CN104199140A - 一种预埋光纤光栅复合材料层合板制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料结构成型工艺技术，涉及一种预埋光纤光栅复合材料层合板制造方法。本发明利用高温光纤在高温高压条件下，高温光纤涂覆层保存良好，仍然具有较好的韧性特点，将高温光纤与普通光纤光栅结合，将普通光纤光栅和部分高温光纤预埋于复合材料预成型结构中，能保证光栅传感功能、保证复合材料的结构性能的前提下，有效防止光纤在脱模、运输、加工过程中，轻易就容易断裂的缺点，提高预埋光纤光栅的成活率。

Description

一种预埋光纤光栅复合材料层合板制造方法

技术领域

本发明属于复合材料结构成型工艺技术，涉及一种预埋光纤光栅复合材料层合板制造方法。

背景技术

光纤光栅传感器作为一种新型的传感器件，具有居多优点：如重量轻、精度高、抗干扰、易成网，实时监测复合材料层合结构的损伤状况和寿命预测。光纤传感技术现已经在民用领域得到了大量应用，部分已经应用到航空、航天结构的研制过程中。

将光纤光栅传感器预埋于复合材料层合板中，就可以对层合板进行感知与预测。然而，中温固化复合材料层合板结构，通常要进入热压罐，经过高温高压处理，热压罐中层合板结构的固化温度一般在80℃～120℃，固化压力在1～6个大气压。普通光纤在60℃左右表面的涂覆层就融化了。缺少保护层的光纤光栅很脆，在脱模、运输、加工过程中，轻易就容易断裂。特别是在光纤伸出复合材料层板的位置，由于复合材料层板刚度较大，柔性较小，容易在出口处产生应力集中，所以预埋光纤在复合材料出口处更容易折断。无法将光信号传入到复材结构内部并对复材进行状态和寿命监测。

传统的方法是直接将普通的光纤光栅从复材结构表面或断面引出，因为高温高压，普通光纤光栅表面涂覆层融化，融化涂覆层后的光纤光栅，具有在脱模、运输和加工中容易被折断的缺点；采用将保护套嵌入到复材中，光纤从保护套引出的方法，同样容易引起光纤在脱模、运输和加工中容易被折断。

发明内容

本发明的目的是提出一种防止预埋光纤复合材料结构，在脱模、运输、加工的过程中断裂，生产合格有效的预埋光纤光栅复合材料层合结构的制造方法。本发明的技术解决方案是，

(1)、根据复合材料预成型板的长度，截取一段长度小于复合材料预成型板长度的普通光纤光栅，

(2)、截取2段高温光纤，分别焊接于普通光纤光栅的两端，焊接时，首先将高温光纤置于酒精灯上烧烤，去除高温光纤焊接节点处的涂覆层，去除涂覆层后用酒精清洗，再与去除涂覆层后的普通光纤光栅焊接；

(3)、将焊接好的光纤光栅预埋于复合材料预成型板中，普通光纤光栅的光栅置于两个焊接节点之间，两个焊接节点均预埋在复合材料预成型板的中，高温光纤置于复合材料预成型板外，普通光纤光栅上按照设计需要再铺放预浸料；

(4)、将暴露于复合材料层合板外的高温光纤，用脱模薄膜A4000材料包覆；

(5)、按照通常的方法对预埋有光纤光栅的复合材料层合板进行封装、固化成型、脱模；脱模后，得到完好的预埋光纤复合材料层合板。

预埋在复合材料预成型板中的普通光纤光栅的数量大于1根时，暴露于复合材料预成型板外的每两根高温光纤之间采用脱模薄膜A4000材料隔离分开。

本发明具有的优点和有益效果，本发明利用高温光纤在高温高压条件下，高温光纤涂覆层保存良好，仍然具有较好的韧性特点，将高温光纤与普通光纤光栅结合，将普通光纤光栅和部分高温光纤预埋于复合材料预成型结构中，能保证光栅传感功能、保证复合材料的结构性能的前提下，有效防止光纤在脱模、运输、加工过程中，轻易就容易断裂的缺点，提高预埋光纤光栅的成活率。

本发明提出了一种预埋光纤光栅复合材料层合板制造工艺方法。这种方法利用高温光纤耐热性的特点，首先，采用普通的光纤光栅或采用普通光纤光栅焊接成串，根据需要截取一定的长度，其次，截取一定长度的高温光纤，将高温光纤和普通光纤光栅或光栅串焊接在一起，焊接前，将高温光纤置于酒精灯上烧烤，去除高温光纤焊接节点处的涂覆层，去除涂覆层后用酒精清洗。再次，将焊接好的光纤光栅预埋于复合材料层合板中，预埋时，需要注意将高温光纤和普通光纤的焊接点、普通光纤光栅都预埋包含在预成型板内。再次，将暴露于层合板外的光纤用脱模薄膜A4000材料隔离分开，对于1根光纤，可以用A4000材料直接包覆光纤进行隔离分开，对于多根光纤，可以对每根光纤分别包覆进行隔离，也可以按光纤层一次性进行隔离，最后，采用通常的方法对复合材料层合板封装、固化成型和脱模，得到预埋光纤光栅复合材料层合板。本发明对预埋光纤光栅的数量没有限制，突破了复合材料层合板预埋光纤光栅过程中，出口位置处光纤容易断裂的制造工艺瓶颈问题，促进光纤光栅传感器在复合材料层合结构中的工业应用。

附图说明

图1是本发明的示意平面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明，

第一步、首先根据复合材料层合板5的长度，截取一定长度的普通光纤光栅2。

第二步、截取2段高温光纤1，并与上述的普通光纤光栅2焊接起来，焊接节点处4，焊接时，需要去除高温光纤和普通光纤的涂覆层，可以将高温光纤置于酒精灯上烧烤，去除涂覆层后用酒精清洗，普通光纤光栅的光栅3置于两个焊接节点之间。

第三步、将焊接好的光纤光栅预埋于复合材料层合板1中。预埋时，需要注意将高温光纤和普通光纤光栅的焊接点、普通光纤光栅都预埋包含在预成型板内。

第四步、将暴露于层合板外的高温光纤1，用脱模薄膜A4000材料3隔离分开，对于1根光纤，可以用A4000材料直接包覆光纤进行隔离分开，对于多根光纤，可以对每根光纤分别包覆进行隔离，也可以按光纤层采用A4000材料一次性进行隔离。

第五步、按照通常的方法对预埋有光纤光栅的复合材料层合板进行封装、固化成型；脱模后，得到完好的预埋光纤复合材料层合板结构。

实施例

以一块400×500×1.8(mm×mm×mm)预埋2根普通光纤光栅的10层复合材料层合板为例，说明采用本成型工艺的实施情况。

层合板铺层为(+45°/-45°/Fiber/0°/0°/90°/90°/0°/0°/Fiber/-45°/+45°)采用T700/BA9906-2预浸料，单层厚度0.15mm，Fiber表示铺设光纤光栅传感器，

首先，截取普通光纤光栅长度约为300mm。如图1所示。

其次，截取高温光纤光栅2段，长度约为500mm。并与上述的普通光纤光栅焊接起来。焊接时，需要去除高温光纤和普通光纤的涂覆层，可以将高温光纤置于酒精灯上烧烤，去除涂覆层后用酒精清洗。

再次，将焊接好的光纤光栅预埋于复合材料预成型板中。预埋时，需要注意将高温光纤和普通光纤的焊接点、普通光纤光栅都预埋包含在预成型板内。

再次，将暴露于层合板外的高温光纤用脱模薄膜A4000材料隔离分开。

最后，按照通常的方法对复合材料层合板进行封装、固化成型、脱模。

相关操作完成后，得到完好的预埋光纤复合材料层合结构。

Claims (2)

1.一种预埋光纤光栅复合材料层合板的制造方法，其特征是，

(1)、根据复合材料预成型板的长度，截取一段长度小于复合材料预成型板长度的普通光纤光栅，

(2)、截取2段高温光纤，分别焊接于普通光纤光栅的两端，焊接时，首先将高温光纤置于酒精灯上烧烤，去除高温光纤焊接节点处的涂覆层，去除涂覆层后用酒精清洗，再与去除涂覆层后的普通光纤光栅焊接；

(3)、将焊接好的光纤光栅放置在复合材料预成型板上，普通光纤光栅的光栅置于两个焊接节点之间，两个焊接节点均预埋在复合材料预成型板的中，高温光纤置于复合材料预成型板外，普通光纤光栅上按照设计需要再铺放预浸料；

(4)、将暴露于复合材料层合板外的高温光纤，用脱模薄膜A4000材料包覆；

(5)、按照通常的方法对预埋有光纤光栅的复合材料层合板进行封装、固化成型、脱模；脱模后，得到完好的预埋光纤复合材料层合板。

2.根据权利要求1所述的一种预埋光纤光栅复合材料层合板制造方法，其特征是，预埋在复合材料预成型板中的普通光纤光栅的数量大于1根时，暴露于复合材料预成型板外的每两根高温光纤之间采用脱模薄膜A4000材料隔离分开。