復(fù)合材料液體成型工藝LCM工藝方法靈活，產(chǎn)品可設(shè)計性強，是近年發(fā)展起來的一種高性能低成本先進復(fù)合材料制備技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、交通運輸和民用工業(yè)等領(lǐng)域。LCM工藝中，模具設(shè)計的不合理或者纖維預(yù)成型體的鋪敷不當，在充模時容易形成空氣包裹而產(chǎn)生干斑，使產(chǎn)品報廢。因此，有必要通過實時監(jiān)測技術(shù)，對樹脂的流動前沿進行實時監(jiān)測，及時調(diào)整工藝參數(shù)，缺陷產(chǎn)生。

目前LCM工藝流動的實時監(jiān)測技術(shù)發(fā)展迅速，傳感器種類比較豐富，如光纖光柵傳感器，壓力傳感器，超聲波傳感器，直流電傳感器，介電傳感器等。流動傳感器按照安裝方式以及獲取的數(shù)據(jù)性質(zhì)可分為兩類，一類是樹脂到達傳感器所在位置，由監(jiān)測信號定性判斷樹脂到達該區(qū)域的定點式傳感器;另一類是樹脂在一對平行放置的導(dǎo)線間流動，通過測量平行導(dǎo)線間樹脂的電阻或阻抗，獲得與樹脂前沿位置線性變化傳感信號，連續(xù)監(jiān)測樹脂流動的直線型傳感器。后者可以用較少的傳感元件，及時準確獲取樹脂的流動前鋒沿著導(dǎo)線長度方向的實時信息，顯現(xiàn)了用于LCM工藝在線監(jiān)控的潛力。

本文采用碳纖維束作為傳感元件，建立了一套可靠、價廉、簡便易用的監(jiān)測系統(tǒng)，用于LCM工藝中樹脂流動的實時監(jiān)測，并研究溫度、碳纖維間距、樹脂體系不同因素對監(jiān)測結(jié)果的影響。

1 LCM實時監(jiān)測系統(tǒng)原理

實時監(jiān)測系統(tǒng)包括三個部分：碳纖維束構(gòu)成的傳感電極、電源、信號采集系統(tǒng)。

該監(jiān)測系統(tǒng)是基于樹脂的導(dǎo)電性監(jiān)測樹脂的流動。碳纖維束間的樹脂可等效為理想電容C與電阻R1并聯(lián)，然后與分壓電阻R串聯(lián)。

樹脂的阻抗Zs與樹脂流動位置x成反比。分壓電阻R兩端的有效電壓值UR與樹脂流動位置x成正比：

有效電壓值UR與樹脂的位置x的線性比例系數(shù)與電源電壓U、交流電頻率。ω、分壓電阻R、樹脂的介電常ε、電阻率p、電極間距d等有關(guān)。

2 實驗部分

3 結(jié)果與分析

3.1不同電極間距對監(jiān)測結(jié)果的影響

樹脂為不飽和聚酯，促進劑為環(huán)烷酸鈷液，固化劑為過氧化甲乙酮，樹脂/促進劑/固化劑的質(zhì)量比為100/0.6/1.5,溫度均為室溫18℃。

改變平行碳纖維電極的間距1cm、2cm以及4cm,研究相應(yīng)的變化。

1cm：u=1075.8+30.7x,相關(guān)系數(shù)R=0.999

2cm：u=1049+22.1x,相關(guān)系數(shù)R=0.997

4cm：u=1027.8+18.7x,相關(guān)系數(shù)R=0.998

1cm,2cm,4cm導(dǎo)線間距的情況下,樹脂沿碳纖維導(dǎo)線前進1cm,有效電壓值分別增大30.7mv、22.1mv,18.7mv以發(fā)現(xiàn),減小碳纖維間距,比例系數(shù)增大，有效提高對樹脂流動前鋒監(jiān)測的靈敏度。碳纖維間距對比例系數(shù)影響規(guī)律一致。

碳纖維束間距的安排還需考慮碳纖維束的編織問題。所使用的碳纖維束以及方格布玻璃纖維束寬度分別為2.2mm和2.5mm。兩者寬度接近，因而能將碳纖維束很好地固定在玻璃纖維布上。方格布上的纖維束間的縫隙使得相鄰兩根碳纖維束編織入玻纖布不可能絕對平行，如果間距太小，縫隙引起的間距細微差別可能會使比例系數(shù)沿著碳纖維的長度方向不再是一個恒定值，對于流動位置的監(jiān)測也不再準確。因而在碳纖維間距的確定上，應(yīng)當選用與增強材料纖維束寬度相近的碳纖維束作為電極。然后根據(jù)纖維束的寬度，選擇較小的碳纖維間距。

3.2溫度對監(jiān)測結(jié)果的影響

溫度是RTM工藝中重要的工藝參數(shù)。碳纖維間距為2cm時，對比不飽和聚酯和乙烯基樹脂兩種樹脂在20℃、30℃、40℃下充模時對應(yīng)的有效電壓值變化。

有效電壓值UR與樹脂流動位置x在不同的溫度下都有很好的線性關(guān)系。根據(jù)圖5,6中的U-x關(guān)系，線性擬和得到。