CN111928971A - 一种状态监测一体化复合材料结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种状态监测一体化复合材料结构，包括一体纤维结构编制形成的一体纤维复合材料编制层，和通过浸渍附着方法进入所述一体纤维复合材料编制层间隙的编制层高分子材料固化结构，所述一体纤维复合材料编制层和所述编制层高分子材料固化结构形成单层一体纤维复合材料结构；本发明能够准确的探测纤维复合材料编制层内部的状态变化，并将信号传递出去，避免复杂、成本高企的无损检测过程及实现复合材料结构的实时状态检测，成本低，不受电磁干扰，能检测结构内部变化的特点，同时可以形成具有更厚的复合材料层，大大增强整体复合材料的机械强度。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，涉及一种复合材料结构，具体涉及一种状态监测复合材料结构。
背景技术
与传统金属材料相比，纤维增强复合材料由于其优异的比强度、比刚度、抗疲劳与抗腐蚀性能、以及可设计性而在交通、能源、建筑等领域得到日益广泛的应用，以波音飞机为例，以树脂基纤维增强复合材料为主体的复合材料在结构材料中的比重已由20世纪70年代波音747的1%迅速增加到现今波音787的50%，同时在巨型风机叶片上也大量使用此类材料，然而，复合材料对损伤非常敏感，损伤一旦出现，就极有可能造成重大损失，因此，经常性的检测就成为必要，但如此，就需要耗费大量的人力物力，同时检测也是非常复杂，因此如果能够寻找一种更便捷、成本更低的技术方案则显得非常必要。
发明内容
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。
本发明提供了一种状态监测一体化复合材料结构，包括包括一体纤维结构编制形成的一体纤维复合材料编制层，所述一体纤维结构包括纤维复合材料及光纤，所述光纤复合到所述纤维复合材料中，所述光纤表面附着光纤高分子材料涂层；
和通过浸渍附着方法进入所述一体纤维复合材料编制层间隙的编制层高分子材料固化结构，所述编制层高分子材料固化结构为经过真空脱泡处理及常温加压固化处理的高分子材料固化结构；
所述一体纤维复合材料编制层和所述编制层高分子材料固化结构形成单层一体纤维复合材料结构，所述一体纤维结构具有外露在所述一体纤维复合材料结构的外露端，所述外露端外部具有弹性材料层。
本发明通过预制纤维复合材料及光纤一体纤维结构，使用所述一体纤维结构制备一体纤维复合材料编织层，所述光纤表面附着光纤高分子材料涂层，编入所述光纤的所述一体纤维复合材料编织层进行编织层高分子材料浸渍附着流程，同时对所述光纤进行引出并制作出口防护，并进行真空脱泡处理，常温加压固化处理，形成单层一体纤维复合材料；
或在单层一体纤维复合材料上，再次或多次进行高分子材料附着和所述一体纤维复合材料编织层或纤维复合材料编织层的贴合，加温加压固化处理，之后进行涂覆并形成树脂封装层及其上的覆盖层，形成多层的状态监测一体化复合材料。
将光纤和纤维复合材料形成一体化纤维结构，在进行编织，形成一体纤维复合材料编织层，使用编织层高分子材料进行浸渍工艺，编织层高分子材料能够渗入到一体纤维复合材料编织层的纤维之间，形成对纤维的包裹结构，并进行常温加压固化处理，形成单层的一体纤维复合材料；也可以在单层一体纤维复合材料基础上通过多层的堆叠，包括纤维复合材料和编织层高分子材料浸渍工艺，形成多层的一体纤维复合材料。
本发明通过将光纤编制在纤维复合材料编制层内，与纤维形成一体，能够准确的体现出纤维复合材料编制层内部的状态变化，并通过相应的传感器将特定信号传递出去，可以避免复杂、成本高企的无损检测过程，还可以实现复合材料结构的实时状态检测，成本低，不受电磁干扰，能检测结构内部变化的特点，同时通过多层一体纤维复合材料编织层或纤维复合材料编织层与编织层高分子材料涂层的自由组合贴合，如一层编织层高分子材料涂层次序交替，或其他方式的次序组合，可以形成具有更厚的复合材料层，能够大大增强整体复合材料的机械强度，形成更多应用领域的产品。
另外，根据本发明公开的状态监测一体化复合材料结构，还具有如下附加技术特征：
进一步地，所述光纤外部联结智能光纤传感器。
更进一步地，所述光纤传感器为基于布拉格光栅（FBG）的智能光纤传感器集成。
更进一步地，所述的智能光纤传感器包括应变传感器和光栅温度传感器。
进一步地，所述光纤高分子材料涂层为环氧树脂固化剂或酚醛树脂或乙烯基树脂结构，热固性树脂基本都可以达到相应要求。
进一步地，所述复合材料内还预设耦合器和方向控制器，通过所述耦合器和所述方向控制器监测编入所述纤维复合材料编织层内的所述光纤状态。
进一步地，所述状态检测一体化复合材料还包括多层高分子薄膜层，再进行树脂封装及加装覆盖层。
进一步地，所述光纤高分子材料涂层为具有机械保护功能的涂层或具有光学反射功能的涂层或上述两者功能结合的涂层。
进一步地，所述编织层高分子材料涂层为热固型高分子材料涂层。
进一步地，所述热固型高分子材料涂层环氧树脂或丙烯酸树脂。
进一步地，进行出口防护的外露光纤表层附着涂覆弹性高分子材料涂层，采用弹性高分子材料层可以对外露光纤具有保护作用。
进一步地，将直径分别为250μm、170μm、160μm与125μm的表面涂覆光敏环氧丙烯酸酯的光纤植入一体化纤维结构中，所有埋置位置预留光纤以便加工，并保护光纤，完成后制作真空袋入热压罐固化制作复合材料
进一步地，光纤的表面涂覆一层高分子薄膜，可为丙烯酸薄膜或聚酰亚胺薄膜，丙烯酸涂层厚度为60μm～80μm，聚酰亚胺涂层厚度为10μm～25μm，涂覆层太厚影响传感器灵敏度，太薄起不到保护光纤的作用。
进一步地，外露光纤保护套管采用聚四氟乙烯材料，套管外径为0.8mm，保护套管可在成型及监测高低温环境下有效保护光纤。
进一步地，所述纤维复合材料是有纤维材料中的一种或者多种与树脂材料中的种或者多种按一定比例混合得到的树脂基复合材料预浸料组成，所述的纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维，所述的树脂材料包括环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂或其他热固性树脂。
本发明还公开了一种基于所述单层一体纤维复合材料结构形成的多层状态监测一体化复合材料结构，包括所述单层一体纤维复合材料结构外层具有多层纤维复合材料结构或所述一体纤维复合材料结构，次外层具有封装层及外层的覆盖层。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的状态监测一体化复合材料结构示意图；
图中，1一体化纤维结构，2光纤，3编织层高分子材料，4纤维结构。
具体实施方式
下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下面将参照附图来描述本发明的状态监测一体化复合材料结构，其中图1是本发明的状态监测一体化复合材料结构示意图。
根据本发明的实施例，包括一体纤维结构编制形成的一体纤维复合材料编制层，所述一体纤维结构包括纤维复合材料及光纤，所述光纤复合到所述纤维复合材料中，所述光纤表面附着光纤高分子材料涂层；
和通过浸渍附着方法进入所述一体纤维复合材料编制层间隙的编制层高分子材料固化结构，所述编制层高分子材料固化结构为经过真空脱泡处理及常温加压固化处理的高分子材料固化结构；
所述一体纤维复合材料编制层和所述编制层高分子材料固化结构形成单层一体纤维复合材料结构，所述一体纤维结构具有外露在所述一体纤维复合材料结构的外露端，所述外露端外部具有弹性材料层。
本案先预制纤维复合材料及光纤一体纤维结构，使用所述一体纤维结构制备一体纤维复合材料编织层，所述光纤表面附着光纤高分子材料涂层，编入所述光纤的所述一体纤维复合材料编织层进行编织层高分子材料浸渍附着流程，同时对所述光纤进行引出并制作出口防护，并进行真空脱泡处理，常温加压固化处理，形成单层一体纤维复合材料；
或在单层一体纤维复合材料上，再次或多次进行高分子材料附着和所述一体纤维复合材料编织层或纤维复合材料编织层的贴合，加温加压固化处理，之后进行涂覆并形成树脂封装层及其上的覆盖层，形成多层的状态监测一体化复合材料。
同时，本发明的实施例还具有如下特点：
根据本发明的一个实施例，所述光纤外部联结智能光纤传感器。
进一步地，所述光纤传感器为基于布拉格光栅（FBG）的智能光纤传感器集成。
进一步地，所述的智能光纤传感器包括应变传感器和光栅温度传感器。
根据本发明的一些实施例，所述光纤高分子材料涂层为环氧树脂固化剂或酚醛树脂或乙烯基树脂结构，热固性树脂基本都可以达到相应要求。
根据本发明的一个实施例，所述复合材料内还预设耦合器和方向控制器，通过所述耦合器和所述方向控制器监测编入所述纤维复合材料编织层内的所述光纤状态。
根据本发明的一些实施例，所述状态检测一体化复合材料还包括多层高分子薄膜层，再进行树脂封装及加装覆盖层。
根据本发明的一些实施例，所述光纤高分子材料涂层为具有机械保护功能的涂层或具有光学反射功能的涂层或上述两者功能结合的涂层。
根据本发明的一些实施例，所述编织层高分子材料涂层为热固型高分子材料涂层。
根据本发明的一些实施例，所述热固型高分子材料涂层环氧树脂或丙烯酸树脂。
根据本发明的一个实施例，进行出口防护的外露光纤表层附着涂覆弹性高分子材料涂层。
根据本发明的一个实施例，将直径分别为250μm、170μm、160μm与125μm的表面涂覆光敏环氧丙烯酸酯的光纤植入一体化纤维结构中，所有埋置位置预留光纤以便加工，并保护光纤，完成后制作真空袋入热压罐固化制作复合材料
根据本发明的一些实施例，光纤的表面涂覆一层高分子薄膜，可为丙烯酸薄膜或聚酰亚胺薄膜，丙烯酸涂层厚度为60μm～80μm，聚酰亚胺涂层厚度为10μm～25μm，涂覆层太厚影响传感器灵敏度，太薄起不到保护光纤的作用。
根据本发明的一些实施例，外露光纤保护套管采用聚四氟乙烯材料，套管外径为0.8mm，保护套管可在成型及监测高低温环境下有效保护光纤。
根据本发明的实施例，所述纤维复合材料是有纤维材料中的一种或者多种与树脂材料中的种或者多种按一定比例混合得到的树脂基复合材料预浸料组成，所述的纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维，所述的树脂材料包括环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂或其他热固性树脂。
本发明还公开了一种基于所述单层一体纤维复合材料结构形成的多层状态监测一体化复合材料结构，包括所述单层一体纤维复合材料结构外层具有多层纤维复合材料结构或所述一体纤维复合材料结构，次外层具有封装层及外层的覆盖层。
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种状态监测一体化复合材料结构，其特征在于，包括一体纤维结构编制形成的一体纤维复合材料编制层，所述一体纤维结构包括纤维复合材料及光纤，所述光纤复合到所述纤维复合材料中，所述光纤表面附着光纤高分子材料涂层；
和通过浸渍附着方法进入所述一体纤维复合材料编制层间隙的编制层高分子材料固化结构，所述编制层高分子材料固化结构为经过真空脱泡处理及常温加压固化处理的高分子材料固化结构；
所述一体纤维复合材料编制层和所述编制层高分子材料固化结构形成单层一体纤维复合材料结构，所述一体纤维结构具有外露在所述一体纤维复合材料结构的外露端，所述外露端外部具有弹性材料层。
2.根据权利要求1所述的状态监测一体化复合材料结构，其特征在于， 所述光纤外部联结智能光纤传感器，所述光纤传感器为基于布拉格光栅的智能光纤传感器集成。
3.根据权利要求2所述的状态监测一体化复合材料结构，其特征在于，所述的智能光纤传感器包括应变传感器和光栅温度传感器。
4.根据权利要求1所述的状态监测一体化复合材料结构，其特征在于，所述光纤高分子材料涂层为环氧树脂固化剂薄膜或酚醛树脂薄膜或乙烯基树脂薄膜。
5.根据权利要求1所述的状态监测一体化复合材料结构，其特征在于，所述复合材料结构内还预设耦合器和方向控制器，通过所述耦合器和所述方向控制器监测编入所述纤维复合材料编织层内的所述光纤状态。
6.根据权利要求1所述的状态监测一体化复合材料结构，其特征在于，所述状态检测一体化复合材料结构还包括多层高分子薄膜层，及次外层的树脂封装层和外层的覆盖层。
7.根据权利要求1所述的状态监测一体化复合材料结构，其特征在于，所述光纤高分子材料涂层为具有机械保护功能的涂层或具有光学反射功能的涂层或上述两者功能结合的涂层。
8.根据权利要求1所述的状态监测一体化复合材料结构，其特征在于，所述编织层高分子材料涂层为热固型高分子材料涂层。
9.根据权利要求8所述的状态监测一体化复合材料结构，其特征在于，所述热固型高分子材料涂层环氧树脂或丙烯酸树脂。
10.一种根据权利要求1-9任一项的形成的多层状态监测一体化复合材料结构，其特征在于，包括，所述单层一体纤维复合材料结构外层具有多层纤维复合材料结构或所述一体纤维复合材料结构，次外层具有封装层及外层的覆盖层。
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