一種碳纖維絲束潤濕性能的紅外熱成像觀測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及材料潤濕性能檢測技術領域，具體是一種實現碳纖維絲束潤濕性能可視化研究及動態觀測的紅外熱成像觀測裝置。
【背景技術】
[0002]碳纖維具有優異的力學、物理、化學等性能，如強度高、模量高、比重小、化學穩定性強等，制備的復合材料被廣泛應用于航空航天、武器裝備、交通運輸和生物醫療等多個領域。
[0003]碳纖維復合材料性能與碳纖維和基體材料(樹脂、塑料等)之間的界面性能密切相關，如果碳纖維表面的界面性能不佳，則制備的復合材料容易產生氣孔缺陷，造成受載時層間應力集中，導致整體力學性能下降。
[0004]針對上述出現的問題，需要對碳纖維絲束的潤濕性能進行深入系統的研究。傳統的潤濕性能測試方法由于碳纖維絲徑過小以及測量工質透明特征，導致在測試潤濕性能時操作要求苛刻和潤濕邊界模糊，實驗的可重復性小和誤差較大。現有技術中有中國注冊專利第200610032344.6號“潤濕性能動態測試方法與測試系統”中公開了焊料的潤濕性能的動態測試方法，提及到纖維的潤濕性能的動態評價，但是此實用新型是根據潤濕過程相互作用力的變化以表征潤濕性能，無法實現碳纖維絲束潤濕過程的可視化研究以及潤濕高度的動態測量。
【實用新型內容】
[0005]針對上述技術問題，本實用新型提供了實現碳纖維絲束潤濕過程的可視化研究以及潤濕高度的動態測量的碳纖維絲束潤濕性能的紅外熱成像觀測裝置。
[0006]本實用新型是通過以下技術方案來實現的:
[0007]—種碳纖維絲束潤濕性能的紅外熱成像觀測裝置，包括紅外熱成像儀、數據采集PC、隔離罩、樣品夾持裝置、液位控制裝置，
[0008]所述液位控制裝置為高度可調的升降裝置，包括用于放置浸潤液體的伸縮式垂直升降平臺，固定在隔離罩內腔底部，所述液位控制裝置的上方設置有用于固定碳纖維絲束的樣品夾持裝置，所述隔離罩的一側相對浸潤液體處設置有觀察窗，紅外熱成像儀通過觀察窗對碳纖維絲束的潤濕性能進行紅外熱成像觀測，同時將采集的數據傳輸至數據采集PCo
[0009]進一步地，所述紅外熱成像儀溫度范圍為-40°0150°C，采樣頻率為30Hz?100Hz。
[0010]本實用新型主要由紅外熱成像儀，數據采集PC，以及液位控制裝置，樣品夾持裝置組成的一個完整的碳纖維絲束潤濕性能測試裝置。紅外熱成像儀實時記錄隔離罩中碳纖維絲束的潤濕過程，數據保存在數據采集計算機中。通過樣品夾持裝置實現碳纖維絲束的豎直浸潤，通過液位控制裝置控制浸潤液位的升降，隔離罩一方面減少了直射光源對實驗裝置的照射，避免紅外攝像儀在測試過程中受到外界環境的影響；另一方面，確保在實驗過程中，內部的液體和碳纖維絲束不會受到外界環境，如空氣流動等因素的干擾。
[0011]相對于現有技術，本實用新型具有以下優點:
[0012]1、本實用新型克服了傳統的潤濕性能測試方法操作要求苛刻與潤濕邊界模糊的缺點，實現了碳纖維絲束潤濕過程的可視化與潤濕性能的動態測試，具有很強的科研和工程意義。
[0013]2、碳纖維的集束性極大地影響了其毛細潤濕性能。在觀測碳纖維絲束潤濕性能之前，對碳纖維絲束進行了集束預處理。保證了絲束的橫截面直徑的一致性，平均偏差為
0.018mm,排除了集束性對觀測結果的影響。
[0014]3、可從紅外觀測數據軟件導出碳纖維絲束軸向方向上溫度分布曲線，如圖2所示，曲線上有明顯的溫度突變點，以該突變點為潤濕分界點，可準確計算出潤濕高度。根據這一方法，在不同時間點處計算對應潤濕高度，將能繪制碳纖維絲束潤濕高度變化曲線。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的碳纖維絲束潤濕性能的紅外熱成像觀測裝置示意圖。
[0016]圖2是本實用新型的紅外觀測的碳纖維溫度分布曲線。
[0017]圖中所示為:1_紅外熱成像儀;2-數據采集PC;3_液位控制裝置;4-隔離罩;5-浸潤液體;6-碳纖維絲束;7-樣品夾持裝置。
【具體實施方式】
[0018]下面通過具體實施例對本實用新型的目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本實用新型的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0019]如圖1所示，一種碳纖維絲束潤濕性能的紅外熱成像觀測裝置，包括紅外熱成像儀
1、數據采集PC2、隔離罩4、樣品夾持裝置7、液位控制裝置3，
[0020]所述液位控制裝置3為高度可調的升降裝置，包括用于放置浸潤液體5的伸縮式垂直升降平臺，固定在隔離罩4內腔底部，所述液位控制裝置3的上方設置有用于固定碳纖維絲束6的樣品夾持裝置7，所述隔離罩4的一側相對浸潤液體5處設置有觀察窗，紅外熱成像儀I通過觀察窗對碳纖維絲束6的潤濕性能進行紅外熱成像觀測，同時將采集的數據傳輸至數據采集PC2。
[0021]具體而言，所述紅外熱成像儀溫度范圍為-40°C~150°C，采樣頻率為30Hz?100Hz。
[0022]利用碳纖維和樹脂的輻射系數的不同，紅外熱成像對潤濕過程的固液邊界進行良好的區分，通過觀測碳纖維絲束和樹脂從開始潤濕至完全潤濕過程，采用紅外數據分析軟件處理潤濕高度，得出潤濕高度隨時間的變化規律，即可實現碳纖維絲束潤濕過程的可視化研究及潤濕性能的動態觀測，具體過程為:
[0023]—種基于所述裝置的碳纖維絲束潤濕性能的紅外熱成像觀測方法，包括步驟:
[0024]碳纖維集束預處理，將柱狀碳纖維絲束6穿過帶Imm直徑小孔的集束化裝置浸入盛滿分散劑的容器中，所述分散劑為0.lg/100mL?5g/100mL的羧乙基纖維素溶液或去離子水，在分散劑中完全分散I?1min后，控制碳纖維絲束6緩慢脫離分散劑并通過集束裝置集束，集束后的碳纖維絲束6經烘干箱烘干后，放入恒溫箱中的樣品盒保存；
[0025]將碳纖維絲束6通過樣品夾持裝置7保持豎直地固定在隔離罩4內；
[0026]浸潤液體5由液位控制裝置3實現升降，控制浸潤液體5由下至上浸潤碳纖維絲束6底部O?20mm，紅外熱成像儀I觀察并記錄碳纖維絲束6和浸潤液體5從開始潤濕至完全潤濕過程并將數據保存在數據采集計算機2;
[0027]數據采集計算機2采用紅外數據分析軟件處理潤濕高度，得出潤濕高度隨時間的變化曲線，實現碳纖維絲束潤濕過程的可視化研究及潤濕性能的動態觀測。
[0028]具體來說，所述浸潤液體5為碳纖維復合材料基體，包括樹脂、熔融金屬，本實施例采用樹脂。
[0029]具體來說，如圖2所示，所述潤濕高度是根據紅外熱成像儀I采集的紅外圖像中碳纖維絲束6軸向方向溫度分布曲線圖上的溫度突變點經比例法計算而得，從紅外觀測數據軟件導出碳纖維絲束軸向方向上溫度分布曲線，如圖2所示，曲線上有明顯的溫度突變點，以該突變點為潤濕分界點，可得出準確的潤濕高度，根據這一方法，所述潤濕高度隨時間的變化曲線具體為在不同時間點處計算對應潤濕高度，從而繪制出碳纖維絲束6潤濕高度變化曲線。
[0030]本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種碳纖維絲束潤濕性能的紅外熱成像觀測裝置，其特征在于:包括紅外熱成像儀(1)、數據采集PC(2)、隔離罩(4)、樣品夾持裝置(7)、液位控制裝置(3)， 所述液位控制裝置(3)為高度可調的升降裝置，包括用于放置浸潤液體的伸縮式垂直升降平臺，固定在隔離罩(4)內腔底部，所述液位控制裝置(3)的上方設置有用于固定碳纖維絲束(6)的樣品夾持裝置(7)，所述隔離罩(4)的一側相對浸潤液體(5)處設置有觀察窗，紅外熱成像儀(I)通過觀察窗對碳纖維絲束(6)的潤濕性能進行紅外熱成像觀測，同時將采集的數據傳輸至數據采集PC( 2)。2.根據權利要求1所述的紅外熱成像觀測裝置，其特征在于:所述紅外熱成像儀溫度范圍為-40°0150°C，采樣頻率為30Hz?10Hz。
【專利摘要】本實用新型公開一種碳纖維絲束潤濕性能的紅外熱成像觀測裝置，包括紅外熱成像儀、數據采集PC、隔離罩、樣品夾持裝置、液位控制裝置，所述液位控制裝置為高度可調的升降裝置，包括用于放置浸潤液體的伸縮式垂直升降平臺，固定在隔離罩內腔底部，所述液位控制裝置的上方設置有用于固定碳纖維絲束的樣品夾持裝置，所述隔離罩的一側相對浸潤液體處設置有觀察窗，紅外熱成像儀通過觀察窗對碳纖維絲束的潤濕性能進行紅外熱成像觀測，同時將采集的數據傳輸至數據采集PC。本實用新型實現了碳纖維絲束潤濕過程的可視化研究與潤濕性能的動態觀測，數據準確可靠，操作簡易。
【IPC分類】G01N13/00
【公開號】CN205209918
【申請號】CN201520977739
【發明人】陸龍生, 孫佳偉, 張飛翔, 謝穎熙
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年11月30日