CN101930101B - 一种光纤光栅复合材料智能筋的制备系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤光栅复合材料智能筋的制备系统，该系统包括纤维纱架、材料导向器、树脂槽、集束器、组合模头、模压成型模具、牵引装置、切割装置，以及置入纤维束的光纤光栅，所述组合模头为双半圆形截面的组合模头；所述模压成型模具包括阴模、阳模，所述阴模和阳模上分别对应设置凹槽和凸起。本发明同时还公开了采用该制备系统制备光纤光栅复合材料智能筋的方法，制备方法主要是采用将拉挤成型和模压成型有机结合的方法。其加工工序简单、埋入效果优良，同时能够连续生产该材料。

Description

一种光纤光栅复合材料智能筋的制备系统及方法

【技术领域】

本发明涉及一种复合材料智能筋的制备系统，特别涉及的是一种应用于工程结构材料的应力应变和温度测量的光纤光栅复合材料智能筋的制备。

同时，本发明还涉及一种光纤光栅复合材料智能筋的制备方法。

【背景技术】

出于安全考虑，很多大型的土木工程和基础设施的有效使用寿命是关注的重点。考虑到很多桥梁、大厦、水利设施等的设计寿命都在几十年、甚至上百年，因此，为了长期和施工时在线监控大型土木工程的应用和服役情况，光纤光栅传感器作为一种性能优良的感应元件逐渐被广泛应用。

光纤光栅传感器是通过光反射波长的变化来感应外界微小应力的变化，从而达到对结构应变进行实时监控的目的。基于光纤光栅传感器的工作原理，其优点主要体现在以下几方面：1、环境适应性强，不受环境噪声和电磁的干扰；

2、构造简单，集传感和传输于一体；3、精确度高，可对结构的应变进行高精确度绝对测量和准分布式数值测量。然而，光纤光栅本身很脆、剪切强度低，因此，应用时必需对其进行封装。

目前，关于光纤光栅传感器的封装和布设的报道很多，其中制成光纤光栅复合材料智能筋就是一公开了一种内植光纤光栅纤维增强塑料(FRP)——光纤光栅复合材料智能筋的生产方法。然而，关于连续生产光纤光栅复合材料智能筋的报道却相对较少。因此，本发明公开了一种光纤光栅复合材料智能筋的连续生产的制备系统及方法。

【发明内容】

本发明的目的是为了解决上面所述的技术问题，提供一种工序简易、埋入效果优良、能连续生产的光纤光栅复合材料智能筋的制备系统，同时还提供了光纤光栅复合材料智能筋连续制备的方法。

为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种光纤光栅复合材料智能筋的制备系统，包括纤维束依次经过的纤维纱架、材料导向器、树脂槽、集束器、组合模头、模压成型模具、牵引装置和切割装置，以及植入纤维束内的光纤光栅，其中，组合模头为具有对称双半圆形截面结构的组合模头；模压成型模具包括阴模、阳模，该阴模和阳模上分别对应设置有凹槽和凸起，该凹槽与凸起用于避免阴模和阳模的相互错位而影响制成品的外观。

进一步的，组合模头包括上半圆形模头、隔板、下半圆形模头，螺栓依次将所述上半圆形模头、隔板、下半圆形模头连接在一起。

上半圆形模头、隔板和下半圆形模头均为钢材质制成。

作为一种优选方式，光纤光栅为已做封装处理的光纤光栅，并在光纤光栅的引出段套有尾纤铠装保护套管进行保护。

作为一种优选方式，可以在模压成型模具内部设置一加热装置，这一加热装置可以利用电阻丝进行加热，即采用电加热的方式实现加热固化，从而节省了烘道这一程序；也可以在模压成型模具处设置一烘道，用于实现加热固化。

本发明还提供了一种如上所述的光纤光栅复合材料智能筋的制备方法，将拉挤成型和模压成型有机结合，包括以下步骤：

A纤维束依次经过纤维纱架、材料导向器、树脂槽，浸渍树脂后再通过集束器进行定向排列；

B将定向排列后的纤维束通过具有双半圆形截面结构的组合模头，以形成两个双半圆形截面的预成型体；

C牵引装置将步骤B得到的预成型体拉出组合模头后，将光纤光栅放置于两个预成型体之间；

D将内置有光纤光栅的两个预成型体通过模压成型模具进行模压成型后得到成型体，加热固化，由切割装置切割成段，制得成品。

其中，步骤C中，光纤光栅安置于两个预成型体间的中间位置。

作为一种优选方式，模压成型模具内设置一加热装置，步骤D中的成型体在模压成型模具内边移动边加热固化。

也可以在模压成型模具处设置一烘道，在步骤D中，成型体利用烘道进行加热固化。

作为一种优选方式，模压成型模具还具有连接头加工结构，在步骤D中，将制得成型体的两端加工成连接头的成型体，连接头的加工形状可以为螺纹形状、卡扣形状、凹槽形状等，便于光纤光栅复合材料智能筋与被测物用连接头连接。

本发明的优点是通过采用上述技术方案，其加工工序简单、埋入效果优良，同时实现了连续生产的制备系统。而且根据光纤光栅本身很脆、剪切强度低的缺点，在制备过程中，对光纤光栅进行了封装，进一步解决了现有技术中存在的问题，更好的发挥光纤光栅传感器在应用中作用。

【附图说明】

图1是本发明的一种实施例的系统结构图。

图2是本发明组合模头的截面结构图。

图3是本发明模压成型模具的截面结构图。

图4是由本发明制得的光纤光栅复合材料智能筋成品的结构示意图。

图5是由本发明制得的光纤光栅复合材料智能筋成品的结构剖视图。

【具体实施方式】

下面结合附图及实施例对本发明进行详细阐述。

实施例1：请一并参阅图1至图5，图1为本发明不设置烘道的系统结构图，图2为组合模头的截面结构图，图3为模压成型模具的截面结构图，图4是由本发明制得的光纤光栅复合材料智能筋成品的结构示意图，图5是由本发明制得的光纤光栅复合材料智能筋成品的结构剖视图。本实例中的光纤光栅复合材料智能筋的制备系统，包括纤维束依次经过的纤维纱架1、材料导向器2、树脂槽3、集束器4、组合模头5、模压成型模具7、牵引装置8、切割装置9，其中，光纤光栅6植入纤维束内，其中，组合模头5具有对称双半圆形截面结构，包括上半圆形模头52、隔板53、下半圆形模头54，用螺栓依次将上半圆形模头52、隔板53、下半圆形模头54连接在一起；为达到更好的制备效果，上半圆形模头52、隔板53、下半圆形模头54均为钢材质；由于光纤光栅有本身很脆、剪切强度低的缺点，为更好的发挥光纤光栅的优点，延长其使用寿命，所以作为本发明的另一改善方案，将光纤光栅6进行封装处理，并用尾纤铠装保护套管62对光纤光栅引出段进行保护后再植入纤维束；模压成型模具7包括阴模71、阳模74，阴模71和阳模74的相互接触的一面上分别对应设置凹槽73和凸起75，以达到对中目的，用于避免因阴模71和阳模74相互错位而影响制成品外观；本图1所示的系统结构图中，制备系统不设置烘道，而是在模压成型模具7内设置一加热装置，该加热装置可以由电阻丝构成，以采用电加热的方式进行加热固化，实现了模压成型模具7和加热装置的一体化，不仅达到了更好的加热固化效果，而且简化了系统的结构。

本发明的制备方法如下：

A纤维束依次经过纤维纱架1、材料导向器2、树脂槽3，浸渍树脂后再通过集束器4，使纤维束定向排列；

B将定向排列后的纤维束通过具有对称双半圆形截面结构的组合模头5，以形成两个对称双半圆形截面的预成型体51；

C牵引装置8将步骤B得到的预成型体51拉出组合模头5后，迅速的将光纤光栅6安置于两个预成型体51间的中间位置，其中，光纤光栅为已做封装处理的光纤光栅，并在光纤光栅的引出段套有尾纤铠装保护套管62进行保护；

D再将内置有光纤光栅的两个预成型体51通过模压成型模具7进行模压成型，制得光纤光栅复合材料智能筋成型体72，通过在模压成型模具7内部设置的加热装置，使得成型体72可以在模压成型模具7内边移动边加热固化，制成成品光纤光栅复合材料智能筋。

实施例2：参照图1、图2和图3，其中，在图1的模压成型模具后加设烘道(烘道图略)，由模压成型模具7制得的光纤光栅复合材料智能筋成型体72在烘道内进行加热固化，达到良好的加热固化效果。

作为一种改善方案，模压成型模具7还具有连接头加工结构，可以对制得成型体的两端加工成具有连接头的成型体，该连接头的加工形状可以为螺纹形状、卡扣形状、凹槽形状等，以便于光纤光栅复合材料智能筋与被测物用连接头连接。

由本发明的技术方案制得的光纤光栅复合材料智能筋成品如图4、图5所示，在光纤光栅复合材料智能筋的两端具有加工成螺纹形状的连接头61，内置于复合材料智能筋的光纤光栅6为已做封装处理，并在光纤光栅6的引出段用尾纤铠装保护套管62进行保护。

尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员来说，可以根据上述的说明而做出的各种方案、修改和改动，但这些改动都应该包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤光栅复合材料智能筋的制备系统，包括纤维束依次经过的纤维纱架(1)、材料导向器(2)、树脂槽(3)、集束器(4)、组合模头(5)、模压成型模具(7)、牵引装置(8)、切割装置(9)，以及植入纤维束的光纤光栅(6)，其特征在于：所述组合模头(5)为具有对称双半圆形截面结构的组合模头；所述模压成型模具(7)包括阴模(71)、阳模(74)，所述阴模(71)和阳模(74)上分别对应设置有凹槽(73)和凸起(75)。

2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述组合模头(5)进一步包括上半圆形模头(52)、隔板(53)、下半圆形模头(54)，螺栓依次将上半圆形模头(52)、隔板(53)、下半圆形模头(54)连接在一起。

3.根据权利要求2所述的制备系统，其特征还在于，上半圆形模头(52)、隔板(53)、下半圆形模头(54)均为钢材质制成。

4.根据权利要求1所述的制备系统，其特征还在于，所述光纤光栅(6)为已做封装处理的光纤光栅，且光纤光栅引出段套有尾纤铠装保护套管(62)。

5.根据权利要求1所述的制备系统，其特征还在于，所述模压成型模具(7)内部设置一加热装置。

6.根据权利要求1所述的制备系统，其特征还在于，所述的制备系统还包括有位于模压成型模具(7)处的烘道。

7.一种使用如权利要求1至6任一所述的制备系统来制备光纤光栅复合材料智能筋的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A纤维束依次经过纤维纱架(1)、材料导向器(2)、树脂槽(3)浸渍树脂后再通过集束器(4)进行定向排列；

B将定向排列后的纤维束通过具有对称双半圆形截面结构的组合模头(5)，以形成两个对称双半圆形截面的预成型体(51)；

C牵引装置(8)将步骤B得到的预成型体(51)拉出组合模头(5)后，将光纤光栅(6)安置于两个预成型体(51)之间；

D将内置有光纤光栅的两个预成型体(51)通过模压成型模具(7)进行模压成型后得到成型体(72)，加热固化，由切割装置(9)切割成段，制得成品。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤C中，光纤光栅安置于两个预成型体间的中间位置。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述的模压成型模具(7)内设置一加热装置，步骤D中的成型体(72)在模压成型模具(7)内边移动边加热固化。

10.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，在步骤D中，将制得成型体(72)的两端加工成具有连接头的成型体。

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