專利名稱：在鋪層厚度方向上測試氣體滲透率的測試裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試氣體滲透率的裝置及其方法，更具體地說，是以氣體為測試 流體測試待測試樣在鋪層厚度方向上測試滲透率的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
滲透率是表征壓力作用下流體在多孔介質(zhì)中流動難易程度的參數(shù)，滲透率越大表 示多孔介質(zhì)對流體的流動阻力越小。采用熱壓罐或真空袋工藝制備樹脂基復(fù)合材料過程 中，預(yù)浸料鋪層滲透率是影響真空作用下夾雜空氣及揮發(fā)份排出的關(guān)鍵因素之一，從而在 一定程度上影響復(fù)合材料構(gòu)件成型質(zhì)量。預(yù)浸料體系由纖維增強體及樹脂基體構(gòu)成，因此 預(yù)浸料鋪層滲透率與纖維鋪層滲透率存在很大差異。預(yù)浸料鋪層滲透率不僅由纖維的物理 特性及纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定，同時還與樹脂基體的物理特性有關(guān)。近些年來，纖維鋪層滲透率 已經(jīng)成為復(fù)合材料領(lǐng)域一個研究熱點，然而對預(yù)浸料鋪層滲透率的測試方法報道很少，這 主要是由于預(yù)浸料鋪層滲透率測試存在一定的難度，例如(1)預(yù)浸料體系含有樹脂基體， 采用液體作為測試流體，流動前鋒難以判斷，無法準確測試滲透率；(2)采用氣體測試預(yù)浸 料鋪層滲透率，對測試裝置的密封提出了更高的要求；(3)預(yù)浸料鋪層與測試模具之間存 在縫隙，導(dǎo)致氣體在縫隙內(nèi)流動，測試偏差較大；(4)預(yù)浸料鋪層在固化過程中受溫度及壓 力影響，難以實現(xiàn)固化過程中滲透率的測試。由此可見，設(shè)計預(yù)浸料鋪層空氣滲透率的測試 方法和測試裝置不但具有重要的理論意義和應(yīng)用價值，而且具有一定的技術(shù)難度即需要兼 顧多方面的影響因素才能實現(xiàn)準確的測量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服在現(xiàn)有技術(shù)中難以利用氣體作為流體來測試待測鋪層尤其是預(yù)浸料鋪 層厚度方向上的滲透率的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種厚度方向上測試氣體滲透率的裝 置，其較優(yōu)地應(yīng)用于樹脂基復(fù)合材料中預(yù)浸料的滲透率測試中，該裝置通過真空腔體提供 使氣體沿預(yù)浸料鋪層在厚度方向上運動的動力，實現(xiàn)了預(yù)浸料鋪層在厚度方向上氣體滲透 率的測試；可以通過調(diào)節(jié)壓力及溫度，實現(xiàn)預(yù)浸料在固化工藝制度中空氣滲透率的測量。一種在鋪層厚度方向上測試氣體滲透率的測試裝置，其包括至少由腔體和與所 述腔體的腔體壁氣密封的蓋板所構(gòu)成的模具、用于控制測試壓強的加載裝置、用于控制測 試溫度的控溫裝置、用于將所述腔體抽真空的抽真空裝置和用于檢測氣體流量的流量檢測 元件，其中，所述蓋板具有容納通孔，上透氣片、下透氣片容納于所述容納通孔中，所述加載 裝置壓設(shè)于所述上透氣片上，一待測試樣平鋪于所述上透氣片和所述下透氣片之間，所述 腔體相應(yīng)于所述上透氣片和所述下透氣片在腔體的上下方向上分別設(shè)置一個進氣口和出 氣口；其中，所述流量檢測元件與所述進氣口相通，所述出氣口與所述抽真空裝置相通，當 啟動所述抽真空裝置而使得所述進氣口的壓強高于所述出氣口的壓強后，氣體依次經(jīng)過所 述進氣口、所述上透氣片、并在所述待測試樣的鋪層厚度方向上流經(jīng)所述待測試樣后通過 所述下透氣片進入所述出氣口。
具體地，所述控溫裝置至少具有加熱棒。具體地，所述抽真空裝置為真空泵。優(yōu)選地，所述真空泵和所述出氣口之間還設(shè)有真空表。優(yōu)選地，所述上透氣片和/或所述下透氣片為多孔材料。具體地，所述加載裝置具有加載平板和加載本體，所述加載平板位于所述上透氣 片上，所述加載本體向所述加載平板上施加壓力?？蛇x擇地，所述腔體設(shè)有腔體導(dǎo)氣凹槽，所述腔體導(dǎo)氣凹槽靠近腔體的內(nèi)壁，用于 所述氣體通過所述下透氣片之后和進入出氣口之前的流通的通道?？蛇x擇地，所述蓋板的容納通孔的邊緣處還設(shè)有蓋板導(dǎo)氣凹槽，經(jīng)由所述蓋板導(dǎo) 氣凹槽，氣體從所述進氣口流經(jīng)所述上透氣片?？蛇x擇地，待測試樣為預(yù)浸料?？蛇x擇地，所述待測試樣以單向鋪層、正交鋪層或準各向同性鋪層的方式平鋪于 所述上密封片和所述下密封片之間。在本發(fā)明中，預(yù)浸料鋪層在厚度方向上的氣體滲透率的測試裝置的優(yōu)點在于(1) 可以實現(xiàn)在不同壓力及溫度狀態(tài)下準確地測試預(yù)浸料鋪層在厚度方向上氣體滲透率；(2) 可以適用于玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等各種連續(xù)纖維預(yù)浸料，也可以適用于各種織物預(yù) 浸料；(3)可以對不同的鋪層方式、不同的鋪層層數(shù)的氣體滲透率進行測定；(4)測量的誤 差小，測試的可靠性和重復(fù)性高；(5)設(shè)備簡單，操作方便，節(jié)省時間。另外本發(fā)明還公開了一種在鋪層厚度方向上測量氣體滲透率的方法，其包括如下 步驟(1)將模具的進氣口密封，啟動與模具的出氣口相通的抽真空裝置來檢驗是否漏 氣；(2)若步驟(1)的檢驗結(jié)果為不漏氣，則加載裝置分別對容納在模具的蓋板的容 納通孔中帶有和不帶有待測試樣的上透氣片和下透氣片加一測試壓強，測量出待測試樣的 厚度h;(3)將抽真空裝置的壓強設(shè)置為P從而使出氣口與進氣口形成壓力差進而使氣體 流動，將待測試樣的壓強通過加載裝置設(shè)置為與步驟(2)中的厚度h對應(yīng)的測試壓強，將腔 體溫度通過控溫裝置設(shè)置為測試溫度T并通過溫度-粘度公式計算得到對應(yīng)的氣體粘度 η，通過流量檢測元件來檢測氣體流速Q(mào) ；(4)根據(jù)滲透率計算公式計算得到厚度方向上的滲透率。 具體地，所述溫度_粘度公式為
權(quán)利要求
1.一種在鋪層厚度方向上測試氣體滲透率的測試裝置，其包括至少由腔體和與所述 腔體的腔體壁氣密封的蓋板所構(gòu)成的模具、用于控制測試壓強的加載裝置、用于控制測試 溫度的控溫裝置、用于將所述腔體抽真空的抽真空裝置和用于檢測氣體流量的流量檢測元 件，其中，所述蓋板具有容納通孔，上透氣片、下透氣片容納于所述容納通孔中，所述加載裝 置壓設(shè)于所述上透氣片上，一待測試樣平鋪于所述上透氣片和所述下透氣片之間，所述腔 體相應(yīng)于所述上透氣片和所述下透氣片在腔體的上下方向上分別設(shè)置一個進氣口和一個 出氣口 ；其中，所述流量檢測元件與所述進氣口相通，所述出氣口與所述抽真空裝置相通， 當啟動所述抽真空裝置而使得所述進氣口的壓強高于所述出氣口的壓強后，氣體依次經(jīng)過 所述進氣口、所述上透氣片、并在所述待測試樣的鋪層厚度方向上流經(jīng)所述待測試樣后通 過所述下透氣片進入所述出氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其中，所述控溫裝置至少具有加熱棒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其中，所述抽真空裝置為真空泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測試裝置，其中，所述真空泵和所述出氣口之間還設(shè)有真空表。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其中，所述上透氣片和/或所述下透氣片為多孔材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其中，所述加載裝置具有加載平板和加載本體，所 述加載平板位于所述上透氣片上，所述加載本體向所述加載平板上施加壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其中，所述腔體設(shè)有腔體導(dǎo)氣凹槽，所述腔體導(dǎo) 氣凹槽靠近腔體的內(nèi)壁，用于所述氣體通過所述下透氣片之后和進入出氣口之前流通的通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其中，所述蓋板的容納通孔的邊緣處還設(shè)有蓋板 導(dǎo)氣凹槽，經(jīng)由所述蓋板導(dǎo)氣凹槽，氣體從所述進氣口流經(jīng)所述上透氣片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其中，待測試樣為預(yù)浸料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其中，所述待測試樣以單向鋪層、正交鋪層或準 各向同性鋪層的方式平鋪于所述上密封片和所述下密封片之間。
11.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-10中任一項所述的測試裝置在鋪層厚度方向上測量氣體滲 透率的方法，其包括如下步驟(1)將模具的進氣口密封，啟動與模具的出氣口相通的抽真空裝置來檢驗是否漏氣；(2)若步驟(1)的檢驗結(jié)果為不漏氣，則加載裝置分別對容納在模具的蓋板的容納通 孔中帶有和不帶有待測試樣的上透氣片和下透氣片加一測試壓強，測量出待測試樣的厚度 h；(3)將抽真空裝置的壓強設(shè)置為P從而使出氣口與進氣口形成壓力差進而使氣體流 動，將待測試樣的壓強通過加載裝置設(shè)置為與步驟( 中的厚度h對應(yīng)的測試壓強，將腔體 溫度通過控溫裝置設(shè)置為測試溫度T并通過溫度-粘度公式計算得到對應(yīng)的氣體粘度η， 通過流量檢測元件來檢測氣體流速Q(mào) ；(4)根據(jù)滲透率計算公式計算得到厚度方向上的滲透率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述溫度-粘度公式為！二Hf其” Q I J T + C ,中，T0, Ilci分別表示參考溫度和相應(yīng)粘度，C表示與氣體種類有關(guān)的常數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述滲透率計算公式為K= g其中，1和b分別表示待測試樣鋪層的長度和寬度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(1)中，還包括將所述加載裝置和所述 蓋板進行密封并驗漏的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，在步驟(1)中，還包括將所述腔體和所述加載 裝置進行密封并驗漏的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(1)中，所述抽真空裝置將腔體壓力設(shè) 置為-0. IMPa，若關(guān)閉所述抽真空裝置后不卸壓，即不漏氣。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟O)中，若所述加載裝置對不帶有待測 試樣的所述上密封片和所述下密封片加壓后測量的厚度為hl，對有待測試樣的所述上密封 片和所述下密封片加壓測量的厚度為h2，則所述的待測試樣的厚度h = h2-hl。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟⑶中，所述真空壓的范圍 為-0. 02-0MPa。
全文摘要
一種在鋪層厚度方向上測試氣體滲透率的測試裝置，其包括至少由腔體和蓋板所構(gòu)成的模具、加載裝置、控溫裝置、抽真空裝置和流量檢測元件。其中，蓋板具有容納通孔，上透氣片、下透氣片容納于容納通孔中，加載裝置壓設(shè)于上透氣片上，一待測試樣平鋪于上透氣片和下透氣片之間，腔體相應(yīng)于上透氣片和下透氣片在腔體的上下方向上分別設(shè)置一個進氣口和一個出氣口。所述流量檢測元件與所述進氣口相通，所述出氣口與所述抽真空裝置相通。應(yīng)用本發(fā)明可實現(xiàn)在不同壓力及溫度狀態(tài)下準確地測試預(yù)浸料鋪層在厚度方向上氣體滲透率。
文檔編號G01N15/08GK102141504SQ20111003001
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者劉軍, 劉衛(wèi)平, 張佐光, 張冬梅, 李志遠, 李敏, 李艷霞, 王旭, 王欣晶, 蘇佳志, 辛朝波, 鄭義珠, 顧軼卓, 馬曉星 申請人:上海飛機制造有限公司, 中國商用飛機有限責任公司, 北京航空航天大學