專利名稱：預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對生產(chǎn)線上連續(xù)生產(chǎn)的預(yù)浸料的各種組分含量實施實時在線監(jiān)測的裝置。
背景技術(shù)：
預(yù)浸料是纏繞或模壓成型的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料重要的中間產(chǎn)品，預(yù)浸料的質(zhì)量直接影響著復(fù)合材料制品的性能。樹脂含量、揮發(fā)分含量和可溶樹脂含量是預(yù)浸料質(zhì)量的重要指標(biāo)，目前工業(yè)上多采用間斷分析技術(shù)測定?，F(xiàn)在國內(nèi)常規(guī)的做法是從生產(chǎn)線上截取樣品，參照GB6056、GB2578、GB7192用重量法測出揮發(fā)份含量、可溶樹脂含量和樹脂含量。這種方法分析時間長，分析結(jié)果對生產(chǎn)無法發(fā)揮指導(dǎo)作用。國內(nèi)外對預(yù)浸料制造過程中樹脂含量的在線檢測進(jìn)行了較多的研究，包括β-射線、γ-射線和超聲等技術(shù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)的預(yù)浸料樹脂含量在線監(jiān)測系統(tǒng)利用β射線進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)β射線穿過連續(xù)運(yùn)行的預(yù)浸料時，與預(yù)浸料發(fā)生散射、吸收、激發(fā)等復(fù)雜的相互作用而被衰減，根據(jù)能量的衰減程度確定預(yù)浸料的樹脂含量。還有一種采用γ身線測量預(yù)浸料質(zhì)量，原理與β射線檢測技術(shù)相同，由于預(yù)浸料中樹脂的密度較小，測量上限小，γ射線測量預(yù)浸料樹脂含量精度不高，上述兩項技術(shù)一般只能實現(xiàn)預(yù)浸料中樹脂含量的在線監(jiān)測，而無法標(biāo)定預(yù)浸料中的揮發(fā)分含量和可溶樹脂含量。超聲波檢測技術(shù)研究主要針對預(yù)浸料的固化過程，可以實現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測，特別適合于模壓成型過程中的固化檢測。超聲波用于檢測寬度及厚度較大的預(yù)浸料樹脂含量具有快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點，且可實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的在線監(jiān)測，但是，由于它屬于一種接觸性測量方法，測量結(jié)果很大程度上取決于樣品與換能器間的接觸程度，而且施加的壓力可使所測預(yù)浸料發(fā)生變形，有可能造成材料的局部破壞。ZL99201623.1中提出了一種采用光纖穿透式量測組件測量環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的樹脂含量、預(yù)固化度和樹脂的凝膠時間、環(huán)氧值的方法。該光纖組件由三組直徑為15mm的光纖束組成，布置在預(yù)浸料的左、中、右三個位置。以透射方式采集這三個位置的近紅外光譜，光譜范圍3900～9000cm-1。選擇4080～5200cm-1范圍的連續(xù)光譜用PLS分析，進(jìn)而得出樹脂含量和凝膠時間。由于該方法應(yīng)用15mm的光纖束作為檢測器件，以透射方式采集光譜，導(dǎo)致該方法具有下列缺點1、該技術(shù)無法用于不透過近紅外光和比較厚的預(yù)浸料，2、15mm直徑的光纖光通量很小，直接導(dǎo)致光譜信號微弱，這將導(dǎo)致比較大的定量分析誤差。3、15mm直徑的光纖發(fā)射出的近紅外光照射到預(yù)浸料很有限的面積，透射光攜帶的樣品信息僅代表被照射到的那一部分，對于不均勻的物體無法準(zhǔn)確檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種全新的、快速的、可以利用非接觸式檢測方法來監(jiān)測預(yù)浸料樹脂含量、揮發(fā)份含量及預(yù)固化度等關(guān)鍵指標(biāo)的預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置，它包括近紅外光譜儀1、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2和連接近紅外光譜儀1和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2的數(shù)據(jù)傳輸線3，它還包括設(shè)置在預(yù)浸料前進(jìn)方向的支架4，在支架4的前后橫梁4-1上分別設(shè)有一個限幅導(dǎo)輥5，所述近紅外光譜儀1設(shè)置在支架4上并置于待檢測預(yù)浸料14的上方。使用本發(fā)明的裝置可以實現(xiàn)在線監(jiān)測，分析時間短，快速準(zhǔn)確的分析結(jié)果可以隨時對生產(chǎn)發(fā)揮指導(dǎo)作用，在產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)發(fā)生偏移時及時地調(diào)整工藝參數(shù)，將產(chǎn)品的各項質(zhì)量指標(biāo)控制在預(yù)定的范圍內(nèi)；它不僅可以實現(xiàn)預(yù)浸料中樹脂含量的在線監(jiān)測，而且可以標(biāo)定預(yù)浸料中的揮發(fā)分含量和可溶樹脂含量等多項指標(biāo)；使用本裝置對預(yù)浸料進(jìn)行測量屬于一種非接觸性測量方法，測量過程不會使預(yù)浸料發(fā)生損壞；本裝置可以用于各種類型、不同厚度的預(yù)浸料的監(jiān)測，如玻璃纖維織物/酚醛樹脂預(yù)浸料，玻璃纖維織物/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，碳纖維織物/酚醛樹脂預(yù)浸料，碳纖維織物/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料等多種增強(qiáng)體系；本裝置的近紅外光譜儀采集到的光譜范圍覆蓋整個近紅外區(qū)域從4000cm-1～12000cm-1，包含豐富的樣品信息。


圖1是本發(fā)明裝置的在線監(jiān)測示意圖，圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖2中I處的放大圖，圖4是圖2的側(cè)視圖，圖5是圖2的俯視圖，圖6是近紅外光譜儀的側(cè)視圖，圖7是吹掃裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
一參照圖1、圖6、圖7，本實施方式包括近紅外光譜儀1、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2、連接近紅外光譜儀1和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2的數(shù)據(jù)傳輸線3，它還包括設(shè)置在預(yù)浸料14前進(jìn)方向的支架4，在支架4的前后橫梁4-1上分別設(shè)有一個限幅導(dǎo)輥5，所述近紅外光譜儀1設(shè)置在支架4上并置于待檢測預(yù)浸料14的上方，在支架4上還固接有漫反射背景6，所述漫反射背景6設(shè)置在被測預(yù)浸料14的另一側(cè)與近紅外光譜儀1相對應(yīng)的位置。它還包括吹掃裝置11，所述吹掃裝置11的高壓氣體噴頭11-1與漫反射背景6連接，吹掃裝置11的壓縮空氣接口11-2與空氣壓縮機(jī)11-3連接。參照圖1，在熱處理爐13出來的預(yù)浸料14在進(jìn)入收卷裝置15的過程中通過限幅導(dǎo)輥5，限幅導(dǎo)輥5起到在對預(yù)浸料14檢測時的限幅作用，由近紅外光譜儀1的光源窗口12發(fā)出的近紅外光照射到兩個限幅導(dǎo)輥5之間的預(yù)浸料表面，發(fā)生折射、反射、透射和漫反射，其中透射光線在漫反射背景6表面發(fā)生反射，重新進(jìn)入預(yù)浸料內(nèi)部，最終一部分近紅外光攜帶著樣品信息被近紅外光譜儀1內(nèi)的檢測器接收，該信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線3進(jìn)入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2，通過測量干涉圖和對干涉圖進(jìn)行傅立葉積分變換的方法獲得預(yù)浸料的近紅外光譜，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2對該光譜進(jìn)行分析并在預(yù)浸料質(zhì)量指標(biāo)實時顯示裝置16上顯示結(jié)果。
具體實施方式
二參照圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7，本實施方式近紅外光譜儀1設(shè)置在光譜儀導(dǎo)軌9-1上，光譜儀導(dǎo)軌9-1固定在支架4上，它還包括絲杠螺母裝置7和聯(lián)動裝置8，聯(lián)動裝置8為光譜儀傳動裝置8-1，所述絲杠螺母裝置7包括端頭固定在支架4上的絲杠7-1，在絲杠7-1上旋合有螺母7-2，螺母7-2與電機(jī)10相固接，所述光譜儀傳動裝置8-1的上端與近紅外光譜儀1連接，光譜儀傳動裝置8-1的下端與螺母7-2相固接。在支架4上還固接有漫反射背景6，所述漫反射背景6設(shè)置在被測預(yù)浸料的另一側(cè)與近紅外光譜儀1相對應(yīng)的位置，所述漫反射背景6設(shè)置在漫反射背景導(dǎo)軌9-2上，漫反射背景導(dǎo)軌9-2固定在支架4上，聯(lián)動裝置8還包括漫反射背景傳動裝置8-2，光譜儀傳動裝置8-1和漫反射背景傳動裝置8-2都為鏈條。所述漫反射背景傳動裝置8-2的上端與螺母7-2相固接，漫反射背景傳動裝置8-2的下端與漫反射背景6連接。工作的時候，電機(jī)10帶動螺母7-2在絲杠7-1上運(yùn)動，螺母7-2帶動鏈條8-2從而帶動近紅外光譜儀1和漫反射背景6同步運(yùn)動，使光譜儀1可以沿預(yù)浸料14緯向進(jìn)行檢測，同時保證測量光譜時背景保持不變。吹掃裝置11的高壓氣體噴頭11-1與漫反射背景6連接，吹掃裝置11的壓縮空氣接口11-2與空氣壓縮機(jī)11-3連接，吹掃裝置11可以適時地用壓縮空氣吹掃漫反射背景6的表面，避免其表面粘附污染物而影響采集的預(yù)浸料近紅外光譜的質(zhì)量。
具體實施方式
三本實施方式說明了用本發(fā)明監(jiān)測裝置監(jiān)測高硅氧/鋇酚醛預(yù)浸料的結(jié)果。
鋇酚醛為基體樹脂，高硅氧玻璃布為增強(qiáng)材料，玻璃布預(yù)處理溫度160℃，預(yù)浸料烘干溫度106℃，預(yù)浸料移動速度39m/h，高硅氧鋇酚醛預(yù)浸料三項指標(biāo)同時采用標(biāo)準(zhǔn)方法(GB6056、GB2578、GB7192)和本發(fā)明的在線監(jiān)測方法檢測。
近紅外光譜儀發(fā)光窗口到預(yù)浸料表面的距離是15cm，在預(yù)浸料連續(xù)生產(chǎn)狀態(tài)下記錄本監(jiān)測系統(tǒng)的分析結(jié)果，同時在預(yù)浸料相應(yīng)位置按照國標(biāo)方法取樣6個(50×50mm)，每2個樣品作為一組測量三項指標(biāo)，然后將三組數(shù)據(jù)取平均值，對這個平均值與在線監(jiān)測結(jié)果作統(tǒng)計分析。
三項指標(biāo)測量方法將一片樣品稱重后(G1)放入160℃烘箱中烘干10分鐘，取出稱重(G2)，按照下式計算揮發(fā)份含量揮發(fā)份含量V%=G1-G2G1*100%]]>同一組另一個樣品稱重(G3)后置于分析純丙酮中溶解10分鐘，然后烘干丙酮并稱重(G4)，再放入600℃馬福爐中灼燒10分鐘，取出后稱重(G5)，按照下式計算樹脂含量和可溶樹脂含量樹脂含量R%=G3(1-V)-G5G3(1-V)]]>可溶樹脂含量S%=G3(1-V)-G4G3(1-V)-G5]]>式中G1為烘前重，G2為烘后重，G3為溶前重，G4為溶后重，G5為燒后重。
兩種方法分析結(jié)果的統(tǒng)計結(jié)果見表1表1高硅氧/鋇酚醛預(yù)浸料動態(tài)實驗結(jié)果

從上述結(jié)果可見，針對150個樣品采用兩種不同的方法分析，采用本專利方法監(jiān)測可在線完成，不需附加時間和試劑，國標(biāo)方法由2個專職化驗員操作，同時造成一部分預(yù)浸料的浪費(fèi)。而且得出測量結(jié)果的時候取樣部分后面接近50米的預(yù)浸料已經(jīng)收卷。
具體實施方式
四本實施方式說明了用本發(fā)明監(jiān)測裝置監(jiān)測無堿玻璃布/乙炔碳黑填充鋇酚醛預(yù)浸料的結(jié)果。
鋇酚醛為基體樹脂，乙炔碳黑為填料，無堿破璃布為增強(qiáng)材料，玻璃布預(yù)處理溫度347℃，預(yù)浸料烘干溫度102℃，預(yù)浸料移動速度38m/h，無堿玻璃布/乙炔碳黑鋇酚醛預(yù)浸料三項指標(biāo)在線監(jiān)測值與國標(biāo)方法監(jiān)測值的對比測試方法同上。
本例中無堿玻璃布/乙炔碳黑填充鋇酚醛預(yù)浸料作為一種黑色制品，黑體吸收非常嚴(yán)重，其近紅外光譜與上例預(yù)浸料的近紅外光譜存在一定的差別。
兩種方法分析結(jié)果的統(tǒng)計結(jié)果見表2表2無堿玻璃布/乙炔碳黑鋇酚醛預(yù)浸料動態(tài)實驗結(jié)果

權(quán)利要求
1.一種預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置，它包括近紅外光譜儀(1)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(2)和連接近紅外光譜儀(1)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(2)的數(shù)據(jù)傳輸線(3)，其特征在于它還包括設(shè)置在預(yù)浸料前進(jìn)方向的支架(4)，在支架(4)的前后橫梁(4-1)上分別設(shè)有一個限幅導(dǎo)輥(5)，所述近紅外光譜儀(1)設(shè)置在支架(4)上并置于待檢測預(yù)浸料(14)的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置，其特征在于在支架(4)上還固接有漫反射背景(6)，所述漫反射背景(6)設(shè)置在被測預(yù)浸料(14)的另一側(cè)與近紅外光譜儀(1)相對應(yīng)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述近紅外光譜儀(1)設(shè)置在光譜儀導(dǎo)軌(9-1)上，光譜儀導(dǎo)軌(9-1)固定在支架(4)上，它還包括絲杠螺母裝置(7)和聯(lián)動裝置(8)，聯(lián)動裝置(8)為光譜儀傳動裝置(8-1)，所述絲杠螺母裝置(7)包括端頭固定在支架(4)上的絲杠(7-1)，在絲杠(7-1)上旋合有螺母(7-2)，螺母(7-2)與電機(jī)(10)相固接，所述光譜儀傳動裝置(8-1)的上端與近紅外光譜儀(1)連接，光譜儀傳動裝置(8-1)的下端與螺母(7-2)相固接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述光譜儀傳動裝置(8-1)為鏈條。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置，其特征在于在支架(4)上還固接有漫反射背景(6)，所述漫反射背景(6)設(shè)置在被測預(yù)浸料的另一側(cè)與近紅外光譜儀(1)相對應(yīng)的位置，所述漫反射背景(6)設(shè)置在漫反射背景導(dǎo)軌(9-2)上，漫反射背景導(dǎo)軌(9-2)固定在支架(4)上，聯(lián)動裝置(8)還包括漫反射背景傳動裝置(8-2)，所述漫反射背景傳動裝置(8-2)的上端與螺母(7-2)相固接，漫反射背景傳動裝置(8-2)的下端與漫反射背景(6)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置，其特征在于它還包括吹掃裝置(11)，所述吹掃裝置(11)的高壓氣體噴頭(11-1)與漫反射背景(6)連接，吹掃裝置(11)的壓縮空氣接口(11-2)與空氣壓縮機(jī)(11-3)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置，其特征在于它還包括吹掃裝置(11)，所述吹掃裝置(11)的高壓氣體噴頭(11-1)與漫反射背景(6)連接，吹掃裝置(11)的壓縮空氣接口(11-2)與空氣壓縮機(jī)(11-3)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述漫反射背景傳動裝置(8-2)為鏈條。
全文摘要
預(yù)浸料在線監(jiān)測裝置，它涉及一種對生產(chǎn)線上連續(xù)生產(chǎn)的預(yù)浸料的各種組分含量實施實時在線監(jiān)測的裝置。本發(fā)明包括近紅外光譜儀(1)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(2)和連接近紅外光譜儀(1)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(2)的數(shù)據(jù)傳輸線(3)，它還包括設(shè)置在預(yù)浸料前進(jìn)方向的支架(4)，在支架(4)的前后橫梁(4－1)上分別設(shè)有一個限幅導(dǎo)輥(5)，所述近紅外光譜儀(1)設(shè)置在支架(4)上并置于待檢測預(yù)浸料(14)的上方。使用本發(fā)明可以實現(xiàn)在線監(jiān)測，分析時間短，快速準(zhǔn)確的分析結(jié)果可以隨時對生產(chǎn)發(fā)揮指導(dǎo)作用；它不僅可以實現(xiàn)預(yù)浸料中樹脂含量的在線監(jiān)測，而且可以標(biāo)定預(yù)浸料中的揮發(fā)分含量和可溶樹脂含量，使用本裝置對預(yù)浸料進(jìn)行測量屬于一種非接觸性測量方法，測量過程不會使預(yù)浸料發(fā)生損壞，節(jié)約成本。
文檔編號G01N33/02GK1472531SQ0313246
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者黃玉東, 孫巖峰 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)