ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ПРОПИТКИ НАПОЛНИТЕЛЯ ПОЛИМЕРНЫМ СВЯЗУЮЩИМ
SENSOR FOR CONTROL OF FILLER IMPREGNATION WITH POLYMERIC BINDER

Изобретение относится к устройствам для контроля процесса пропитки наполнителя полимерным связующим, в частности преформ, преимущественно в процессе инфузии, и может найти применение при изготовлении изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) как простой, так и сложной геометрической формы и различных размеров, в которых в качестве наполнителя могут быть использованы, например, преформы из стекло- или углеволокна.
Аналогом изобретения является пленочный полиимидный конденсатор с рабочей температурой не менее 200°C. Он представляет собой диэлектрическую полиимидную пленку, которая расположена между обкладками из металлических пленок, включающих слои Cr-Cu (Патент RU №2046429, H01G 4/06, опубл. 1995.10.20).
Недостатком этого конденсатора является то, что для его изготовления необходим определенный материал, правильно подобранный к системе наполнитель - связующее, что в ряде случаев затруднительно или невозможно.
Наиболее близким по технической сущности является датчик мониторинга характеристик среды, описанный в Патенте US 4710550, опубл. 01.12.1987 - прототип.
Датчик состоит из двух гребенчатых электродов, каждый из которых имеет штырьки или линии шириной менее 0,02 дюйма (~0,4 мм), находящиеся на расстоянии не более 0,01 дюйма друг от друга. Количество штырьков может изменяться в зависимости от используемой частоты, но, как правило, должно быть, по меньшей мере, 33 штырька на 1 дюйм. Каждый электрод может иметь два контакта для подключения к соответствующему измерительному мосту или анализатору в случае четырехполосного измерения. Электроды могут быть изготовлены из меди или, предпочтительно, из более химически стойких проводящих материалов, как, например, золото, платина, хром, титан, вольфрам, палладий или сплавы из таковых. Электроды прикрепляют к непроводящей подложке известным способом, например вакуумным напылением и/или подходящим связующим, и протравливают со сплошного слоя также известным способом.
Работа датчика основана на измерении полного сопротивления, которое можно выполнить с помощью диэлектрического моста или электроизмерительного устройства, где датчик располагают таким образом, чтобы он находился в контакте с полимерным материалом, предназначенным для измерений, имеющим определенное электрическое сопротивление, отличное от сопротивления подложки датчика.
Недостатками известного датчика, принятого за прототип, является то, что он предназначен для мониторинга и/или контроля химических реакций, в особенности реакций полимеризации, и его конструкция не может обеспечить контроль процесса пропитки наполнителя полимерным связующим при изготовлении изделий из ПКМ как простой, так и сложной формы, в качестве наполнителя в которых используются, например, преформы из стекловолокна или углеволокна.
Задача изобретения - обеспечение контроля пропитки наполнителя полимерным связующим при изготовлении изделий из ПКМ как простой, так и сложной геометрической формы и различных размеров, в качестве наполнителя в которых используются, например, преформы из стекловолокна или углеволокна.
2
Задача решается тем, что в датчике, содержащем непроводящую подложку, на которую нанесены параллельно расположенные токопроводящие ламели в виде линий и образующие гребенчатую форму, согласно предлагаемому изобретению, непроводящая подложка выполнена из плоского тонкого полимерного композиционного материала на основе стеклоткани, нанесенные на нее токопроводящие ламели выполнены из меди и образуют два гребня, количество токопроводящих ламелей составляет по меньшей мере 30 на 1 см, ширина каждой из токопроводящих ламелей составляет от 0,1 до 1,0 мм, расстояние между токопроводящими ламелями составляет от 0,1 до 0,5 мм, причем каждый из гребней токопроводящих ламелей соединен с соответствующим ему медным электропроводом в изоляции, сечение каждого из которых составляет 0,03-1,0 мм, а сверху непроводящей подложки расположена проницаемая для полимерного связующего мембрана из полиэфирной ткани Airtech Release Ply Super F с плотностью 114 г/м, герметично соединенная с ней по контуру. Изоляция электропроводов может быть выполнена из фторопласта. Толщина датчика может составлять от 0,1 до 1,0 мм.
Наличие непроводящей подложки, выполненной из плоского тонкого гибкого полимерного композиционного материала на основе стеклоткани с нанесенными на нее ламелями, выполненными из меди, позволяет до проведения пропитки наполнителя (преформы) размещать датчик в участках наполнителя (преформы) сложной геометрической формы при изготовлении изделий как больших, так и малых размеров, прикреплять его к изогнутым поверхностям, а также размещать между слоями заготовки изделия в участках сложной геометрической формы и в зоне технического припуска изделия.
Размеры непроводящей подложки определяются формой и размерами контролируемого участка наполнителя (преформы) изделия и диэлектрическими свойствами полимерного связующего, используемого для его пропитки.
Количество токопроводящих ламелей, их ширина и расстояние между ними выбирается в зависимости от необходимой точности показаний датчика и диэлектрических свойств полимерного связующего, используемого для пропитки наполнителя.
Наличие проницаемой только для полимерного связующего мембраны, герметично соединенной с непроводящей подложкой, исключает попадание наполнителя на токопроводящие ламели и позволяет исключить влияние наполнителя, находящегося в полимерном связующем, на результаты измерений.
На фиг.1 изображен общий вид датчика.
На фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1.
2
Датчик состоит из непроводящей подложки (1), выполненной из тонкого гибкого ПКМ на основе стеклоткани, которая пропитана термореактивным полимерным связующим. На непроводящую подложку (1) нанесены параллельно расположенные токопроводящие ламели (2) в виде линий, выполненные из меди и образующие два гребня. Каждый из двух гребней соединен с соответствующим ему медным электропроводом (3) во фторопластовой изоляции. Сверху непроводящей подложки (1) расположена проницаемая для полимерного связующего мембрана (4) из полиэфирной ткани Airtech Release Ply Super F с плотностью 114 г/м, герметично соединенная с ней по контуру с помощью клея. Медные ламели нанесены на подложку любым известным методом, например напылением.
Работа датчика заключается в следующем: датчик вставляется в контролируемый участок до осуществления процесса пропитки наполнителя (преформы) полимерным связующим. Электропровода (3) датчика подсоединяются к микрокомпьютеру для измерения диэлектрических параметров. Затем проводится пропитка наполнителя (преформы) полимерным связующим, которое, попав на медные ламели (2) датчика, выступает в роли диэлектрика и меняет его исходные диэлектрические параметры: емкость (С), сопротивление (R) и тангенс угла диэлектрических потерь (tgδ).
Изменение исходных диэлектрических значений датчика снимается микрокомпьютером посредством изменений сигнала емкости (С), сопротивления (R) и тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) в момент прохождения полимерным связующим участков наполнителя (преформы), на которых эти датчики установлены. Аналоговый сигнал с датчика поступает на микрокомпьютер, запрограммированный так, чтобы отбрасывать случайные электрические сигналы и ненадежные данные, например, из кратковременных пакетных шумов.
Предлагаемый датчик позволяет обеспечить контроль пропитки наполнителя полимерным связующим при изготовлении изделий из ПКМ как простой, так и сложной геометрической формы и различных размеров, в качестве наполнителя в которых используются, например, преформы из стекловолокна или углеволокна.