固化并实时监测数据：按照相应的固化工艺对材料进行电能损耗加热；将测得的电功率乘以相应的损耗系数，以排除能量损耗，从而实时得到输入材料内部的电功率Pe；将测得的材料和模具表面的温度实时计算材料体系及模具表面的平均温度T、Tm，实时计算材料的平均温度变化速率rT；实时计算材料固化度并绘制出曲线，其计算式如下：其中C为纤维复合材料的比热容，m为构件的总质量，S为固化体系的表面积，Text为固化体系外部环境温度，h为表面对流耗散系数，λ为模具-构件热传导系数，dm为模具厚度，Tm为模具下表面温度，A为靠模面积，Pe为测量到的材料损耗电功率，Hr为单位质量的总化学反应放热。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的电损耗固化，即复合材料构件自身损耗外部输入的电能从而发热并固化复合材料自身，可以是微波固化，也可以是电磁感应固化，也可以是碳纤维复合材料自阻电热固化等。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的电功率根据不同的电损耗加热特性采用相应的功率测量方法，对于微波加热可利用双向定向耦合器测量微波输出功率，并乘相应的系数以排除腔体壁面损耗等能量损耗，对于感应加热可测量线圈有效输入电流和电压并乘相应的系数以排除线损，对于碳纤维复合材料自阻电热可直接测量输入构件的电流和电压以得到电功率。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的温度测量使用多路微型温度传感器埋设于材料及模具表面，测量多点材料及模具的温度并分别取平均值。 6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的绝热屏障由传热系数极低的柔性材料构成，紧密贴合于复合材料构件真空袋体系的表面，将复合材料构件自身发出的热量封闭于绝热屏障内，所述的绝热屏障可以是硅酸铝，气凝胶等隔热材料。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于构件质量，材料单位质量下的放热量，构件表面积，模具表面积、厚度参数均在固化前通过测量获取，材料比热容，绝热屏障对流换热系数，模具的热传导系数均由采用厂家提供的数据，采用提前标定的方法获取。
所属类别：	发明专利