专利名称：一种单向纤维束有效毛细半径的获取方法
技术领域：
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种单向纤维束有效毛细半径的获取方法。
背景技术：
纤维束内部的孔隙分布，极大影响液体在内部的润湿过程。然而由于内部孔隙的复杂性(大小不一、分布不均)，都采用等效毛细孔径的概念描述内部孔隙，即将纤维束中的复杂孔隙等效为一支具有相同流动特性的毛细管。目前，国内外都是采用复杂的实验手段(压汞法、泡压法等)，首先获得该纤维束的孔径分布，然后将孔径进行平均处理，获得等效毛细半径，却难以直接体现纤维束的流动特性，造成流动理论计算值与实验值之间存在不小偏差，影响后续纤维束的润湿行为分析工作。Benjamin J. Mullins等人通过测试流体在高孔隙率过滤介质中的上升重量变化，获取了该种多孔织物的有效毛细半径,(Capillarity in fibrous filter media:Relationship to filter properties.Chemical Engineering Science 62 (2007) 6191-6198),没有对单向纤维束进行研究，且 在测量液体上升质量时没有消除液固表面张力的影响；齐宏进等人发明了一种质量分级方法对纱线的孔径分布进行测量(基于质量分级对纱线毛细孔径分布的测定装置及方法，201010513290. I),同样需要在取得孔径分布的基础上进行平均化处理，才能得到纱线的有效毛细半径，但平均化处理能不能反映纱线本身的浸润过程，必须慎重。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种单向纤维束有效毛细半径的获取方法，无须获取纱线的孔径分布，操作简单，结果准确可靠，能够很好地检验其它测量方法的有效性。技术方案一种单向纤维束有效毛细半径的获取方法，其特征在于步骤如下步骤I :将单向纤维束放进集束装置中，纤维束端面与集束装置上端平齐，计算当
前纤维束的体积含量匕=$+，其中df为纤维丝的直径；n为纤维束中纤维丝的个数；ds
(λ (Sfi-
官
为集束圆管的内径；步骤2 :将装有纤维束的集束装置悬挂于电子密度天平上，此时天平读数清零；然后将液体放入一个容器中，使集束装置置入容器中，匀速提升容器使集束装置浸入液体I 3mm,计算消除液固接触时的表面张力的影响-wWsse)，其中mQ(t)为液体在纤维束中的真实质量为提升中任一时间点测量的液体质量为时间终止时测量的液体质量为液面脱离时的测量的液体质量；步骤3 :根据公式=，将液体上升质量转换为高度；其中At为集束圆管内孔的横截面积，X(t)为随时间变化的液面上升高度；步骤4 :将获得的液体质量与时间数据代入以下的修正washburn方程,采用最小二乘法处理数据；所述修Erashburn方程为〖=小其中t为时间，η
gPorcU
为液体的粘度，X0为玻璃管初始浸入液体的高度，X =O为最终液体上升高度；最小二乘法的步骤如下步骤a :给定X00、rc 一个初值；
步骤b :将液体上升高度与时间分别赋予X、t ；步骤c :搜索满足Σ^—=min的r。值，该r。为单向纤维束有效毛细半径；
I
其中为选定一个r。时，对应于X的理论时间计算值)为对应于液体上升高度的时间值。所述集束装置为玻璃管。所述电子密度天平的精度为O. Img lmg。所述液体为水、矿物油或树脂。有益效果本发明提出的一种单向纤维束有效毛细半径的获取方法，有益效果是这种毛细半径的确定方法源于实际的毛细流动结果，结合流动公式反推计算获得，是单向纤维束轴向浸润行为的直接体现，省却了纤维束孔径分布的测量，操作简单方便快捷；同时本发明消除了液体表面张力对纤维束的影响，结果准确可靠，能够成为其他获取方法的有效参照标准。
图I为集束纤维束置于玻璃管示意图；图2为集束纤维束横截面示意图；I-玻璃管，2-纤维束；
具体实施例方式现结合实施例、附图对本发明作进一步描述下面以一种单向玻璃纤维束为例详细说明(I)将19股单丝直径7. 5 μ、每股2200根纤维丝合并成束，放进直径2. 8mm的玻
璃圆管内，将纤维束裁剪后，一端与玻璃管平齐，如图I所示，计算纤维体积含量
= W/ = i9x2200x(7.5xi0Y=2999%；
} d賓22.82(2)在25°C时，将不饱和聚酯树脂200ml放入小杯中，用密度计测得密度为
I.160g/cm3，旋转粘度计测得黏度O. 3Pa · s ；(3)如图2所示，将纤维束悬挂于精度O. OOlg的电子密度天平上，缓慢提升小杯，使得树脂浸入玻璃管2_，固定后，天平开始记录树脂上升质量随时间的变化，并通过数据线传输至计算机中。并按以下公式消除液固接触时的表面张力的影响
权利要求
1.一种单向纤维束有效毛细半径的获取方法，其特征在于步骤如下 步骤I:将单向纤维束放进集束装置中，纤维束端面与集束装置上端平齐，计算当前纤维束的体积含量
2.根据权利要求I所述单向纤维束有效毛细半径的获取方法，其特征在于所述集束装置为玻璃管。
3.根据权利要求I所述单向纤维束有效毛细半径的获取方法，其特征在于所述电子密度天平的精度为O. Img lmg。
4.根据权利要求I所述单向纤维束有效毛细半径的获取方法，其特征在于所述液体为水、矿物油或树脂。
全文摘要
本发明涉及一种单向纤维束有效毛细半径的获取方法，技术特征在于利用毛细作用原理，将单向纤维束集束在圆管中，悬挂于天平上；然后使水、矿物油或树脂等液体接触纤维束，记录液体上升质量随时间的变化；最后采用最小二乘法拟合实验结果，获得毛细半径的最佳值。该方法由实际流动结果反推获得，是单向纤维束浸润性的直接体现，省却了纤维束孔径分布的测量操作，方法简单，操作简便，同时本发明消除了液体表面张力对纤维束的影响，结果准确可靠。
文档编号G01N15/08GK102840843SQ201210315078
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者蒋建军, 方良超, 邓超, 史景文, 王俊彪 申请人:西北工业大学