動態監控固化工藝法 主要是利用動態介電分析(DDA)技術自動跟蹤監測樹脂體系固化過程中介電性能(如電導、體積電阻率、電容、介電常數、介電損耗角正切等;以介電損耗角正切最有效)的變化;并采用與樹脂固化特性相關的介電特性曲線作為選取各種工藝參數的依據。它不需要專門的試樣,能直接在產品上測量。因此可以把實際產品固化過程中各個階段的物理和化學變化情況,如實地反映到測試信號中。這樣就可以及時地調整、控制固化過程的進行,通過監控固化的全過程采確保產品的高質量。
環氧樹脂固化過程中介電性能的變化是由于環氧樹脂中的極性基團在交變電場中反復取向和取向難易程度的變化而產生的。取向程度的難易與溫度、電場頻率(以上為外因)及聚合度、黏度(內因)等有關。聚合度和溫度對黏度及偶極子的取向起著不同程度的相反作用。當溫度和電場頻率一定時,體系介電性能的變化就反映出其聚合度、黏度等狀態的變化。固化初期溫度低,樹脂黏度大,極性基團取向運動困難,介電損耗小。隨著溫度的升高,樹脂開始軟化,極性基團活動增加,介電損耗逐漸增大。當溫度進一步升高,黏度降低較大時,極性基團的運動變得容易了,所以介電損耗開始下降,在損耗曲線上出現第一個峰值。隨著溫度的繼續升高和保溫時間的延長,黏度和介電損耗降低到最小值。有利于膠液進一步浸漬纖維和充滿模腔。隨后,固化反應加快,聚合度增加,造成黏度增加,逐漸抵消了由于溫升引起的黏度降低。當聚合度增加造成的黏度增加占了優勢后,極性基團的運動逐漸變得困難,介電損耗和黏度開始上升。超過凝膠點后,交聯網絡已開始形成。黏度急劇增大,極性基團的取向運動愈來愈困難。最后導致介電損耗下降,出現了第二個峰值。并隨固化程度的增加,其下降趨勢逐漸趨向水平(常數),這表明固化反應已基本結束。別選取A,B,C,D,E五個不同固化時間作加壓點。壓力為0.7LMPa,瞬時一次加全壓。測定復合材料的短梁剪切強度(SB-SS)、彎曲強度(af)和孔隙率(v)等性能。
1)加壓太早(A點),黏度太小,膠液流失過多,致使孔隙率大,形成局部分層,短梁剪切強度低。
2)加壓太遲(E點),超過凝膠點,黏度已很大交聯網絡已形成,外加壓力已不能把樹脂和纖維壓密實了。因此孔隙率很大,短梁剪切強度很低。
3)要獲得孔隙率小、強度高的復合材料,應在凝膠前的適當時刻(C點)加壓,方能使復合材料達到最佳性能。
4)在C點附近孔隙率和強度變化不大的區域內可找到一個加壓帶(區),在此范圍內加壓成型的復合材料的性能均較好。加壓帶的寬度根據材料性能容許波動范圍來確定。顯然,范圍寬一點好,否則對加壓點控制的要求太嚴,易出現質量波動。與加壓帶相對應的黏度范圍就是在該工藝條件下最佳加壓的黏度。
5)可用與加壓帶對應的tanδ值作為監控加壓時機的信息。