由于制作預(yù)浸料層合板過程中對空氣的機(jī)械夾雜和結(jié)構(gòu)組分受熱揮發(fā)引起的內(nèi)部成核，導(dǎo)致復(fù)合材料構(gòu)件內(nèi)部會不可避免地形成孔隙?？紫妒菑?fù)合材料最常見以及對使用性能有重要影響的缺陷。研究表明，無論何種樹脂、何種纖維與纖維表面處理方式，孔隙率(單位體積內(nèi)所含孔隙的體積百分?jǐn)?shù))每增加1%，復(fù)合材料的層間剪切強度便下降5%- 15%，其他如彎曲強度、縱/橫向拉伸強度等性能也均受到一定影響。對孔隙率的鑒定是判斷復(fù)合材料質(zhì)量的重要指標(biāo)。依據(jù)構(gòu)件重要程度不同，先進(jìn)復(fù)合材料孔隙率要求控制的水平也有差異。但對于大多數(shù)復(fù)合材料來說，2%的孔隙率已經(jīng)成為能不能接受的臨界值。現(xiàn)在的無損檢測也主要集中于提供能檢測孔隙含量為1%-5%的檢測技術(shù)。

1.衰減法 

復(fù)合材料孔隙率無損檢測方法主要有紅外成像法、射線檢測法、微波檢測法及超聲檢測法等，其中超聲測試方法方便、快捷，是一種尤為重要和有效的孔隙率測試手段。超聲波法檢測復(fù)合材料孔隙率主要包括衰減法、聲速法和背散射法等。其中衰減法由于原理明確、實現(xiàn)簡單而且受纖維含量等的影響較小，因此受到較多關(guān)注。

Stone和Clarke較早開展用超聲波衰減法來進(jìn)行孔隙測定的實驗。他們針對由含60%HTS碳纖維和ERLA4617/DDM樹脂的預(yù)浸料制備而得的一系列復(fù)合板，做了大量的實驗工作。在試樣制備過程中通過施加不同壓力得到不同的孔隙率。然后，用三對中心頻率分別為2.5MHz、5MHz、7MHz的探頭，采用透射法對試樣進(jìn)行衰減測量。假定樹脂種類、纖維含量對衰減的影響可以忽略;纖維表面經(jīng)過處理，纖維與樹脂結(jié)合得很好，這樣衰減只隨孔隙率變化。分別測得試樣的超聲波衰減結(jié)果以及相應(yīng)的孔隙率(酸蝕法測得)，并在直角坐標(biāo)圖中標(biāo)出，然后進(jìn)行曲線擬合。分析實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn) 和孔隙率P近似成平方關(guān)系，得到經(jīng)驗公式:。給定頻率下，k為常數(shù)；當(dāng)頻率變化時，可以將k近似表示成指數(shù)形式，因而 與P的關(guān)系又可以表示成: 。實驗觀察發(fā)現(xiàn)，對于用預(yù)浸料制備的復(fù)合板，當(dāng)孔隙率P≤1.5%時，孔隙是由揮發(fā)物質(zhì)引起的，孔隙呈球形，直徑在5~20μm之間，孔隙率P越大，孔隙直徑越大；當(dāng)孔隙率P≥1.5%時，孔隙是由空氣引起的，孔隙被壓平和拉長。鑒于此種情況，Stone和Clarke采用雙線性函數(shù)表示了衰減與孔隙率之間的關(guān)系:

式中，在給定頻率下是常數(shù)。圖7-2表示雙線性模式的計算結(jié)果和實驗結(jié)果。由圖中可以看出這種模式的計算結(jié)果與實驗結(jié)果符合得非常好。

Stone和Clarke的實驗結(jié)論和經(jīng)驗公式至今仍被研究復(fù)合材料孔隙率的學(xué)者當(dāng)成經(jīng)典，進(jìn)行參考和引用。

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