交流和直流Cure监控:概述

交流和直流技术都可以用来分析热固性和复合固化。交流电介质固化监测，又称介电分析(DEA)通过施加零伏直流偏置，用特定频率和幅度的正弦信号激励传感器。被测频率无关电阻，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V_直流保持不变。

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

交流和直流固化监测是互补的，但电化学反应可以影响直流结果。相比之下，交流测量没有直流偏置，平均电流为零，不受电化学影响。虽然直流技术可以量化固化状态，但必须在充分了解其潜力的情况下谨慎使用。

交流和直流固化监测

交流介质固化监测，简称介电分析(DEA)，测量聚合物的电容和电阻，这是在如图4-2所示的树脂的传统电模型中使用的体积特性。电容和电阻可以根据传感器的电池常数进行缩放，以产生材料的电阻率(ρ)和电容率(ε)特性”)．

电阻率与频率无关(ρ_FI)的成分，因为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年代早期离子粘度（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(ohm-cm)

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

在整个早期至中期固化阶段，直流偏置下的电化学反应可能是直流和交流测量值差异的原因。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直流耐电化学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。
• 在早期和中期固化期间，直流测量偏离交流测量
  • 随着材料的固化，直流电化学电阻降低，随着时间的推移，差异如图4-3所示
  • 直流和交流测量在固化结束时对齐
  • 交流离子粘度避免了直流电化学的影响

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
• 系统误差存在于直流测量中，可能是由其他直流信号引起的
  • 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
  • 设计适当的直流传感器可以限制或消除系统误差
  • 交流测量对直流系统误差没有响应
• 交流测量可能显示失真的结果电极极化
  • 在早期治疗过程中，电极极化可能会影响低频交流数据
  • 在高频交流测量中，不观察到电极极化引起的失真
  • 电极极化的影响可以用数学方法加以校正^3、4、5
  • 直流测量会经历限制电极极化的电化学效应
• 对电阻异常的材料进行交流测量可能需要延长欧洲杯足球竞彩测量时间
  • 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
    • 升高的温度降低热固性材料的电阻率
  • 如果材料表现出极高的电阻率，可能需要具有极低频率(较长的测量时间)的交流测量欧洲杯足球竞彩
    • 在室温下固化结束时，热固性材料会产生极电阻率
  • 对于极电阻的材料，直流测量要快得多，而交流测量时欧洲杯足球竞彩间可能会非常长

交流测量中的电极极化

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)早期治愈;当材料的导电性最强时，就会导致异常高的导电率明显的离子液体粘度的。^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。

图4 - 4。5分钟环氧树脂固化过程中的离子粘度/电阻率。图片来源:Lambient Technologies

在图4-4中可以看到三个特点:

• 重叠或近似重叠的曲线，表示频率的优势独立的电阻率，或真离子粘度
  • 由于可移动离子的运动
  • 与固化状态很好地对应
• 发散的曲线，表示频率的优势依赖电阻率
  • 是偶极旋转的结果
  • 与治疗状态不太符合
• 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。

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。

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

1hz和10hz的离子黏度在边界层校正后均呈现适当的最小值，与高频数据基本一致。如图4-7所示，也可以利用仅1hz的离子粘度来遵循整个五分钟的环氧树脂固化。

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

用释放膜和真空袋进行交流和直流测量

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。

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只有0.001英寸厚。

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-用于树脂转移模塑(RTM)的预混合环氧树脂。

绝缘薄膜产生一个边界层，它以类似于电极极化的方式影响数据。除了最高频率外，其他频率的离子粘度曲线都是扭曲的。

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，可以通过数学修正来调整失真和恢复有关治疗的信息。图4-11展示了边界层校正如何恢复受影响数据。

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。

图4 - 12。附面层校正后的离子粘度与无释放膜离子粘度的比较。图片来源:Lambient Technologies

由于绝缘体阻碍直流信号，在用释放膜或真空袋进行直流电阻测量时，需要将传感器直接与复合材料部分接触。释放膜或真空袋也必须有一个孔，以便传感器和垫圈密封孔。直流传感器的特性层合如图4-13和图4-14所示。

图42。典型的固化监测层，带有直流传感器和真空袋。图片来源:Lambient Technologies

学报》第4 - 14图。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。

图4-15。通过带有交流传感器的真空袋进行固化监测。图片来源:Lambient Technologies

结论

交直流测量可以是互补的，在决定使用最佳方法时，了解每种方法各自的能力是至关重要的。交流电阻或离子粘度可以准确地探测热固性材料和复合材料的整个固化过程，而直流电阻在固化早期和中期通过对比呈现出差异。然而，在整个治疗结束时，交流和直流结果一致。

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直流耐电化学．

在热固性固化早期，电极极化会使低频交流数据发生畸变。然而，用数学方法对失真的数据进行修正是可行的。直流电方法有助于快速测量电阻过大的材料，而对这些相同材料的交流测量可能需要极低的频率和较长的数据采集时间。欧洲杯足球竞彩

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。

参考文献

1. Lambient Technologies应用笔记AN3.33，“交流和直流固化监测中的电化学效应”
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,湄;刘易斯,j .;李志强，李志强，李志强，中华口腔医学杂志，V18, p.73(1985)
4. lambien Technologies应用笔记AN3.29，“电极极化和边界层效应”
5. AN3.19，“具有交流和直流固化监测的电极极化”
6. 1”单电极传感器，由Lambient Technologies, Cambridge, MA USA制造。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. 用于工业复合材料生产的直流介质传感器，复合材料世界(2020年2月24日)。https://www.compositesworld.com/欧洲杯猜球平台articles/dc-dielectric-sensors-for- industrial-composites-production

这些信息来源于Lambient Technologies提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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