本发明提出了一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置及测量方法，装置包括气罐、压力阀、注射器、塑料短管和纤维束夹紧管；气罐、压力阀、三通、塑料短管依次密封串联，三通竖直端口密封连接注射器；塑料短管另一端与纤维束夹紧管过盈配合；液体存储在注射器内；纤维束夹紧管内插入有纤维束；纤维束夹紧管为刚性非渗透管。通过气罐给纤维束渗透率测量提供一定的压力，通过测量完全浸润后的纤维束在一定时间内流出的液体质量来估算纤维束的渗透率。
1.一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置，其特征在于：包括气罐、压力阀、注射器、塑料短管和纤维束夹紧管；气罐出口密封连接压力阀进口；压力阀出口密封连接三通的水平端口，三通的另一水平端口与塑料短管一端密封连接，三通的竖直端口与注射器出口密封连接；塑料短管另一端内插入有纤维束夹紧管，且塑料短管与纤维束夹紧管过盈配合；液体存储在注射器内；纤维束夹紧管内插入有纤维束；纤维束夹紧管为刚性非渗透管；
2.根据权利要求1所述的一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置，其特征在于：包括粗精度压力阀和高精度压力阀；粗精度压力阀和高精度压力阀密封串联；气罐出口密封连接粗精度压力阀进口，高精度压力阀出口密封连接三通的水平端口。
3.根据权利要求1或2所述的一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置，其特征在于：纤维束夹紧管采用树脂和玻璃管制成，纤维束夹紧管外圈为树脂，内圈为玻璃管，玻璃管内嵌在树脂内。
4.根据权利要求3所述的一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置，其特征在于：纤维束夹紧管内纤维束的纤维密度介于40%～70%之间。
5.一种采用权利要求1所述的测量装置进行的连续纤维束轴向稳态渗透率的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：打开注射器阀门，存储在注射器内的液体受自身重力作用进入塑料短管内；而后关闭注射器阀门；
步骤2：打开气罐，调节压力阀，使塑料短管内的液体浸润纤维束夹紧管内纤维束，当纤维束夹紧管出口有液体流出时，认为液体完全浸润纤维束；
步骤3：在液体完全浸润纤维束后，调节压力阀，达到要求的注射压力，称量t时间内从纤维束夹紧管出口流出的液体的质量m，由公式以及
联立求解得到纤维束轴向稳态渗透率k，公式中s为纤维束夹紧管内孔截面积，Lc为纤维束夹紧管长度，P为液体受到的气体压力，ε为孔隙率，η为液体的粘度，ρ为液体的密度，Df为单根纤维束直径，k0为kozeny常数。
一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置及测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及树脂基纤维增强复合材料液体成型技术领域，具体为一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置及测量方法。
背景技术
[0002] 渗透率是表征压力作用下流体在多孔介质中流动难易程度的参数，渗透率越大表示多孔介质对流体的流动阻力越小。采用RTM注射成型或其它液体成型技术沿纤维轴向注射连续纤维增强预成型体的过程中，轴向渗透率是决定其流动速度的关键参数。
[0003] 轴向渗透率分为轴向稳态渗透率和轴向瞬态渗透率。目前，纤维束的轴向稳态渗透率都是在平板模具中进行测量的。该方法是将纤维束放入平板模具内并计算该纤维增强体的孔隙率，通过单向注射实验测量纤维束的渗透率，用该渗透率表示一定孔隙率下纤维束的轴向稳态渗透率。由于纤维束在平板模具内铺放不均，尤其在模具边缘处，纤维增强体的孔隙率高、树脂流动快，即边缘效应。边缘效应将导致所测得的渗透率比实际值偏大。
发明内容
[0004] 要解决的技术问题
[0005] 为解决现有技术中存在边缘效应的问题，本发明提出了一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置及测量方法，用于测量不同注射压力下同等孔隙率纤维束的渗透率以及相同压力下不同孔隙率纤维束的渗透率。
[0006] 技术方案
[0007] 本发明通过气罐给纤维束渗透率测量提供一定的压力，通过测量完全浸润后的纤维束在一定时间内流出的液体质量来计算纤维束的渗透率。
[0008] 本发明的技术方案为：
[0009] 所述一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置，其特征在于：包括气罐、压力阀、注射器、塑料短管和纤维束夹紧管；气罐出口密封连接压力阀进口；压力阀出口密封连接三通的水平端口，三通的另一水平端口与塑料短管一端密封连接，三通的竖直端口与注射器出口密封连接；塑料短管另一端内插入有纤维束夹紧管，且塑料短管与纤维束夹紧管过盈配合；液体存储在注射器内；纤维束夹紧管内插入有纤维束；纤维束夹紧管为刚性非渗透管；纤维束夹紧管出口有盛接液体的容器。
[0010] 所述一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置，其特征在于：包括粗精度压力阀和高精度压力阀；粗精度压力阀和高精度压力阀密封串联；气罐出口密封连接粗精度压力阀进口，高精度压力阀出口密封连接三通的水平端口。
[0011] 所述一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置，其特征在于：纤维束夹紧管采用树脂和玻璃管制成，纤维束夹紧管外圈为树脂，内圈为玻璃管，玻璃管内嵌在树脂内。
[0012] 所述一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置，其特征在于：纤维束夹紧管内纤维束的纤维密度介于40%～70%之间。
[0013] 所述一种连续纤维束轴向稳态渗透率的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0014] 步骤1：打开注射器阀门，存储在注射器内的液体受自身重力作用进入塑料短管内；而后关闭注射器阀门；
[0015] 步骤2：打开气罐，调节压力阀，使塑料短管内的液体浸润纤维束夹紧管内纤维束，当纤维束夹紧管出口有液体流出时，认为液体完全浸润纤维束；
[0016] 步骤3：在液体完全浸润纤维束后，称量t时间内从纤维束夹紧管出口流出的液体的质量m，由公式
[0017] 以及
[0018] 联立求解得到纤维束轴向稳态渗透率k，公式中s为纤维束夹紧管内孔截面积，Lc为纤维束夹紧管长度，P为液体受到的气体压力，ε为孔隙率，η为液体的粘度，ρ为液体的密度，Df为单根纤维束直径，k0为kozeny常数。
[0019] 有益效果
[0020] 本发明相比于现有技术，克服了现有模具测量由于流动截面与冒口截面不一致，相当于液体流出过程受到阻碍的问题，本发明中纤维束夹紧管外端没有阻挡纤维，排除了因为流道截面积变化对纤维束渗透率的影响。本发明将连续纤维束穿入圆柱管中，在一定压力梯度下液体从圆柱管的一段流出，通过测量单位时间内流出液体的质量，计算连续纤维束的轴向稳态渗透率。该装置制作简单、成本低廉，并可最大限度降低边缘效应，从而有助于连续纤维束的轴向稳态渗透率的准确测量。
附图说明
[0021] 图1：本发明中测量装置的结构示意图；
[0022] 图2：纤维束夹紧管示意图；
[0023] 其中：1、气罐；2、一级压力阀；3、二级压力阀三通；4、二级压力表；5、第二三通；6、注射器；7、对丝；8、快插；9、塑料短管；10、纤维束夹紧管；11、小碗；12、支撑台。
具体实施方式
[0024] 下面结合具体实施例描述本发明。
[0025] 参照附图1，本实施例中的连续纤维束轴向稳态渗透率的测量装置包括气罐1，一级压力阀2，二级压力阀，注射器6，塑料短管9和纤维束夹紧管10。二级压力阀的测量精度高于一级压力阀。二级压力阀由二级压力阀三通3和二级压力表4组成。一级压力阀与二级压力阀密封串联。二级压力表采用指针式压力表，采用两级压力阀的目的是，实现对注射压力粗调节和细调节。
[0026] 气罐提供注射压力，气罐出口密封连接一级压力阀进口，二级压力阀三通3的出口密封连接第二三通5的水平端口，第二三通的另一水平端口通过快插8与塑料短管一端密封连接，第二三通的竖直端口与注射器6出口通过对丝7密封连接。塑料短管9另一端内插入有纤维束夹紧管10，且塑料短管与纤维束夹紧管过盈配合，其目的是防止液体从夹紧管和塑料短管之间流出。
[0027] 液体存储在注射器内，当注射器出口打开，液体能够由自身重力作用流入塑料短管。纤维束夹紧管内插入有纤维束，纤维束的密度一般大于40％，实际应用中纤维密度介于40％～70％。纤维束夹紧管为刚性非渗透管，可由金属或塑料直接加工而成，本实施例中纤维束夹紧管采用树脂和玻璃管制成，纤维束夹紧管外圈为树脂，内圈为玻璃管，玻璃管内嵌在树脂内，避免了玻璃管外壁与树脂块之间的缝隙，提高了实验测量精度，可靠性好。
[0028] 在纤维束夹紧管出口有盛接液体的小碗11，用于盛接液体后，进行质量测量。
[0029] 本实施例的测量过程包括以下步骤：
[0030] 步骤1：打开注射器出口阀门，存储在注射器内的液体受自身重力作用进入塑料短管内；而后关闭注射器阀门；
[0031] 步骤2：打开气罐，调节压力阀，使塑料短管内的液体浸润纤维束夹紧管内纤维束，当纤维束夹紧管出口有液体流出时，认为液体完全浸润纤维束；
[0032] 步骤3：在液体完全浸润纤维束后，调节一级压力阀和二级压力阀，达到需求注射压力后，通过分析天平称量t时间内从纤维束夹紧管出口流出的液体的质量m，由公式[0033] 以及
[0034] 联立求解得到纤维束轴向稳态渗透率k，公式中s为纤维束夹紧管内孔截面积，Lc为纤维束夹紧管长度，P为液体受到的气体压力，ε为孔隙率，η为液体的粘度，ρ为液体的密度，Df为单根纤维束直径，k0为kozeny常数。
