復合材料液體成型工藝LCM工藝方法靈活，產品可設計性強，是近年發展起來的一種高性能低成本先進復合材料制備技術，已廣泛應用于航空航天、船舶、交通運輸和民用工業等領域。LCM工藝中，模具設計的不合理或者纖維預成型體的鋪敷不當，在充模時容易形成空氣包裹而產生干斑，使產品報廢。因此，有必要通過實時監測技術，對樹脂的流動前沿進行實時監測，及時調整工藝參數，缺陷產生。
    目前LCM工藝流動的實時監測技術發展迅速，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據性質可分為兩類，一類是樹脂到達傳感器所在位置，由監測信號定性判斷樹脂到達該區域的定點式傳感器；另一類是樹脂在一對平行放置的導線間流動，通過測量平行導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，連續監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線長度方向的實時信息，顯現了用于LCM工藝在線監控的潛力。
    本文采用碳纖維束作為傳感元件，建立了一套可靠、價廉、簡便易用的監測系統，用于LCM工藝中樹脂流動的實時監測，并研究溫度、碳纖維間距、樹脂體系不同因素對監測結果的影響。[-page-]
1 LCM實時監測系統原理
    實時監測系統包括三個部分：碳纖維束構成的傳感電極、電源、信號采集系統。
    該監測系統是基于樹脂的導電性監測樹脂的流動。碳纖維束間的樹脂可等效為理想電容C與電阻R1并聯，然后與分壓電阻R串聯。
    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。
2 實驗部分
    本文通過實驗驗證不同工藝條件下有效電壓值UR與樹脂的位置x間的線性關系。并通過比例系數的變化，研究不同工藝條件對傳感信號的的影響規律。
    實驗采用盛普SP1641B型函數信號發生器作為正弦交流電壓源，上海愛儀AS1911智能數字式交流毫伏表讀取有效電壓值，分壓電阻1MΩ。實驗用增強材料為面密度310g/m2的玻璃纖維平紋布，實驗用兩種樹脂體系為北京玻鋼院生產不飽和聚酯R100和富晨891乙烯基樹脂與相應促進劑及固化劑。實驗模具為模腔厚度為3mm的平板模具。上模板為透明玻璃鋼模，方便觀察實際充模情況并與監測結果對比。
    實驗采用的傳感電極為碳纖維束T300-50B，宜興市九洲特種纖維織造有限公司生產，單束碳纖維數為3K。將兩根碳纖維束平行的按照所需的間距編制到玻纖布中，制得電極。
    該固定方法使相鄰碳纖維束不會在合模和充模過程中相對移動，材料成型后留在制件中也不會影響產品性能。
    通過透明上模板和實時監測系統記錄樹脂流動位置和相應的有效電壓值，直線擬和后得到有效電壓值UR與樹脂的位置x的比例系數。實驗分別研究改變樹脂體系、促進劑固化劑含量、碳纖維間距、溫度時，有效電壓值UR與樹脂的位置x的比例系數的變化規律。
3  結果與分析
3.1不同電極間距對監測結果的影響
    樹脂為不飽和聚酯，促進劑為環烷酸鈷液，固化劑為過氧化甲乙酮，樹脂/促進劑／固化劑的質量比為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,研究相應的變化。
    1cm：u＝1075.8＋30.7x,相關系數R＝0.999
    2cm：u＝1049＋22.1x,相關系數R＝0.997
    4cm：u＝1027.8＋18.7x,相關系數R＝0.998
    1cm,2cm,4cm導線間距的情況下,樹脂沿碳纖維導線前進1cm,有效電壓值分別增大30.7mv、22.1mv,18.7mv以發現,減小碳纖維間距,比例系數增大，有效提高對樹脂流動前鋒監測的靈敏度。碳纖維間距對比例系數影響規律一致。
    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，對于流動位置的監測也不再準確。因而在碳纖維間距的確定上，應當選用與增強材料纖維束寬度相近的碳纖維束作為電極。然后根據纖維束的寬度，選擇較小的碳纖維間距。
3.2溫度對監測結果的影響
    溫度是RTM工藝中重要的工藝參數。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系。根據圖5,6中的U-x關系，線性擬和得到。
相同溫度下，不飽和聚酯的相對于乙烯基樹脂更大，即不飽和聚酯具有更高靈敏度。隨溫度升高，兩種樹脂的比例系數逐漸增大，從20℃到30℃變化較快，從30℃到40℃變化較慢。
    隨溫度變化主要是由于樹脂在不同溫度下的粘度差別。樹脂的粘度越小，樹脂的電阻率P越小，比例系數越大。
    因此，實時監測系統對于粘度小的樹脂體系具有更好的靈敏度。溫度是很重要的影響因素，需在恒溫條件下監測樹脂流動。
3.3樹脂體系配比對于監測結果的影響
    不飽和聚酯2cm的碳纖維間距20℃時，純樹脂的是加入促進劑和固化劑后的35.1%。有必要研究樹脂體系配比對于監測結果的影響。
    不飽和聚酯體系，促進劑為環烷酸鈷液，固化劑為過氧化甲乙酮。在樹脂／促進劑／固化劑的質量比分別為100/0.6/1.5、100/0.8/1.5、100/0.8/2.0三種情況下，研究相應的的變化。
    通過以上實驗可以發現,當促進劑以及固化劑含量提高時,比例系數都會增大,而固化劑的含量對于比例系數影響更大。這是由于促進劑、固化劑均為小分子,這種極性小分子或小分子電離出的離子含量的增大會提高樹脂的導電能力,樹脂的電阻率減小,比例系數隨之增大。
    實驗說明,改變促進劑固化劑或者質量比時,實時監測系統需要重新確定比例系數。
4  結論
    (1)該線性傳感系統能夠連續監測樹脂流動位置,在不同工藝條件下有效電壓值與樹脂流動位置均有很好的線性關系；
    (2)該系統在監測樹脂的流動時,在不影響監測結果準確性的前提下,適當減小碳纖維間距,可提高對樹脂流動前鋒監測的靈敏度。另外,實時監測系統對于粘度小的樹脂體系,具有更好的靈敏度；
    (3)當改變樹脂體系配比或工藝溫度時,比例系數有明顯變化。監測時,需要在同一系統下確定。