專利名稱：一種適用于復合材料的熱壓成形過程的樹脂壓力采集系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對復合材料成形工藝中的壓力采集處理系統，更特別地說，是指一種對樹脂基復合材料在成形過程中的壓力進行實時多路采集、中心解算輸出處理的壓力采集系統。
背景技術：
在樹脂基復合材料成形過程中，往往涉及到樹脂的流動過程，例如熱壓工藝、液體成形工藝和拉擠工藝等。樹脂壓力差是樹脂流動的驅動力，它會隨時間和位置的改變而變化，這會對樹脂的流動狀況乃至整個成形過程有很大的影響，從而影響到復合材料的最終性能。近些年來，利用計算機技術對樹脂基復合材料成形過程進行模擬進而對工藝進行優化已經成為了復合材料低成本技術的一個重要內容，而樹脂的壓力便是其中的一個重要參數。此外，樹脂壓力低于一定值后，樹脂中的揮發分會成為氣泡并最終以孔隙的形態存在于復合材料中，以致大大降低了復合材料的力學性能。若能對成形過程中的樹脂壓力進行實時監測，所得數據不但可以對計算機模擬進行驗證和修正，而且可以作為控制復合材料質量的重要依據。
目前，流體壓力的測試方法有很多，但是大多不能適用于復合材料成形過程。通常測量樹脂壓力的方法是將壓力傳感器安裝在構件底部，從而得到構件邊界處樹脂壓力的變化。這個方法不能測定層板內部任意位置的樹脂壓力大小。若將流體壓力傳感器直接置于復合材料內部，對該位置處的樹脂壓力進行測量，樹脂固化后傳感器將永久地留在復合材料中。因此，這種方法的成本較高并對構件的性能有一定影響，而且由于傳感器的體積或面積較大，會對復合材料的成形過程造成影響，從而降低了數據的可靠性。若同時測量多個位置，這些問題就更加嚴重。
發明內容
本發明的目的是提供一種用來采集復合材料成形過程中的樹脂壓力采集系統，該樹脂壓力采集系統通過將多個探針插入樹脂基復合材料內部，在有壓力的條件下傳壓管腔內的傳壓液將樹脂壓力傳遞給傳感器，巡檢儀對獲得的電流信息輸出至計算機內進行樹脂壓力測試處理，并將測試結果輸出給施壓設備，從而有效地控制了在樹脂基復合材料制備過程中樹脂所需施加的壓強。
本發明是一種適用于復合材料的熱壓成形過程的樹脂壓力采集系統，包括計算機、巡檢儀、壓力采集裝置、以及存儲于所述計算機內的樹脂壓力測量單元，巡檢儀的信息輸出端通過連接線連接在計算機的RS232接口上，巡檢儀的信息輸入端通過連接線與壓力采集裝置的傳感器連接，壓力采集裝置的探針伸入樹脂基復合材料內。
所述壓力采集裝置由傳感器、傳壓管和探針組成，傳感器安裝在傳壓管一端的螺紋孔上，傳壓管的另一端密封安裝有探針；傳壓管的上部設有左螺紋通孔、右螺紋通孔，左螺紋通孔內安裝有左螺柱，右螺紋通孔內安裝有右螺柱；傳壓管內部為空心的傳壓液腔，傳壓液腔內灌裝有傳壓液。
所述樹脂壓力測量單元，用于實時監測不同測試點放置的探針采集到的電流信息In并轉換為壓力信號Pn，同時顯示壓力隨熱壓成形過程中加壓時間的變化曲線；其中，壓力與電流的轉換關系式為Pn＝In/8-1/2，Pn表示電壓信息，In表示電流信息，n表示放置探針的個數。
本發明樹脂壓力采集系統的優點在于(1)本系統可以對熱壓過程中的樹脂壓力進行實時、定量、多路采集；(2)系統的準確度、靈敏度、遲滯性、動態響應性和測量范圍都滿足實際工程上的要求；(3)壓力采集裝置的造價和使用成本低、操作簡單且不需要任何復雜或特殊的輔助設備；(4)適用于各種樹脂、纖維以及鋪層方式，不受成形溫度和成形壓力的限制；(5)將該系統與加壓設備連接可以實現熱壓過程的監測和控制，從而科學地調節工藝參數，達到降低成本、提高制品質量的目的；(6)本發明樹脂壓力采集系統能夠判斷樹脂的凝膠點和纖維分布狀況，為制備復合材料過程中加壓時機和其他工藝參數的選擇提供了方便。
圖1是本發明壓力采集系統的結構框圖。
圖2是樹脂基復合材料在成型腔中的鋪層結構示意圖。
圖3是傳壓管與探針的裝配圖。
圖3A是傳壓管的剖視圖。
圖4是本發明樹脂壓力測量單元的界面框圖。
圖中1.傳壓管 2.探針 3.右螺柱 4.左螺柱5.螺紋孔 6.傳壓液腔 21.上蓋板 22.凹形成型腔23.上層吸膠材料層 24.下層吸膠材料層25.上層透氣材料層 26.下層透氣材料層 27.預浸料鋪層31.探針A 32.探針B 33.探針C 34.探針D
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
本發明是一種適用于復合材料的熱壓成形過程的樹脂壓力采集系統，由計算機、巡檢儀、壓力采集裝置、以及存儲于所述計算機內的樹脂壓力測量單元構成，巡檢儀的信息輸出端通過連接線連接在計算機的RS232接口上，巡檢儀的信息輸入端通過連接線與壓力采集裝置的傳感器連接，壓力采集裝置的探針伸入樹脂基復合材料內。
在本發明中，根據帕斯卡定律，在靜態下加在密閉液體上的壓強能按照它原來的大小由液體向各個方向傳遞，即液體具有傳遞壓強的特性。根據這一特性本專利申請的發明人設計了一種壓力采集裝置(請參見圖3、圖3A所示)，該壓力采集裝置由傳感器(壓阻式壓力傳感器)、傳壓管1和探針2(北京科拓器化玻璃有限公司的七號探針)組成，傳感器安裝在傳壓管1一端的螺紋孔5上，傳壓管1的另一端密封安裝有探針2；傳壓管1的上部設有設有左螺紋通孔、右螺紋通孔，左螺紋通孔內安裝有左螺柱4，右螺紋通孔內安裝有右螺柱3；傳壓管1內部為空心結構的傳壓液腔6，其傳壓液腔6內灌裝有傳壓液(苯基硅油)。在本發明中，采用的壓力傳感器量程為0～2MPa，精度為0.25％FS，輸出信號為4～20mA。
本發明設計的壓力采集裝置，當測試位置(樹脂基體復合材料上的任意設置的測試點)的壓力發生變化時，探針2通過傳壓管1中的苯基硅油(傳壓液腔6內)將其傳遞到壓力傳感器上，并由壓力傳感器內部的擴散硅在壓力的作用下電阻會發生變化，從而引起電流的變化，這樣通過對電流的監測便可以得到復合材料內部樹脂壓力的變化數據，從而獲得計算機內進行中心處理的電壓數據。
在本發明中的樹脂壓力測量單元，用于實時監測不同測試點放置的探針采集到的電流信息In并轉換為壓力信號Pn，同時顯示壓力隨熱壓成形過程中加壓時間的變化曲線；其中，壓力與電流的轉換關系式為Pn＝In/8-1/2，Pn表示電壓信息，In表示電流信息，n表示放置探針的個數。樹脂壓力測量單元借助計算機的配件配置通過測量不同測試點(探針放置的不同位置)可以實現組網測試復合材料的熱壓成形過程中樹脂壓力的采集，也可以實時在線的測量復合材料的熱壓成形過程中的樹脂壓力。通過本發明樹脂壓力測量單元的結構設計解決了在復合材料內部測量樹脂的壓力。
請參見圖1所示，本發明樹脂壓力采集系統，由計算機(用于監測各壓力參數、電流輸出值、采集頻點、采集時間的輸入，以及通過計算機的顯示器觀察壓力與時間之間的變化曲線)、巡檢儀、壓力采集裝置和樹脂壓力測量單元組成，樹脂壓力測量單元存儲于計算機(硬件配置1G硬盤空間，操作系統WIN2000)內，巡檢儀(北京昆侖天辰儀表科技有限公司生產，型號XSL/A-08BS1VO)的信息輸出端通過連接線連接在計算機的RS232接口上，巡檢儀的信息輸入端通過連接線與壓力采集裝置的傳感器連接，壓力采集裝置的探針伸入樹脂基復合材料內。
樹脂基復合材料的鋪層結構如圖2所示，樹脂基復合材料是放置在一個凹形成型腔22內的，其鋪層結構根據樹脂基復合材料的使用要求有所不同。在本發明中，采用如圖2所示的樹脂基復合材料結構僅用于說明本發明的樹脂壓力測試采集點的不同布局，可以根據不同的設計要求布置多個壓力采集裝置，多個壓力采集裝置與采集卡(巡檢儀)、計算機構成一個現代網絡管理模式的樹脂壓力測試系統。作為樹脂基復合材料的預成品一般結構為預浸料鋪層27設在中心部位，在預浸料鋪層27上下分別鋪上層透氣材料層25、下層透氣材料層26，并在上層透氣材料層25和下層透氣材料層26的外面鋪上層吸膠材料層23、下層吸膠材料層24。然后將預成品放入凹形成型腔22內蓋上上蓋板21，施加一定壓力，根據制件的尺寸，在厚度方向上每隔9～12層預浸料放置一個探針，也可以在縱向上每隔10cm放置一個探針，巡檢儀以0.1秒/個的速度依次對這四個探針(探針A31、探針B32、探針C33、探針D34)進行電流信息(探針A31、探針B32、探針C33和探針D34對應的電流信息分別為IA、IB、IC、ID)采集。在本發明樹脂壓力測量單元中，所測樹脂基復合材料裁成12×12cm2的正方形，其鋪層結構如圖2所示，預浸料鋪層27鋪設三十層，以酚醛環氧樹脂648為基體、以S-2高強玻璃纖維紗為增強體的材料；上層透氣材料層25和下層透氣材料層26各鋪一層，其材料為聚四氟乙烯；上層吸膠材料層23和下層吸膠材料層24各鋪十層，其材料為玻璃平紋布。采集的四路探針電流信息與電壓轉換關系曲線如圖4所示，對探針A31(第一路)所測量得到的電流信息IA滿足關系式PA＝IA/8-1/2，且電流信息隨成型過程中的加壓時間變化而變化。其余三路探針的測試關系與探針A31相同。
在本發明中，樹脂壓力測量單元中壓力與電流的轉換關系式為Pn＝In/8-1/2，Pn表示電壓信息，單位為MPa，最大值為2MPa，滿足實際熱壓工藝的壓力要求，In表示電流信息，單位為mA，n表示放置探針的個數。樹脂壓力測量單元用于采集不同測試點所需的壓力，并對處理后的壓力信息輸出給熱壓機或熱壓罐等施壓設備，從而有效地控制復合材料成型過程中樹脂流動時所需壓力；或者輸出結果給打印機設備，以方便對復合材料成型過程中所需壓力的研究。
本發明樹脂壓力采集系統通過可以判斷樹脂的凝膠點和纖維分布狀況，為制備復合材料過程中加壓時機和其他工藝參數的選擇提供了方便，同時，熱壓過程樹脂壓力在纖維層厚度方向上的傳遞不是瞬間完成的，而是有一定的速度，傳遞的快慢與樹脂的流動狀況有關。
權利要求
1.一種適用于復合材料的熱壓成形過程的樹脂壓力采集系統，包括計算機、巡檢儀，其特征在于還包括壓力采集裝置，以及存儲于所述計算機內的樹脂壓力測量單元，巡檢儀的信息輸出端通過連接線連接在計算機的RS232接口上，巡檢儀的信息輸入端通過連接線與壓力采集裝置的傳感器連接，壓力采集裝置的探針伸入樹脂基復合材料內；所述壓力采集裝置由傳感器、傳壓管(1)和探針(2)組成，傳感器安裝在傳壓管(1)一端的螺紋孔(5)上，傳壓管(1)的另一端密封安裝有探針(2)；傳壓管(1)的上部設有左螺紋通孔、右螺紋通孔，左螺紋通孔內安裝有左螺柱(4)，右螺紋通孔內安裝有右螺柱(3)；傳壓管(1)內部為空心的傳壓液腔(6)，傳壓液腔(6)內灌裝有傳壓液；所述樹脂壓力測量單元，用于實時監測不同測試點放置的探針采集到的電流信息In并轉換為壓力信號Pn，同時顯示壓力隨熱壓成形過程中加壓時間的變化曲線；其中，壓力與電流的轉換關系式為Pn＝In/8-1/2，Pn表示電壓信息，In表示電流信息，n表示放置探針的個數。
2.根據權利要求1所述的樹脂壓力采集系統，其特征在于所述樹脂壓力測量單元采集多路壓力采集裝置輸出的電流信息構成網絡測量單元。
3.根據權利要求1所述的樹脂壓力采集系統，其特征在于所述傳感器選取壓阻式壓力傳感器；所述探針(2)選取七號探針。
全文摘要
本發明公開了一種適用于復合材料的熱壓成形過程的樹脂壓力采集系統，包括計算機、巡檢儀、壓力采集裝置，以及存儲于所述計算機內的樹脂壓力測量單元，巡檢儀的信息輸出端通過連接線連接在計算機的RS232接口上，巡檢儀的信息輸入端通過連接線與壓力采集裝置的傳感器連接，壓力采集裝置的探針伸入樹脂基復合材料內；所述樹脂壓力測量單元，用于實時監測不同測試點放置的探針采集到的電流信息I
文檔編號G08C19/02GK1851774SQ20061007882
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月10日 優先權日2006年5月10日
發明者張佐光, 顧軼卓, 李敏, 張大興 申請人:北京航空航天大學