使用释放膜和真空袋制造

在制造领域，释放膜阻止模压零件附着到工具上，真空袋允许在真空辅助树脂转移模压(VARTM)方法中通过大气压力压缩复合材料。

一般来说，介质传感器必须与被测材料(MUT)直接接触。然而，释放膜和真空袋阻碍了接触，造成了困难电介质治疗监测(DEA)的过程。

理想的设计传感器，如1“单电极¹可重复使用的传感器，能够通过薄膜量化固化状态，并促进DEA在更广泛的应用范围内的使用。

定义

本文演示并讨论了以下数据日志（离子粘度)及坡度日志（离子粘度)，指定治愈状态。图中显示了一些特征，如到选定的固化结束的时间、最小离子粘度和最大斜率日志（离子粘度）.以简洁的形式，日志（离子粘度)将表示为日志（4)及坡度日志（离子粘度)将被称为坡．

两个频率相关(σ._交流)和频率无关(σ._直流)元件包括在电导率(σ.）.在振荡电场下，σ._直流当移动离子流动时出现，而σ._交流当静止偶极旋转时出现。这两个响应类似于并联的电气元件，并组合在一起，如下图所示:

σ.＝σ.直流+σ.交流

(欧姆−1厘米−1）

(1)式。

电阻率(ρ），这是导电性的倒数，表示为：

ρ= 1 /σ.

(ohm-cm)

(2)式。

由于电阻率与电导率有关，它也有频率依赖(ρ_交流)和频率无关(ρ_直流)组件。交联密度或聚合的量，即固化状态的测量，对离子的运动和机械粘度的影响产生影响，从而影响ρ_直流．因此，这个术语离子粘度（4)，以突出两者之间的联系ρ_直流和机械粘度。下面的方程定义了4：

4＝ρ直流

(ohm-cm)

(3)式。

离子粘度的确切定义是与频率无关的电阻率，ρ_直流．然而，为了使用方便，也可以用离子粘度来解释一般的电阻率，它包括频率无关的(ρ_直流)及频率相关(ρ_交流)组件。但必须注意的是，机械粘度和固化状态与频率无关的电阻率，ρ_直流，这是实际的离子粘度。

直接接触交流固化监测

图1示出了1“单电极传感器安装在模具或压力机中的方式。

图1所示。1″压版单电极传感器。图片来源:Lambient Technologies。

为了保证正常工作，有必要对单电极传感器周围的工装进行接地。必须将这个接地连接到仪器的底盘上，如图2所示，为传感电流创建一个闭合电路。如果使用上压板或模具，也必须接地。

图2。单电极传感器的模板或模具的正确接地。图片来源:Lambient Technologies。

在不使用释放膜或真空袋的应用中，树脂在被加热和压缩后流动，并直接与传感器接触。该树脂传感器系统的电模型如图3所示。

图3。直接与传感器接触的树脂电气模型。图片来源:Lambient Technologies。

图4描述了在130°C的温度下固化散装成型化合物(BMC)时的离子粘度。当BMC与1”单电极传感器直接接触时，一个传感器LT-451介电固化监视器²通过使用100赫兹的激励来进行测量。其响应与热固性材料的特性行为相似。

随着温度的增加，树脂的机械粘度下降，以及其离子粘度的降低。然后，该材料保持在最小离子和机械粘度，直到固化反应变得显着，并且两个值增加。

图4。治愈BMC直接接触1″单电极传感器，100hz交流测量。图片来源:Lambient Technologies。

在凝胶过程中，机械粘度迅速增加，直至不可测量。一旦凝胶作用结束，离子粘度就偏离机械粘度，通常与模量相关，直到固化结束。由于凝胶是一种力学事件，而不是电事件，凝胶点不是由任何介电特性指示的。相反，即使在凝胶化之后，离子粘度也会持续增加，因此可以持续测量材料的状态，直到固化结束。

当反应停止时，离子粘度曲线变平，其斜率达到零。实际上，Cure的结束是用户定义的斜率，这些斜率取决于应用程序要求。

用释放膜进行交流固化监测

图5所示为带有释放膜的模具中的介电传感器。在关闭模具时，施加的压力确保离型膜和传感器之间以及复合材料和离型膜之间有紧密的接触。

图5。带有离型膜和介电传感器的模具截面。图片来源:Lambient Technologies。

图6显示了一种介电传感器，该传感器被安排用于对真空袋内的材料进行固化监测。一旦抽真空，包就会与复合材料紧密接触，从而实现介电测量。

图6。带有真空袋和介电传感器的薄膜横断面。图片来源:Lambient Technologies。

图7显示了这些配置与真空袋或释放膜的横截面，它描述了从传感器电极的电场如何通过绝缘层进入复合材料，最终在模具中。

图7。敷设绝缘层的横截面，显示电场。图片来源:Lambient Technologies。

复合绝缘子-传感器系统的电气模型如图8所示。在MUT和电极之间串联的绝缘体引入一对电容器。这些电容器充当边界层，这是图3所示模型中没有包含的额外元素。由于电容器只能传输交流信号，因此不能采用直流电法进行固化监测。

图8。带有绝缘层的传感器上的树脂电模型。图片来源:Lambient Technologies。

当MUT表现出高电导率时，一般在最小粘度条件下，边界层的存在会导致离子粘度测量的失真。为了减少边界层效应，绝缘膜的厚度必须小于电极间的距离。^3、4、5

用HTF-621覆盖的1“单电极传感器，由Northern复合材料提供的基于PTFE的剥离膜，如图9所示。HTF-621层的厚度仅为0.001”，并且它是非导电和化学的惰性。

图9。1″带HTF-621离型膜的压版单电极传感器。图片来源:Lambient Technologies。

图10比较了BMC在130℃固化过程中存在和没有释放膜时的离子粘度。除了在离子粘度最小的情况下，通过释放膜进行的测量由于边界层效应而产生失真外，这些曲线在很大程度上是相似的。在一些情况下，这种失真可以用数学方法加以纠正，与治疗相关的信息也可以恢复。

图10。100hz交流测量，有和没有释放膜BMC固化的比较。图片来源:Lambient Technologies。

图11说明了边界层修正的方法，也称为电极极化（EP）校正 - 恢复受影响的数据。在EP校正之后，在释放膜的存在下测量的离子粘度与在不存在释放膜的离子粘度时良好的一致性。曲线之间的轻微变化主要由测试期间的温度差异引起。

图11。比较原始离子粘度和离子粘度与EP(边界层)校正。图片来源:Lambient Technologies。

图12和图13显示了在释放膜存在和不存在时传感器检测到的临界点之间的对应关系。

图12。100赫兹交流测量，有和没有释放膜的离子粘度比较。图片来源:Lambient Technologies。

图13。100赫兹交流测量，有和没有释放膜的斜率比较。图片来源:Lambient Technologies。

CP(4)的斜率是任意选择的，以表示治疗结束的决定。实际上，坡度是由用户根据应用需求选择的。由于通过释放膜进行交流测量与固化状态相关，从图13可以看出，适当的斜率允许可靠地检测固化结束。

使用发行膜的直流固化监测

尽管离子粘度或电阻的直流测量是一种用于检测固化状态的简单技术，但它具有以下缺点：

• 它不能通过不导电的释放膜或真空袋来测量固化状态
• 在最小粘度条件下，由电极极化引起的数据可能失真

常规的高温释放膜由PTFE或其他类似的非导电材料制成。亚博网站下载因此，它们用作图8的电容阻塞层并阻止DC信号的通过。

尽管某些低级剥离膜是导电的，但电导率随温度的增加，并且可能与一批到另一个批次不相同。可以通过这种薄膜进行DC测量，但结果结合了MUT和薄膜以不可预测的方式的电阻率。此外，数据依赖于温度，不可靠，因此无用。

的直流测量选项LT-451介电固化监视器与单电极传感器一起监测130°C BMC固化。图14比较了不带任何离型膜、带导电离型膜和不带导电HTF-621离型膜的直流结果。作为参考点，在没有释放膜的情况下，也绘制了100赫兹交流测量数据。

图14。比较交流和直流测量离子粘度。图片来源:Lambient Technologies。

在没有释放膜的情况下，交流和直流测量接近于固化结束。但在没有释放膜的直流测量中，在最小离子粘度条件下，由于电极极化而出现失真。虽然这种失真可以通过使用交流数据来校正(参见图11)，但直流数据无法校正。

如图所示，可以通过导电释放膜进行DC测量，但它仍然取决于电极偏振引起的变形。释放膜的导电性朝向固化结束并且抑制了治疗状态的有用探测。

正如在这些条件下测量极限下的非常高的、典型的恒定离子粘度所说明的那样，通过非导电HTF-621释放膜进行直流测量是完全不可能的。

使用适当的传感器，通过剥离膜或真空袋进行的AC测量可以跟随固化，并提供与与MUT直接接触的传感器相同的信息。当材料高导电时，离子粘度数据在最小粘度条件下被绝缘层变形。然而，在几个情况下，这种失真可以通过软件在数学上校正。但通过释放膜的直流测量不可行，这是一个主要的缺点直流固化监测技术．

热固性固化期间的关键点

当单体反应形成聚合物链并最终形成网状物时，热固性材料就会固化。一般来说，反应是放热的——产生热量——并且可能进一步由烤箱或压力机的热量触发。策划日志（离子粘度）描述治疗方式如何进步的简单方法。在温度下具有单个斜坡和保持步骤的传统热固性的行为在图15中示出。

图15。热固性固化过程中的典型离子粘度行为。图片来源:Lambient Technologies。

最初，随着温度的升高，材料融化或软化，导致机械粘度降低。此外，移动离子的运动阻力较小，离子粘度降低。在这一点上，反应仍然是渐进的。

当材料变热时，治愈率会增加。在某一时刻，加速反应开始占据主导地位;机械粘度达到最小值后，物料粘度增大。在电性方面，聚合引起的离子粘度增加克服了高温引起的离子粘度降低。起初，离子粘度达到最小值，然后随着链的延伸而增加，离子流动的障碍越来越高。

一旦离子粘度达到最小点，它就会连续增加，直到未反应的单体的浓度下降和反应速率降低。结果，当固化完全停止时，离子粘度斜率也降低并最终达到零。

图16。热固性固化过程中离子粘度曲线和离子粘度斜率。图片来源:Lambient Technologies。

图16示出了定义介电固化曲线的四个关键点：

• CP（1） - 用户定义的级别日志（4)来确定物料流动的开始。
• CP(2) -最小离子粘度，它与最小机械粘度紧密匹配，指定了何时增加粘度和聚合开始主导材料的行为。
• CP(3) -最大斜率，它决定了最大反应速率和时间，经常被用作与凝胶有关的路标。CP(3)高度是反应速率的相对测量值。
• CP(4) -一个用户定义的斜率，可以确定治愈的结束。斜率的减小与反应速率的减小相匹配。

随着温度逐渐升高到一个保持值，固化热固性材料的特性行为如图15和16所示。图17显示当MUT是典型的等温时，响应略有不同。

图17。等温过程中热固性固化的离子粘度曲线和离子粘度斜率。图片来源:Lambient Technologies。

在这种情况下，CP(1)要么是没有意义的，要么是当材料流动并与传感器接触时，一旦施加热量，CP(1)就会出现。最小的离子粘度也观察到在t = 0或很快跟随，因为固化立即开始。在等温硫化的情况下，CP(3)和CP(4)在理论上与斜坡和保持条件相同。

参考文献

1. 1″单电极传感器，Lambient Technologies, Cambridge, MA USA制造。https://lambient.com.
2. LT-451介电​​固化监控器，由兰兹技术，剑桥，MA USA制造
3. 天,湄;刘易斯,j .;Lee, H.L.和Senturia, S.D.，“边界层电容在阻塞电极上的作用在解释胶粘剂介电固化数据中的作用”，杂志的附着力、V18 p.73(1985)
4. lambitechnologies应用笔记AN2.16，“电极极化和边界层效应”
5. lambitechnologies应用笔记AN2.40，“交流和直流固化监测电极极化和边界层效应”

这些信息来源于Lambient Technologies提供的材料。亚博网站下载

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