工業(yè)CT在樹(shù)脂基復(fù)合材料缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

劉艷珍 王燕

摘 要：在二十世紀(jì)，我國(guó)進(jìn)入到改革開(kāi)放的進(jìn)程以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)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(duì)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展和新型技術(shù)的研究是具有極大貢獻(xiàn)的。工業(yè)CT技術(shù)作為一種能夠直觀(guān)對(duì)工業(yè)構(gòu)建或者其他材料進(jìn)行檢測(cè)的主要手段，在樹(shù)脂基符合材料缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用變得越來(lái)越多，能夠有效檢測(cè)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(duì)整個(gè)復(fù)合材料的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)CT技術(shù)；樹(shù)脂復(fù)合材料；無(wú)損檢測(cè)；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(wú)損檢測(cè)方法，可以檢測(cè)從幾毫米的微小部件到數(shù)十米高的大型航天運(yùn)載火箭等產(chǎn)品，對(duì)于樹(shù)脂基復(fù)合材料的缺陷檢測(cè)更是具有關(guān)鍵的作用。但是，對(duì)于工業(yè)CT技術(shù)來(lái)說(shuō)，較小缺陷的識(shí)別與測(cè)量也是在實(shí)際操作過(guò)程中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。因此，本文分別從工業(yè)CT技術(shù)和復(fù)合材料的內(nèi)涵概念入手，借助計(jì)算機(jī)研制出相應(yīng)的軟件，對(duì)斷層掃描的圖像進(jìn)行模型的建立，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，消除技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)改進(jìn)生產(chǎn)工藝具有指導(dǎo)意義。

2 工業(yè)CT技術(shù)和樹(shù)脂基復(fù)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(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對(duì)掃描物體進(jìn)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(lái)說(shuō)具有最終成像直觀(guān)、準(zhǔn)確等特征。在實(shí)際的操作過(guò)程中，主要是應(yīng)用于對(duì)工業(yè)構(gòu)件的無(wú)損檢測(cè)。該技術(shù)最早的應(yīng)用是在上世紀(jì)七十年代中后期，一開(kāi)始僅僅只在醫(yī)學(xué)上使用，但是為了避免對(duì)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(zhēng)過(guò)程中使用，主要應(yīng)對(duì)與針對(duì)飛機(jī)渦輪葉片及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測(cè)過(guò)程。現(xiàn)階段，在科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步過(guò)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(yīng)用于社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面，例如航空航天、石油開(kāi)采、電子設(shè)備、陶瓷及復(fù)合材料等[1]。

2.2 樹(shù)脂基復(fù)合材料

樹(shù)脂基復(fù)合材料是一種以有機(jī)聚合物為基體的纖維增強(qiáng)材料，其組成成分多為環(huán)氧樹(shù)脂和不飽和聚酯樹(shù)脂，主要就是熱塑性樹(shù)脂。這種熱塑性樹(shù)脂能夠在有機(jī)溶劑的作用下發(fā)生溶解，或者在過(guò)熱的環(huán)境中，使其達(dá)到其融點(diǎn)，加熱時(shí)就會(huì)由于軟化和熔融的過(guò)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(guò)冷卻凝固后變硬，形成最終的樹(shù)脂基復(fù)合材料。這一復(fù)合性強(qiáng)的材料也已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于社會(huì)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(shí)際操作意義。

3 工業(yè)CT在樹(shù)脂基復(fù)合材料缺陷檢測(cè)中的實(shí)驗(yàn)研究

3.1 儀器設(shè)備準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境營(yíng)造

為了保證實(shí)驗(yàn)的有效性和精確性，本次實(shí)驗(yàn)采取的設(shè)備是德國(guó)依科視朗國(guó)際射線(xiàn)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(shì)明顯的掃描系統(tǒng)，其一就是線(xiàn)陣掃描探測(cè)器，其二是面陣掃描探測(cè)器，這兩種探測(cè)器的空間分辨率極高，能夠達(dá)到4.0lp/mm，對(duì)于構(gòu)建的檢測(cè)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(fù)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(cè)技術(shù)（ Acoustic Emission） ，該種技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，主要是通過(guò)對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料的組成成分和結(jié)構(gòu)的加載過(guò)程中產(chǎn)生的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)和分析，從而評(píng)價(jià)樹(shù)脂基復(fù)合材料的質(zhì)量水平，以及存在的一些缺陷，便于在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，能夠有效提升實(shí)驗(yàn)的效率。第二種是采用射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)（ Radiographic Testing，即RT）是利用射線(xiàn)（ X 射線(xiàn)、γ 射線(xiàn)、中子射線(xiàn)等）穿過(guò)物體時(shí)的吸收和散射的特性，檢測(cè)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的技術(shù)。這種技術(shù)的應(yīng)用主要針對(duì)于樹(shù)脂聚集與纖維聚集存在缺陷的地方，能夠才分層、分級(jí)的角度詳細(xì)探測(cè)出材料的缺陷問(wèn)題。該種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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(shù)脂基復(fù)合材料缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

首先要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(jìn)行判斷，從而便于缺陷的消除和完善。畫(huà)質(zhì)最為明顯的就是氣孔缺陷的CT圖像。作為導(dǎo)致樹(shù)脂基復(fù)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(méi)有經(jīng)過(guò)一定時(shí)效的預(yù)熱過(guò)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(guò)程中不僅不會(huì)排出水汽，而且還會(huì)由于氣體的進(jìn)入導(dǎo)致更多的氣孔缺陷出現(xiàn)。這一點(diǎn)能夠在圖像上明確的看出來(lái)，一般來(lái)說(shuō)，氣孔缺陷的影像圖片一般都會(huì)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(gè)氣孔的輪廓是光滑的，彼此之間有著明顯的邊界，這就能夠?yàn)榉治鋈藛T提供精確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。另一種是分層缺陷檢測(cè)，分層的出現(xiàn)就意味著材料可能出現(xiàn)了嚴(yán)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(shù)脂的流動(dòng)和纖維的滑移而導(dǎo)致的，需要引起注意。

利用工業(yè)CT技術(shù)對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料制品進(jìn)行檢測(cè)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)?shù)脂基復(fù)合材料中的雜質(zhì)、氣孔等缺陷問(wèn)題做出精確性較高的靈敏度的檢測(cè)，從而有效優(yōu)化復(fù)合材料制品的工藝技術(shù)，從某種程度上來(lái)說(shuō)，能對(duì)提升樹(shù)脂基復(fù)合材料的質(zhì)量具有較大促進(jìn)作用，并且能夠大幅度提升工作效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在科學(xué)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(jìn)步，因此，借助工業(yè)CT技術(shù)對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料制品進(jìn)行缺陷檢測(cè)顯得十分重要。而且在長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中，大量的結(jié)果表明，工業(yè)CT技術(shù)對(duì)于樹(shù)脂基復(fù)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(cè)，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(duì)于樹(shù)脂基復(fù)合材料制品缺陷改造的意義，從而促進(jìn)復(fù)合材料制品的生產(chǎn)工藝完善，提升經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]高佳佳，楚瓏晟.纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料連接技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].玻璃鋼/復(fù)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(shù)脂基復(fù)合材料缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用，2013，41（11）：96-98.