交流和直流Cure监控:概述

AC和DC技术均可用于分析热固性和复合固化。交流介电固化监测，也称为介电分析（DEA）搅拌具有特定频率和幅度的正弦信号的传感器，施加零伏的直流偏压。测量的频率无关，或离子粘度，对应于待测材料(MUT)的固化状态。类似地，直流电阻固化监测探头一种材料，但也可以使用激励电压VDC.保持不变。

交流和直流信号。

图4 - 1。交流和直流信号。图片来源:Lambient Technologies

AC和DC固化监测是免费的，但电化学反应可以影响直流结果。相对轻地，交流测量没有DC偏置和零平均电流，并且不忍受电化学效果。虽然DC技术可以量化固化状态，但必须仔细利用它们对其潜力的良好理解。

交流和直流固化监测

AC介电固化监测，也称为介电分析（DEA），测量聚合物的电容和电阻，这是在图4-2中显示的树脂的传统电气模型中使用的批量性质。可以使用传感器的单元常数缩放电容和电阻以产生电阻率（ρ）和介电常数的材料特性（ε”）．

电阻率与频率无关(ρFI.）由于流动的移动离子和频率依赖（ρ交流)的分量，其结果是固定偶极子的旋转。

通常被称为直流电阻率，频率独立电阻率实际上延伸到包括直流(0hz)的频率范围。频率无关电阻率的变化与凝胶作用前的粘度变化有关，与凝胶作用后的模量变化成正比。

突出与机械粘度的关系;在20世纪80年代初期的术语离子粘度（4)被认为是频率无关电阻率的同义词。离子粘度定义如下:

（eq。4-1）4=ρ.FI.（欧姆厘米）

热固性树脂的交直流电气模型。

图4-2。热固性树脂的交直流电气模型。图片来源:Lambient Technologies

在整个早期到中固化阶段，DC偏压下的电化学反应是DC和AC测量之间的可能性。虽然电化学的性质尚不清楚，但可以通过添加一个固化期间的DC响应直流电化学抵抗1如图4-2所示的树脂标准模型。

交流和直流测量的比较

利用宽频率范围，交流测量可以探测到固化过程中材料的状态。相比之下，普通的直流方法是让电流以恒定的电压通过被测材料。

交流和直流技术是互补的，但测量选择需要全面了解其能力和局限性:

  • 直流测量只能获得直流电阻
    • 直流电阻包含一个额外的直流电化学电阻
    • 交流法测量频率独立的电阻，频率依赖电阻和电容。
  • 直流测量在早期和中期治疗期间远离AC测量
    • 由于材料固化DC电化学电阻降低，随着时间的推移减少了如图4-3的图示中绘制的差异
    • DC和AC测量在治疗结束时对齐
    • 交流离子粘度避免了直流电化学的影响

PR520环氧树脂固化过程中的交直流测量。

图4-3。PR520环氧树脂固化过程中的交直流测量。图片来源:Lambient Technologies

  • 不可能通过真空袋或释放膜进行直流测量
    • 绝缘层会阻碍直流电流和直流电阻的测量
    • 设计合适的交流传感器可以通过释放膜和真空袋进行测量2
  • DC测量中存在系统误差，其可能是其他直流信号的结果
    • 偏置电压漂移、热漂移和泄漏电流在本质上是直流电，不能与真正的直流响应区分
    • 具有适当设计的直流传感器可以限制或根除系统错误
    • AC测量对DC系统错误没有响应
  • 交流测量可能显示失真的结果电极极化
    • 电极极化可能会在整个早期固化过程中影响低频处的AC数据
    • 在高频下的AC测量中未观察到由电极极化引起的扭曲
    • 电极极化的影响可以在数学上校正3、4、5
    • DC测量体验电化学效应限制电极极化
  • 显示出卓越电阻的材料的AC测量可能需要长亚博网站下载时间的测量时间
    • 在较高的频率下(较短的测量时间)交流测量可以用于大多数热固性产品在升高的温度下
      • 提高的温度会降低热固性胶质的电阻率
    • 如果材料表现出极端电阻率，可能需要具有极低频率（长测量时间）的AC测量值亚博网站下载
      • 在室温下固化结束时，热固性材料会产生极电阻率
    • 对于极其电阻材料，与可能非常长的AC测量时间相比亚博网站下载，直流测量比较较快

AC测量中的电极极化

在低频率时，传感器电极之间会出现阻塞层，这是由于出现电极极化（EP）在早期治愈期间;当材料最具导电性时，这导致异常高明显的离子粘度。3、4、5

图4-4是五分钟环氧树脂交流电阻率测量图。所有数据都标在一个轴上离子粘度可以统称为离子粘度。

固化的离子粘度/电阻率为5分钟环氧树脂。

图4-4。固化的离子粘度/电阻率为5分钟环氧树脂。图片来源:Lambient Technologies

在图4-4中可以看到三个特点:

  • 重叠或几乎重叠的曲线，表示频率的主导地位独立的电阻率或真正的离子粘度
    • 由于可移动离子的运动
    • 对应于治愈状态
  • 分歧的曲线，表示频率的主导地位依赖电阻率
    • 是偶极旋转的结果
    • 与固化状态不相同
  • 在大约2分钟后，由于电极极化导致1hz和10hz曲线的失真

在治疗开始时，电极极化扭曲1hz的数据，如图4-5的扩展图所示。在10hz的测量表明，由于边界层效应，随着频率的增加，失真程度减小。此外，在更大的激励频率- 1千赫到10千赫-测量显示没有失真和适当区分离子粘度最小。

膨胀离子粘度/电阻率在最小粘度前后的时间。

图4-5。膨胀离子粘度/电阻率在最小粘度前后的时间。图片来源:Lambient Technologies

在一些情况下，用数学方法恢复有关治疗的信息是可行的。

图4-6说明了边界层修正-也称为电极极化（EP）校正 - 恢复受影响的数据。

电阻率/离子粘度与边界层(EP)校正。

图4 - 6。电阻率/离子粘度与边界层(EP)校正。图片来源:Lambient Technologies

1 Hz和10 Hz离子粘度显示边界层校正后的适当最小，并且与较高的频率数据一致。也可以使用仅1 Hz离子粘度来遵循整个五分钟的环氧固化，如图4-7所示。

1hz离子粘度与边界层(EP)校正。

图4-7。1hz离子粘度与边界层(EP)校正。图片来源:Lambient Technologies

AC和DC测量与释放膜和真空袋

在真空辅助树脂转移模塑(VARTM)过程中，真空袋有助于大气压力对复合材料进行压缩。图4-8所示为带有释放膜的模具中的传感器，释放膜通常使用PTFE或其他电绝缘材料制作。由于绝缘体阻塞了直流信号，在这种情况下无法用直流方法进行固化监测。然而，适当设计的介电传感器，有助于通过真空袋或释放膜交流固化监测。

介电传感器与释放膜。

图4 - 8。介电传感器与释放膜。图片来源:Lambient Technologies

Lambient Technologies的界面如图4-9所示1”单电极介电传感器6安装在压板上，用北方复合材料HTF-621的聚四氟乙烯基释放膜保护7那是0.001“厚。

1“单电极传感器在压板与HTF-621释放膜。

图4 - 9日。1“单电极传感器在压板与HTF-621释放膜。图片来源:Lambient Technologies

图4-10显示了在PR520整个固化过程中通过释放膜测量的离子粘度8- 用于树脂转移成型（RTM）的预混合环氧树脂。

绝缘膜产生边界层，这些边界层以与电极极化的方式类似的方式影响数据。离子粘度曲线对于所有除频率之外的所有除法而变形。

PR520用离型膜固化时的离子粘度。

图4到10。PR520用离型膜固化时的离子粘度。图片来源:Lambient Technologies

在许多情况下，数学校正可以调整失真并恢复关于治疗的信息。图4-11演示了边界层校正如何恢复受影响的数据。

EP(边界层)校正前后PR520的离子粘度，1hz和10hz的清晰度未显示。

图4。EP(边界层)校正前后PR520的离子粘度，1hz和10hz的清晰度未显示。图片来源:Lambient Technologies

在边界层校正之后，软件消除了由偶极响应(频率)控制的任何数据依赖电阻率)，通过释放膜测量的离子粘度跟随传感器直接接触测量的离子粘度，对比图4-12。

边界层校正后没有释放膜的离子粘度的比较和脱模膜。

图4 - 12。边界层校正后没有释放膜的离子粘度的比较和脱模膜。图片来源:Lambient Technologies

由于绝缘体阻碍了DC信号，必须在用释放膜或真空袋进行直流电阻测量时将传感器与复合部件直接接触。剥离膜或真空袋也需要具有用于传感器和垫圈的孔，以密封孔。DC传感器的特征叠加在图4-13的分解图中示出，图4-14中看到的照片。

用直流传感器和真空袋进行固化监测的典型叠加。

图4-13。用直流传感器和真空袋进行固化监测的典型叠加。图片来源:Lambient Technologies

使用直流传感器和真空袋进行固化监控。

图4-14。用直流传感器和真空袋进行固化监测的敷层9．图片来源:Lambient Technologies

交流介电传感器可以放置在释放膜和真空袋的顶部，无需在释放膜上开孔，如图4-15所示。

使用AC传感器的真空袋进行固化监控。

图4-15。使用AC传感器的真空袋进行固化监控。图片来源:Lambient Technologies

结论

AC和DC测量可以是免费的，在确定使用的最佳方法时，对每个各个能力的认识至关重要。虽然AC电阻或离子粘度可以通过精确探测热固性件和复合材料的整个固化，但直流电阻通过早期到中期治愈的对比度表现出差异。但是，整个固化结束，AC和直流结果对齐。

直流测量的差异可能是电流驱动的电化学反应的结果。虽然电化学性质尚不清楚，但固化过程中的直流响应可以通过添加a直流电化学抵抗．

为了监测热固性固化，电极极化可以在早期固化中的低频下扭曲AC数据。但是，在数学上纠正已扭曲的数据是可行的。DC方法有助于快速测量过度抗性材料，而这些相同材料的AC测量可能需要极低的频率和延长数据采集时间。亚博网站下载

直流方法需要与热固性或复合材料直接接触，不能通过释放膜和真空袋有效测量。因此，交流测量在整个制造过程中特别有用。通过绝缘体监测固化的能力，交流方法通过释放膜方便了传感器的使用，消除了与传感器粘附材料有关的问题。此外，通过真空袋进行交流测量，可以防止袋内的破损，这可能成为真空辅助树脂传递成型(VARTM)和其他类似过程中的潜在泄漏源。

参考

  1. 兰兹技术应用笔记AN3.33，“AC和DC固化监测的电化学效应”
  2. lambitechnologies应用说明AN3.20，“通过释放膜和真空袋进行固化监测”
  3. 天，D.R。刘易斯，j;Lee，H.L.和Senturia，S.D.，粘附，V18，P.73（1985）
  4. 兰兹技术应用笔记AN3.29，“电极极化和边界层效应”
  5. 兰兹技术应用笔记AN3.19，“具有AC和DC固化监测的电极极化”
  6. 1“单电极传感器，由兰兹技术制造，剑桥，MA USA。https://lambient.com
  7. HTF-621制造北方复合材料，格林斯伯勒，NC美国。https://northerncomposites.com
  8. Cycom PR520N RTM由Solvay公司生产，比利时布鲁塞尔
  9. 加德纳，姜，“直流电介质传感器，用于工业复合材料生产，复合材料世界(2020年2月24日)。https://www.compositesworld.com/yabo214articles/dc-dielectric-sensors-for-工业复合材料 - 生产

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    Lambient技术。（2021年，03年6月）。AC和DC治疗监测：概述。AZoM。在2021年9月10日从//www.washintong.com/article.aspx?articled=20464中检索。

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    Lambient技术。交流和直流固化监测概述。氮杂．2021年9月10日。。

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    Lambient技术。交流和直流固化监测概述。AZoM。//www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=20464。(2021年9月10日生效)。

  • 哈佛

    Lambient技术。2021。交流和直流Cure监控:概述．Azom，查看了2021年9月10日，//www.washintong.com/article.aspx?articled=20464。

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