预浸料在线无损检测方法和建模方法的研究

随着航空航天技术不断发展，对先进复合材料质量要求越来越高。预浸料是复合材料制备过程中间阶段，其质量的优劣直接影响复合材料的质量。目前对预浸料制备过程中质量监测，国内外进行较多的研究，但真正实现生产线上在线监测，还没有见过报道。本项目在研究过程中开发近红外光谱在线监测技术。实时监测预浸料制备过程中挥发分含量、树脂含量和预固化度质量指标。采用偏最小二乘方法建立模型，预测挥发分含量、树脂含量和预固化度，测量结果与标准方法相比，没有显著性差异，测量结果偏差在±2%。 为了提高树脂在玻璃纤维中的浸透性，使用预处理炉除去表面浸润剂，利用近红外光谱在线监测预浸料加工过程中玻璃布残余浸润剂含量，使树脂充分浸渍纤维布中。获得的酚醛树脂溶液固化过程的规律，分析其中的影响因素，得出酚醛树脂溶液固化程度直接影响预浸料的挥发分含量和预固化度。同时发现酚醛树脂溶液固化程度决定预浸料的固化温度和时间。利用近红外光谱实时在线监测预浸料质量，获得预浸料制备过程中树脂溶液浓度、压胶辊间距和运行速度对预浸料质量影响的规律，提出预浸料的质量控制方法。使用化学计量学方法建立模型，在建立模型过程中使用主成分分析、偏最小二乘等多种方法，得出挥发分含量、树脂含量和预固化度模型的最佳光谱区间、主成分数和最佳预处理方法。开发近红外光谱无损在线监测装置，应用航天院所的生产线上，提高预浸料的质量和生产效率。 目前在该项目资助下，已发表论文20余篇。其中第一作者发表预浸料和近红外光谱SCI论文8篇，EI6篇。获得授权发明专利10项，申请发明专利6项。获得国家技术发明二等奖(2011)，和教育部优秀成果奖(2010),获得哈尔滨市科技创新人才(2010)和哈尔滨工业大学优秀青年教师 (2009)。受邀在第二届亚洲近红外光谱和全国第三届近红外光谱会议上作大会邀请报告。开发了具有独立自主知识产权、低成本在线监测装置（发明专利ZL200610010186.4），已经通过对航天多个院所的现场试验，并把在线监控装置安装在航天科工集团第六研究院359厂的生产线上监测3年，在航天科技集团第四研究院43所进行现场监测3年，至今运行良好，为企业带来一定的社会效益和经济效益。目前以培养博士研究生2名，硕士研究生2名，本科生2名。 2100433B

为了满足航空航天、武器装备和能源等领域对预浸料质量的要求，本项目从新技术、新方法的发展出发，研究近红外光谱在线监测预浸料加工过程各项质量指标，快速控制预浸料质量。通过对建立模型方法的研究，提高模型预测的准确度。.采用近红外光谱在线监测预浸料加工过程中玻璃布残余浸润剂含量、树脂对玻璃纤维的浸透率，提高树脂在玻璃纤维中的浸透性。从理论上研究酚醛树脂溶液浓度和预固化温度等对预浸料质量的影响，结合近红外光谱分析结果，揭示加工过程中工艺参数的变化对预浸料质量影响的规律，确立预浸料的质量控制方法。深入研究主成分分析、偏最小二乘、多元线形回归、模式识别等理论方法对建立模型的影响，确立建立预浸料质量模型最佳途径。.采用近红外光谱非接触、非破坏在线监测预浸料加工过程中的质量，方法省时、省力，提高生产效率。为该领域研究提供新思路，为先进复合材料加工过程中无损检测方法及成型工艺的发展奠定基础。

预浸料是复合材料的中间体，根据选用树脂种类可以分为：热固性预浸料和热塑性预浸料；根据选用树脂的类型分为：环氧预浸料、聚酰胺预浸料、酚醛预浸料、氰酸酯预浸料、聚砜预浸料、聚醚预浸料等；根据增强材料类型分为：碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、芳纶纤维预浸料、玄武岩纤维预浸料、硼纤维预浸料等；根据增强材料结构型式可分为：单向纤维预浸料、短切纤维预浸料、织物预浸料等。 

QJ 3184 T300碳纤维∕AG-80环氧树脂预浸料规范    

HB 6701 LWR—1 T300中温固化环氧碳纤维预浸料    

GJB 3945 芳纶∕环氧树脂预浸料规范 

GB/T 25043 连续树脂基预浸料用多轴向经编增强材料    

HB 7069 环氧树脂玻璃布预浸料规范    

JB/T 10942 干式变压器用F级预浸料 

HB 7737 飞机辅机零件专用环氧聚酰胺涂料规范

JC/T 774 预浸料凝胶时间试验方法    

JC/T 775 预浸料树脂流动度试验方法    

JC/T 776预浸料挥发物含量试验方法    

JC/T 780 预浸料树脂含量试验方法

ASTM D 3532 环氧碳纤维预浸料凝胶时间试验方法    

HB 7736  复合材料预浸料物理性能试验方法