利用介电固化监测加速复合材料生产

现代汽车部件：采用先进的复合材料制成。亚博网站下载

处理先进复合材料（如玻璃纤维或碳纤维增强预浸料）的公司有机会优化其研发和质量亚博网站下载控制/质量保证功能，同时帮助确保成品部件的可靠性。公司可以利用介电固化监测解决方案，实时、原位监测固化情况，而不必依赖费力的离线实验室测试。

介电固化监测是唯一一种成熟的测试方法，使用户能够在整个固化过程中实时获得热固性树脂固化的关键数据。介电固化监测，也称为介电分析（DEA），可以通过消除对更耗时、更不精确的测试形式的需求来加快研发过程。

它还可以通过向QA/QC团队提供可靠的数据来加速从研发到质量控制和质量保证的过渡，这些数据是QA/QC团队工作的基础，有助于确保成品的可靠性。

问题：固化状态的可见性差

先进复合材料的制造商以及在最终产品中使用这些材料的组织都面临着如何确定材亚博网站下载料固化程度何时满足预设要求的挑战。

如今，大多数组织将优化治疗视为一项研发功能。作为研发过程的一部分，公司通常通过在各种预定义温度下固化样品并比较结果来实现这一过程。

利用从这些工作中收集的数据，研发团队可以与质量保证和质量控制专家合作，确定如何在材料固化方面取得具体成果。这可确保成品零件符合规范要求。

然而，对于许多公司来说，满足材料固化的特定规范仍然是一个不精确且容易出错的过程。在缺乏实时检查固化的方法的情况下，必须进行劳动密集型实验室测试，如动态力学分析（DMA）或差示扫描量热法（DSC）。这项工作涉及反复停止和重新启动固化过程，以确定材料在给定温度下固化所需的时间。这给开发过程增加了不必要的延迟。

例如，一家公司可能希望开发一种流程来完成治疗片状模塑料（SMC）在三分钟内完成零件。其研发团队将根据强度、韧性、表面光洁度、刚度或其他性能定义最终产品的理想特性。然后，研究小组可以将材料固化一段时间，停止固化，并进行实验室测试，如DSC或DMA，以确定在给定温度下经过给定时间后的固化程度。完成后，即可恢复固化。

该过程必须重复多次，以获得足够的数据，以确定使用该材料制成的成品零件是否能按预期运行。固化时间过长的材料可能会变脆；过早取出的可能不够坚固，无法满足规格要求。亚博网站下载

无论哪种方式，生产能力和效率都会降低。如果热固性产品的固化时间超过了所需时间，就能源和设备的使用而言，也有可能造成重大浪费。app亚博体育

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解决方案:一种更简单、更精确的固化监测方法

热固性材料的固化可以很容易地用介电分析来测量亚博网站下载.

介电固化监测广泛应用于陶瓷材料的生产中SMC环氧树脂模塑料（EMC）和散装模塑料（BMC）来表征固化行为。通过测量实际加工条件下样品的固化度，可在用于生产前确定材料质量。

同样，可以很快识别出不合规格的材料，并在生产其他材料之前对制造过程进行纠正。在进行进一步的混合步骤之前，还可以对原材料糊进行测试。DEA还可用于过程开发、过程监控和生产成型操作的自动化过程控制。

在固化过程中进行的一次测试提供了与介电固化监测有关的固化速率的确切细节。例如，SMC制造商必须向客户保证，可以在预定义的时间内按照规范完成固化。有了介电固化监测，公司肯定会知道。同样的测试可以毫不费力地重复每一批，而不会减慢生产速度。

有了这些信息，QA/QC团队可以确认材料在特定温度下固化时的性能符合预期。这对SMC制造商至关重要，因为亚博网站下载SMC制造商的材料用于制造汽车和船舶部件。为什么？

这是因为SMC从离开制造商到被汽车制造商用来制造零件之间可能会退化。它可能因高温储存而过早老化，或者树脂中的苯乙烯在放置在货架上时会蒸发，从而影响固化时间以及成品的质量。

事实上，由热固性树脂、化合物和预浸料制成的零件的最终质量可能会受到批次间材料变化和材料老化引起的特性变化的显著影响。亚博网站下载

介电固化监测：工作原理

介质传感器的详细视图。

介电分析是一种通过测量聚合物的电学性质来研究其加工行为和物理化学结构的方法。介电分析的一个优点是，它允许材料在各种各样的条件下进行测试，在实验室，在QA/QC工作台，或在制造车间。没有其他技术有这么多的用途。

介电固化监测可在烘箱、热板、压机或模具、高压釜或正在开发或制造的实际零件中进行。当嵌入零件或大量材料时，介电传感器可以直接测量放热对固化速率的影响。

然而，DMA仅限于实验室。如果样品是液体，则必须在特殊的试管中进行测试，或在某种基质中浸渍。如果样品是固体，则必须制备具有特定几何结构的样品。DSC同样仅限于实验室，样品仅限于小型DSC盘。

在复合材料的生产过程中，零件通常使用固定的温度和时间配方进行固化。这一过程可以与在175°C下烘烤蛋糕30分钟相比较——在这段时间结束时，蛋糕可能会也可能不会完成。面包师必须在蛋糕上插一根牙签来测试它。如果未完成，则必须将其留在烤箱中，稍后再次进行测试。如果无法测试蛋糕，唯一的选择就是烘烤更长的时间，可能是60分钟，但之后蛋糕可能会燃烧。

介电固化监测现在最常用于确认零件的制造是否一致。例如，SMC制成的汽车车身板的标称固化度可能如下图1.

图1。片状模塑料的典型介电固化数据。

每个面板的固化可与标称轮廓进行比较。可记录每个面板的结果，以进行统计质量控制。超出规定限值的偏差表明固化过程中出现了偏差，可以从固化中获得信息来纠正问题。这样，零件质量就得到了保证。

对于极为关键的零件，如复合材料飞机或航天器组件，制造过程中的每一步都要记录在案，以记录零件是根据规范制造的，并在发生故障时进行分析。许多制造商记录零件温度是一种非常间接且不准确的推断固化进度的方法。

介质固化监测是固化状态的灵敏探针。因此，介电固化监测对于记录是有价值的，因为没有其他方法可以在制造过程中实时观察固化状态。

制造业的生产率可以从介电固化监测中最直接地获益，特别是对于高价值组件，如风力涡轮机叶片。这些叶片通常超过50米长，是在模具中制造的。影响放热的刀片厚度和固化速率沿其长度变化。

在将刀片从模具中取出之前，制造商利用经验和猜测来确定固化时间。然而，过早地移除刀片可能会导致裂缝，因为刀片不够坚硬，而且在需要时移除会降低吞吐量。

介质传感器可以安装在战略位置的模具中，或者沿模具长度每隔五米安装一次。介电固化监测可确定整个零件的固化何时达到所需点，并且只有在该时间风力涡轮机叶片才会脱模。由于这种效率的提高，如果一家工厂每周只增加一到两个叶片，盈利能力就会提高。

结论

介电分析是一种重要而有效的测试方法，它对热固性材料的固化行为非常敏感。可重复使用的传感器和低成本仪器的可用性使介电分析成为热固性材料常规QA/QC测试的一种经济有效的方法。亚博网站下载

通过介电固化监测，获得全面、准确的固化数据所需的时间和精力比传统实验室方法少得多。这意味着您的组织可以节省资金、节省时间并停止猜测。

本信息来源、审查和改编自Lambient Technologies提供的材料。亚博网站下载

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