CN102152549A - 一种天然竹纤维光纤智能复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种天然竹纤维光纤智能复合材料及其制备方法，该天然竹纤维光纤智能复合材料由竹胶合篾底层、光纤应变传感器、竹胶合篾面层构成，光纤应变传感器位于竹胶合篾底层和竹胶合篾面层之间。本发明还包括所述天然竹纤维光纤智能复合材料制备方法。本发明天然竹纤维光纤智能复合材料继承了普通竹纤维胶合材料强度高、稳定性强的特点，同时具有损伤自检、力学性能自测的性能，为智能竹纤维复合材料建立结构损伤主动、在线和实时监测提供方便，可应用于建筑业、包装业等行业。

Description

一种天然竹纤维光纤智能复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种天然竹纤维光纤智能复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种具有自我诊断和监测功能的天然竹纤维光纤智能复合板材及其制备方法。

背景技术

智能材料与结构的研究兴起于20世纪80年代中期，起源于航空航天领域。很快，智能材料在土木工程领域得到了研究与应用。智能材料的应用与发展意味着工程结构功能的增强，结构使用效率的提高，结构形式的优化和结构维护成本的降低。随着全球经济的发展，对桥梁与建筑等的安全性要求逐渐提高，使得智能材料与结构的健康监测技术越来越显示出其发展的潜力和生命力。对于传统的钢筋混凝土而言，其健康监测的实施一般是在施工过程中对其预埋合适的传感器，或在完工后安装相应的传感器。对于竹木结构而言，由于其材料的日益工业化和模数化，其结构构件一般为预制，给构件的智能化处理提供了方便。

纵观国内外对复合材料光纤传感器的研究，大多集中在高分子材料、复合金属材料（如飞机机身材料）等方面，而对光纤传感器在建筑方面的应用也主要是针对大型混凝土结构预埋传感器进行监控。

天然竹纤维光纤智能复合材料将光纤传感器引入到新型建筑材料中，使天然竹纤维复合材料的智能化成为可能。一种天然竹纤维光纤智能复合材料这种天然纤维材料在建筑领域的应用受到国内外的日益关注。

国内外的相关科研工作者对光纤光栅传感器做了大量的研究，并在很多工程上应用了光纤光栅传感器这种新技术。但目前均是使用高分子材料或智能混凝土材料，这些材料存在能耗较高，对环境也有污染，成本也较高，加工过程也较复杂等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种低能耗、低污染、低成本、原料广泛、加工简单，同时具有强度高、稳定性强、损伤自检、力学性能自测性能的天然竹纤维光纤智能复合材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现。

本发明之天然竹纤维光纤智能复合材料, 其由竹胶合篾底层、光纤应变传感器和竹胶合篾面层构成，所述光纤应变传感器位于竹胶合篾底层和竹胶合篾面层之间。

所述光纤应变传感器可为有线光纤应变传感器或无线光纤应变传感器；当光纤应变传感器为带有传感导线的有线光纤应变传感器时，传感导线应当伸出竹胶合篾底层和竹胶合篾面层的边沿之外。

本发明之天然竹纤维光纤智能复合材料的制备方法，包括以下步骤：

⑴ 按照设计要求，将若干层天然竹篾层胶合并压制成规定厚度的胶合竹篾层，作为竹胶合篾底层；

⑵ 根据结构构件监测要求选定预埋光纤应变传感器的型号；

⑶ 根据对构件抗压信号和/或抗拉信号监测的要求，确定预埋光纤应变传感器的位置；当光纤应变传感器为有线光纤应变传感器时,还应确定传感导线引出位置；

⑷ 对准备预埋的光纤应变传感器进行测试，以确定其性能；

⑸ 对竹胶合篾底层准备预埋光纤应变传感器位置进行平整化处理，并均匀涂抹一层固化胶；

⑹ 按步骤⑶确定的位置将所需埋入的光纤应变传感器按构件长度方向排布，并用固化胶固定；

⑺ 对布置好光纤应变传感器的半成品继续刷胶并排布天然竹篾纤维层至设计厚度，作为竹胶合篾面层；

⑻ 在固化压力机上，固化热压成型，放置至常温后，对板材边部做整齐化处理。

本发明天然竹纤维光纤智能复合材料为一种能够感受和传导特定结构构件中压力或拉力信号的智能材料，为智能竹纤维复合材料建立结构损伤主动、在线和实时监测提供方便，应用于建筑结构的健康监测提供了可能。胶合竹材作为一种复合材料，具有强度高、耐候性好等特点，而光纤光栅具有灵敏度高、精度好、可靠性高、抗电磁干扰、抗腐蚀、结构简单、尺寸小的特点。将这两者在生产过程中有机结合且能在使用中发挥各自的特性，将使胶合竹材这种天然纤维竹材的发展迈出智能化的步伐。

这种绿色智能复合建筑材料的诞生和推广，有望取代目前的一些人造纤维智能复合材料，使智能材料更为环保和节能。相比目前的一些智能混凝土材料和高分子材料，本发明天然竹纤维光纤智能复合材料具有低能耗、低污染、低成本、原料广泛、加工简单等特点，不但在建筑结构领域，也有望在土木工程施工包装、汽车等行业发挥绿色智能材料的作用。

附图说明

图1是本发明天然竹纤维光纤智能复合材料实施例的光纤应变传感器预埋位置图；

图2是图1所示实施例分层结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

参照附图，本天然竹纤维光纤智能复合材料实施例由竹胶合篾底层1、光纤应变传感器2、竹胶合篾面层4构成，光纤应变传感器2设有传感导线3，光纤应变传感器2位于竹胶合篾底层1和竹胶合篾面层4之间，传感导线3伸出竹胶合篾底层1和竹胶合篾面层4边沿之外。

制备方法：

⑴ 按照设计要求，将若干层天然竹篾纤维层胶合并压制成规定厚度的胶合竹篾层，作为竹胶合篾底层1；

⑵ 根据结构构件监测要求选定预埋光纤应变传感器2的型号；

⑶ 根据对构件上端抗压信号及下端抗拉信号监测的要求，确定板材中预埋光纤应变传感器2的位置及传感导线3引出位置

⑷ 对准备预埋的光纤应变传感器2进行测试，以确定其性能；

⑸ 对竹胶合篾底层1准备预埋光纤应变传感器2位置进行平整化处理，并均匀涂抹一层固化胶；

⑹ 按步骤⑶确定的位置将所需埋入的光纤应变传感器2按构件长度方向排布，并用固化胶固定；

⑺对布置好光纤应变传感器2及传感导线3的半成品继续刷胶并排布天然竹篾纤维层至设计厚度，作为胶合竹篾面层4；

⑻ 在固化压力机上，在固化压力3MPa，热压温度150℃条件下，热压15min，放置至常温后，对板材边部做整齐化处理。

本实施例之天然竹纤维光纤智能复合材料为一种能够感受和传导特定结构构件中压力或拉力信号的智能材料，为天然竹纤维建筑材料应用于建筑结构的健康监测提供了可能。

胶合竹材作为一种复合材料，具有强度高、耐候性好等特点，而光纤光栅具有灵敏度高、精度好、可靠性高、抗电磁干扰、抗腐蚀、结构简单、尺寸小等特点。本发明将这两者在生产过程中有机结合,且能在使用中发挥各自的特性，将使胶合竹材这种天然纤维材料的发展迈出智能化的步伐。

Claims (4)

1.一种天然竹纤维光纤智能复合材料，其特征在于，由竹胶合篾底层、光纤应变传感器和竹胶合篾面层构成，所述光纤应变传感器位于竹胶合篾底层和竹胶合篾面层之间。

2.根据权利要求1所述的天然竹纤维光纤智能复合材料，其特征在于，所述光纤应变传感器为无线光纤应变传感器。

3.根据权利要求1所述的天然竹纤维光纤智能复合材料，其特征在于，所述光纤应变传感器为有线光纤应变传感器，有线光纤应变传感器的传感导线伸出竹胶合篾底层和竹胶合篾面层的边沿之外。

4.种如权利要求1所述天然竹纤维光纤智能复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

⑴ 按照设计要求，将若干层天然竹篾层胶合并压制成规定厚度的胶合竹篾层，作为竹胶合篾底层；

⑵ 根据结构构件监测要求选定预埋光纤应变传感器的型号；

⑶ 根据对构件抗压信号和/或抗拉信号监测的要求，确定预埋光纤应变传感器的位置；当光纤应变传感器为有线光纤应变传感器时,还应确定传感导线引出位置； 

⑷ 对准备预埋的光纤应变传感器进行测试，以确定其性能；

⑸ 对竹胶合篾底层准备预埋光纤应变传感器位置进行平整化处理，并均匀涂抹一层固化胶；

⑹ 按步骤⑶确定的位置将所需埋入的光纤应变传感器按构件长度方向排布，并用固化胶固定；

⑺ 对布置好光纤应变传感器的半成品继续刷胶并排布天然竹篾纤维层至设计厚度，作为竹胶合篾面层；

⑻ 在固化压力机上，固化热压成型，放置至常温后，对板材边部做整齐化处理。

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