工業(yè)CT在樹脂基復合材料缺陷檢測中的應用

劉艷珍 王燕

摘 要：在二十世紀，我國進入到改革開放的進程以來，我國的經(jīng)濟水平和科技水平都得到了飛速的發(fā)展，整體上呈現(xiàn)出一派欣欣向榮的景象，這對我國工業(yè)的發(fā)展和新型技術(shù)的研究是具有極大貢獻的。工業(yè)CT技術(shù)作為一種能夠直觀對工業(yè)構(gòu)建或者其他材料進行檢測的主要手段，在樹脂基符合材料缺陷檢測中的應用變得越來越多，能夠有效檢測出產(chǎn)品內(nèi)部的雜質(zhì)含量、氣孔位置等，從而精確的研究出缺陷的尺寸和位置，以此提升對整個復合材料的改進。

關(guān)鍵詞：工業(yè)CT技術(shù)；樹脂復合材料；無損檢測；缺陷；層析成像

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.027

1 前言

工業(yè)CT技術(shù)作為一種有效的無損檢測方法，可以檢測從幾毫米的微小部件到數(shù)十米高的大型航天運載火箭等產(chǎn)品，對于樹脂基復合材料的缺陷檢測更是具有關(guān)鍵的作用。但是，對于工業(yè)CT技術(shù)來說，較小缺陷的識別與測量也是在實際操作過程中的一個難點問題。因此，本文分別從工業(yè)CT技術(shù)和復合材料的內(nèi)涵概念入手，借助計算機研制出相應的軟件，對斷層掃描的圖像進行模型的建立，結(jié)合實際經(jīng)驗，消除技術(shù)難點，對改進生產(chǎn)工藝具有指導意義。

2 工業(yè)CT技術(shù)和樹脂基復合材料的內(nèi)涵解析

2.1 工業(yè)CT技術(shù)

工業(yè)CT技術(shù)是一種借助計算機斷層掃描技術(shù)對掃描物體進行三維模型的建立的技術(shù)手段，這種掃描成像的技術(shù)從根本上來說具有最終成像直觀、準確等特征。在實際的操作過程中，主要是應用于對工業(yè)構(gòu)件的無損檢測。該技術(shù)最早的應用是在上世紀七十年代中后期，一開始僅僅只在醫(yī)學上使用，但是為了避免對人體造成損傷，所采取的放射源能量較低，穿透能力也具有與一定的限度。后期又在戰(zhàn)爭過程中使用，主要應對與針對飛機渦輪葉片及火箭發(fā)動機的檢測過程?，F(xiàn)階段，在科學技術(shù)的不斷進步過程下，工業(yè)CT技術(shù)得到了顯著的發(fā)展，已經(jīng)能夠廣泛應用于社會發(fā)展的各個方面，例如航空航天、石油開采、電子設備、陶瓷及復合材料等[1]。

2.2 樹脂基復合材料

樹脂基復合材料是一種以有機聚合物為基體的纖維增強材料，其組成成分多為環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂，主要就是熱塑性樹脂。這種熱塑性樹脂能夠在有機溶劑的作用下發(fā)生溶解，或者在過熱的環(huán)境中，使其達到其融點，加熱時就會由于軟化和熔融的過程形成最終的粘性液體，為了打造成所需要的形狀，再經(jīng)過冷卻凝固后變硬，形成最終的樹脂基復合材料。這一復合性強的材料也已經(jīng)被廣泛的應用于社會發(fā)展的更方面，尤其是在氯堿工業(yè)、造紙工業(yè)、金屬表面處理工業(yè)等方面，具有顯著的實際操作意義。

3 工業(yè)CT在樹脂基復合材料缺陷檢測中的實驗研究

3.1 儀器設備準備和實驗環(huán)境營造

為了保證實驗的有效性和精確性，本次實驗采取的設備是德國依科視朗國際射線有限公司生產(chǎn)的工業(yè) CT 系統(tǒng)。該種CT系統(tǒng)具有兩種優(yōu)勢明顯的掃描系統(tǒng)，其一就是線陣掃描探測器，其二是面陣掃描探測器，這兩種探測器的空間分辨率極高，能夠達到4.0lp/mm，對于構(gòu)建的檢測精確性能夠做出一定的保障[2]。

3.2 試樣選擇

主要選擇由高硅氧材料和碳纖維材料加工成型的復合材料制品。

3.3 技術(shù)手段選取

第一種可以采取的技術(shù)就是聲發(fā)射檢測技術(shù)（ Acoustic Emission） ，該種技術(shù)在實際的應用過程中，主要是通過對樹脂基復合材料的組成成分和結(jié)構(gòu)的加載過程中產(chǎn)生的發(fā)射信號進行相應的檢測和分析，從而評價樹脂基復合材料的質(zhì)量水平，以及存在的一些缺陷，便于在實際的應用過程中，能夠有效提升實驗的效率。第二種是采用射線檢測技術(shù)（ Radiographic Testing，即RT）是利用射線（ X 射線、γ 射線、中子射線等）穿過物體時的吸收和散射的特性，檢測其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的技術(shù)。這種技術(shù)的應用主要針對于樹脂聚集與纖維聚集存在缺陷的地方，能夠才分層、分級的角度詳細探測出材料的缺陷問題。該種技術(shù)的優(yōu)勢較為明顯，還能夠在穿透能量足夠的情況下，不受試件幾何結(jié)構(gòu)限制。

4 工業(yè)CT在樹脂基復合材料缺陷檢測中的應用

首先要對實驗結(jié)果進行分析，在精確的數(shù)據(jù)分析之后，能夠結(jié)合不同缺陷的圖像特征進行判斷，從而便于缺陷的消除和完善。畫質(zhì)最為明顯的就是氣孔缺陷的CT圖像。作為導致樹脂基復合材料質(zhì)量不合格的重要因素，氣孔是在原本使用的材料還沒有經(jīng)過一定時效的預熱過程后就直接投入使用，最終使得原材料中所含水分的含量變大，在后期的融化、固化過程中不僅不會排出水汽，而且還會由于氣體的進入導致更多的氣孔缺陷出現(xiàn)。這一點能夠在圖像上明確的看出來，一般來說，氣孔缺陷的影像圖片一般都會呈現(xiàn)出較多的圓形或者橢圓形、深黑色的黑色區(qū)域，整個氣孔的輪廓是光滑的，彼此之間有著明顯的邊界，這就能夠為分析人員提供精確的數(shù)據(jù)進行分析。另一種是分層缺陷檢測，分層的出現(xiàn)就意味著材料可能出現(xiàn)了嚴重的損傷，造成該現(xiàn)象的原因就是由于在纖維不連續(xù)的區(qū)域從而存在樹脂的流動和纖維的滑移而導致的，需要引起注意。

利用工業(yè)CT技術(shù)對樹脂基復合材料制品進行檢測和分析，能夠發(fā)現(xiàn)合理的利用工業(yè)CT技術(shù)，就能夠?qū)渲鶑秃喜牧现械碾s質(zhì)、氣孔等缺陷問題做出精確性較高的靈敏度的檢測，從而有效優(yōu)化復合材料制品的工藝技術(shù)，從某種程度上來說，能對提升樹脂基復合材料的質(zhì)量具有較大促進作用，并且能夠大幅度提升工作效率。

5 結(jié)束語

綜上所述，在科學技術(shù)逐步發(fā)展的今天，工業(yè)CT技術(shù)的發(fā)展也在逐步進步，因此，借助工業(yè)CT技術(shù)對樹脂基復合材料制品進行缺陷檢測顯得十分重要。而且在長時間的實踐經(jīng)驗中，大量的結(jié)果表明，工業(yè)CT技術(shù)對于樹脂基復合材料制品中的氣孔位置、分層缺陷、雜質(zhì)分量等都能夠做出精確的檢測，而且還能夠有效缺陷的幾何尺寸。這就反映出工業(yè)CT技術(shù)對于樹脂基復合材料制品缺陷改造的意義，從而促進復合材料制品的生產(chǎn)工藝完善，提升經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]高佳佳，楚瓏晟.纖維增強樹脂基復合材料連接技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].玻璃鋼/復合材料，2018（02）：101-108.

[2]趙付寶，王從科，張霞，凡麗梅，李金鹿，鄭素萍.工業(yè)CT在樹脂基復合材料缺陷檢測中的應用[J].工程塑料應用，2013，41（11）：96-98.