一種測(cè)量透明樹(shù)脂類材料非同步固化度分布的實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)力學(xué)、非接觸光學(xué)測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測(cè)量透明樹(shù)脂類材 料非同步固化度分布的實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合材料層合板固化殘余應(yīng)力和變形的經(jīng)典分析方法隱含地基于一個(gè)基本假設(shè)： 板內(nèi)各鋪層的固化熱歷程和固化反應(yīng)完全同步。在此假設(shè)下，采用對(duì)稱鋪層設(shè)計(jì)的層合板 固化后不發(fā)生翹曲變形。然而在真實(shí)固化過(guò)程中，由于板內(nèi)溫度梯度的存在，各鋪層的同 步固化實(shí)際上無(wú)法實(shí)現(xiàn)，殘余應(yīng)力和板的變形狀態(tài)在很大程度上為具體固化過(guò)程所左右。 目前對(duì)固化過(guò)程，以及板內(nèi)固化度分布的監(jiān)測(cè)主要依賴DSC方法，該方法需要在待測(cè)試樣 中布置傳感器，同時(shí)，其測(cè)量所得為整體固化度的平均值，所以該方法不能監(jiān)測(cè)材料內(nèi)部的 非同步固化引起的各處固化不均。因此，亟待開(kāi)發(fā)一種非接觸式全場(chǎng)測(cè)量樹(shù)脂類材料內(nèi)部 非同步固化過(guò)程以及各處固化度分布的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量透明樹(shù)脂類材料固化度分布的實(shí)驗(yàn)方法，通過(guò)相關(guān) 梯度敏感方法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)由于非同步固化引起的固化度分布不均所產(chǎn)生的干涉條紋，進(jìn)而 對(duì)樹(shù)脂類材料全場(chǎng)固化度分布進(jìn)行精確測(cè)量。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] 該實(shí)驗(yàn)方法使用的裝置包括激光器、擴(kuò)束鏡、凸透鏡I、光柵I、光柵II、凸透鏡 II、光闌、CCD相機(jī)、計(jì)算機(jī)；上述的各部件依次組裝；實(shí)驗(yàn)步驟如下：
[0006] 1)將固化前的被測(cè)透明樹(shù)脂類材料裝進(jìn)透明容器中；
[0007] 2)將步驟1)所述容器放入加熱爐中，固定容器位置，使其在加熱爐中間位置，將 加熱爐放入實(shí)驗(yàn)裝置中凸透鏡I與光柵I之間，并且激光光線能夠照射到；
[0008] 3)對(duì)加熱爐抽真空排除待測(cè)材料中的氣泡，加熱爐真空度為小于0. 1個(gè)大氣壓， 并保持1小時(shí)以上，即被測(cè)材料中氣泡已消除；
[0009] 4)通過(guò)加熱爐對(duì)待測(cè)材料加熱，使待測(cè)材料發(fā)生固化，加熱溫度根據(jù)待測(cè)材料固 化條件選擇；
[0010] 5)通過(guò)(XD相機(jī)實(shí)時(shí)記錄由于被測(cè)材料固化度變化引起的干涉條紋，并通過(guò)計(jì)算 機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0011] 6)由所得干涉條紋圖像反推被測(cè)材料在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的固化度分布。
[0012] 所述凸透鏡焦距為10厘米到15厘米為最佳。
[0013] 所述光柵為60線/mm為最佳。
[0014] 所述激光器為藍(lán)光激光器。
[0015] 所述(XD相機(jī)像素大于800萬(wàn)像素為最佳。
[0016] 本發(fā)明采用的相干梯度敏感技術(shù)是光學(xué)非接觸測(cè)量，和傳統(tǒng)DSC方法相比，不用 接觸被測(cè)量材料，減少對(duì)被測(cè)材料固化的干擾以及可以全局監(jiān)測(cè)非同步固化；對(duì)于相干梯 度敏感測(cè)量裝置，本發(fā)明相比傳統(tǒng)裝置采用數(shù)字化高速CCD相機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)膠片成像，使得 到的結(jié)果更為精確。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0018] 圖中：1_激光器、2-擴(kuò)束鏡、3-凸透鏡I、4_被測(cè)材料、5-加熱爐、6-真空泵、7-光 柵I、8_光柵II、9_凸透鏡II、10-光闌、11-CXD相機(jī)、12-計(jì)算機(jī)；
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過(guò)程，但不應(yīng)以此限 制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020] 圖1是該測(cè)量透明樹(shù)脂類材料固化度分布裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。該裝置包括激 光器、擴(kuò)束鏡、凸透鏡1、被測(cè)材料、光柵1、光柵2、凸透鏡2、光闌、CCD相機(jī)、計(jì)算機(jī)；所述的 激光器發(fā)出的光通過(guò)擴(kuò)束鏡形成一束相干光源再通過(guò)凸透鏡1形成平行光入射到加熱爐， 為待測(cè)材料提供平行入射相干光源；待測(cè)材料放置于加熱爐中，真空泵與加熱爐相連為加 熱爐提供真空環(huán)境；光束通過(guò)被測(cè)材料后依次通過(guò)光柵1、光柵2、凸透鏡2、光闌，通過(guò)CCD 相機(jī)接收被測(cè)材料所形成的干涉條紋，并通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。
[0021] 本發(fā)明提供的方法包括如下步驟：
[0022] 1)將固化前的被測(cè)透明材料裝進(jìn)透明容器中；
[0023] 2)將步驟1)所述容器放入加熱爐中；
[0024] 3)對(duì)加熱爐抽真空排除待測(cè)材料中的微小氣泡；
[0025] 3)將加熱爐放入如權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置中；
[0026] 4)通過(guò)加熱爐對(duì)待測(cè)材料加熱，使待測(cè)材料發(fā)生固化；
[0027] 5)通過(guò)C⑶相機(jī)實(shí)時(shí)記錄由于被測(cè)材料固化度變化引起的干涉條紋；
[0028] 6)由所得干涉條紋圖像利用下列公式反推被測(cè)材料全場(chǎng)的固化度分布：
[0029] 所述透射相干梯度敏感方法，光程差主要由應(yīng)力改變導(dǎo)致的試件折射率變化和泊 松效應(yīng)導(dǎo)致的試件厚度變化兩個(gè)因素產(chǎn)生。由于在固化過(guò)程中材料未受外力作用，忽略固 化殘余應(yīng)力，則可以得到材料固化引起的折射率變化引起的干涉條紋為：
[0030]
[0031] 其中n(x，z)是材料的折射率，p是光柵節(jié)距，A是兩光柵間距，L是試件的厚度， k為條紋級(jí)數(shù)。兩相鄰條紋的梯度差為：
[0032]
[0033] 因此，該實(shí)驗(yàn)裝置的靈敏度可以通過(guò)調(diào)整p和A來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0034] 由于折射率n(x，z)是隨材料固化度a發(fā)生變化的，所以其是固化度a的函數(shù)， 通過(guò)事先對(duì)不同固化度下的折射率進(jìn)行標(biāo)定便可以通過(guò)干涉條紋得到材料各處的固化度 梯度分布。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測(cè)量透明樹(shù)脂類材料非同步固化度分布的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：該實(shí)驗(yàn)方 法使用的裝置包括激光器（1)、擴(kuò)束鏡（2)、凸透鏡I (3)、光柵I (7)、光柵II (8)、凸透鏡 II (9)、光闌（10)、CCD相機(jī)（11)、計(jì)算機(jī)（12);上述的各部件依次組裝；實(shí)驗(yàn)步驟如下： 1) 將固化前的被測(cè)透明樹(shù)脂類材料裝進(jìn)透明容器中； 2) 將步驟1)所述容器放入加熱爐中，固定容器位置，使其在加熱爐中間位置，將加熱 爐放入實(shí)驗(yàn)裝置中凸透鏡I與光柵I之間，并且激光光線能夠照射到； 3) 對(duì)加熱爐抽真空排除待測(cè)材料中的氣泡，加熱爐真空度為小于0. 1個(gè)大氣壓，并保 持1小時(shí)以上，即被測(cè)材料中氣泡已消除； 4) 通過(guò)加熱爐對(duì)待測(cè)材料加熱，使待測(cè)材料發(fā)生固化，加熱溫度根據(jù)待測(cè)材料固化條 件選擇； 5) 通過(guò)CCD相機(jī)實(shí)時(shí)記錄由于被測(cè)材料固化度變化引起的干涉條紋，并通過(guò)計(jì)算機(jī) (12)進(jìn)行存儲(chǔ)； 6) 由所得干涉條紋圖像反推被測(cè)材料在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的固化度分布。2. 如權(quán)利要求1所述人一種測(cè)量透明樹(shù)脂類材料非同步固化度分布的實(shí)驗(yàn)方法，其特 征在于：所述凸透鏡焦距為10厘米到15厘米為最佳。3. 如權(quán)利要求1所述人一種測(cè)量透明樹(shù)脂類材料非同步固化度分布的實(shí)驗(yàn)方法，其特 征在于：所述光柵為60線/mm為最佳。4. 如權(quán)利要求1所述人一種測(cè)量透明樹(shù)脂類材料非同步固化度分布的實(shí)驗(yàn)方法，其特 征在于：所述激光器為藍(lán)光激光器。5. 如權(quán)利要求1所述人一種測(cè)量透明樹(shù)脂類材料非同步固化度分布的實(shí)驗(yàn)方法，其特 征在于：所述CCD相機(jī)像素大于800萬(wàn)像素為最佳。
【專利摘要】本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)力學(xué)、非接觸光學(xué)測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測(cè)量透明樹(shù)脂類材料非同步固化度分布的實(shí)驗(yàn)方法。本發(fā)明采用相干梯度敏感方法實(shí)時(shí)測(cè)量樹(shù)脂類透明材料的固化度分布，首先將固化前的透明材料裝入透明容器中，再將該容器放入前后開(kāi)窗的加熱爐中，然后將該加熱爐放置在相干梯度敏感測(cè)量光路下，通過(guò)CCD相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝由于材料固化度變化引起的干涉條紋，進(jìn)而獲得此類材料的固化度分布相關(guān)信息。本發(fā)明采用的相干梯度敏感技術(shù)是光學(xué)非接觸測(cè)量，和傳統(tǒng)DSC方法相比，不用接觸被測(cè)量材料，減少對(duì)被測(cè)材料固化的干擾以及可以全局監(jiān)測(cè)非同步固化。
【IPC分類】G01N21/84
【公開(kāi)號(hào)】CN104990923
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510355156
【發(fā)明人】馬麗婷, 郝文峰, 陳新文
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月24日