高光谱成像技术在液体树脂灌注复合材料固化监测中的应用研究

本研究针对液体树脂灌注(LRI)制造过程中固化度监测难题，创新性地采用近红外高光谱成像(NIR-HSI)技术，通过建立光谱反射率与介电传感器数据的关联模型，实现了非侵入式原位监测。该成果发表于《Spectrochimica Acta Part A》，为复合材料制造质量控制提供了新方法。

　　

在复合材料制造领域，液体树脂灌注(Liquid Resin Infusion, LRI)工艺因其成本效益和设计灵活性被广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。然而，传统固化监测方法如介电传感器存在侵入式检测、局部测量等局限，难以实现全流程质量控制。这一技术瓶颈严重制约了高性能复合材料制造的良品率和生产效率。

欧洲FLASH-COMP项目组的研究人员Xabier Zurutuza Lasa等创新性地将近红外高光谱成像(Near-Infrared Hyperspectral Imaging, NIR-HSI)技术引入LRI工艺监测。这项发表于《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》的研究，通过建立光谱特征与固化度的定量关系，实现了非接触式、全场域的实时监测。

研究团队主要采用三项关键技术：首先运用NIR-HSI系统采集RTM6-2环氧树脂在900-1700nm波段的光谱数据；其次通过介电传感器获取固化度参考值；最后采用化学计量学方法建立两者相关性模型。特别值得注意的是，研究选择了碳纤维增强复合材料作为测试样本，确保了工业场景的适用性。

【材料与工艺】
章节详细解析了LRI工艺流程：在真空压力作用下，RTM6-2环氧树脂通过流道介质均匀渗透碳纤维预制体。该四官能度环氧-胺体系在固化时发生环氧单体氧杂环丙烷环与硬化剂胺基的交联反应，形成三维网络结构。

【光谱表征】
研究发现，随着固化反应进行，环氧基团特征峰(约1150nm)强度递减，而羟基特征峰(约1450nm)增强。这种光谱演变与介电传感器测量的固化度呈现显著相关性(R²>0.95)，验证了NIR-HSI用于定量分析的可行性。

【结论】
研究证实NIR-HSI技术可精确反映环氧树脂从流动态到完全固化的全过程，其空间分辨率达到亚毫米级，远超传统点式传感器。作者特别指出，该方法无需嵌入检测元件，避免了复合材料的结构完整性破坏。

在讨论部分，研究者强调该技术对实现"零缺陷制造"的突破性意义：一方面通过全场监测预防树脂不完全固化或流动不均导致的缺陷；另一方面为数字孪生系统提供了实时数据支持。这项由欧盟"地平线欧洲"计划资助的成果(项目号101058458)，为复合材料智能制造提供了新的质量监控范式，未来可扩展至热塑性复合材料等更多体系。