利用碳纳米纸传感器监测聚合物基复合材料固化度的方法技术

技术编号:15744471 阅读:86 留言:0更新日期:2017-07-02 19:32
本发明专利技术属于复合材料技术领域,具体涉及一种利用碳纳米纸传感器监测聚合物基复合材料固化度的方法。本发明专利技术是将碳纳米纸传感器埋入待测聚合物基复合材料预浸料的内部,得到固化过程的碳纳米纸电阻变化‑温度‑时间关系曲线,对固化冷却阶段的碳纳米纸电阻变化‑温度曲线进行线性拟合,得到冷却阶段的碳纳米纸的电阻温度系数,同时利用DSC法测量在标准固化工艺制度下聚合物基复合材料的固化度,在其他温度下分别获得相应的电阻温度系数和固化度,得到聚合物基复合材料的固化度‑电阻温度系数关系曲线。本发明专利技术的技术方案能够布控在复合材料不同位置进行实时在线工程应用监测,具有非常高的精准度和可操作性,同时传感器及解调系统成本低。

Method for monitoring degree of cure of polymer matrix composite using carbon nano paper sensor

The invention belongs to the technical field of composite materials, in particular to a method for monitoring the degree of cure of polymer matrix composite materials by using carbon nano paper sensors. The invention relates to a nano carbon paper tested sensors embedded in polymer based composite material prepreg, obtained curing process of carbon nanopaper resistance variation temperature time curve, linear fitting of curing the cooling phase of carbon nanopaper resistance change temperature curve, get the cooling phase of carbon nanopaper resistance temperature at the same time coefficient measurement of polymer in the standard curing process system based composites by the method of DSC curing degree at other temperatures respectively to obtain the corresponding temperature coefficient of resistance and curing degree, curing degree relationship between temperature coefficient of resistance curve of polymer composites. The technical proposal of the invention can control the real-time monitoring in the engineering application of composite materials in different positions, with very high accuracy and maneuverability, and low cost sensor and demodulation system.

【技术实现步骤摘要】
利用碳纳米纸传感器监测聚合物基复合材料固化度的方法
本专利技术属于复合材料
,具体涉及一种利用碳纳米纸传感器监测聚合物基复合材料固化度的方法。
技术介绍
热固性材料的性能不仅取决于树脂基体、固化剂和添加剂的结构与性能,也取决于它们之间的固化成型历程,与其固化程度密切相关。固化度是反映树脂固化程度的一个重要指标。复合材料在固化过程中的加热温度、加热时间、保温时间、冷却速度及工装条件、结构设计等因素都会对复合材料固化度产生影响,从而影响复合材料的生产质量及尺寸稳定性。传统的复合材料固化度的测量方式都是非在线的,通过测量材料体系内的剩余反应热的方法测量固化度(即DSC,差热扫描量热法),是一种耗时较长,材料损失严重、成本较高的测量方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题,本专利技术提供一种利用碳纳米纸传感器监测聚合物基复合材料固化度的方法,目的是缩短固化度的测量时间,降低测量成本,提高测量精度。实现本专利技术目的的利用碳纳米纸传感器监测聚合物基复合材料固化度的方法按照以下步骤进行:(1)将四根铜导线固定于长方形碳纳米纸表面,形成碳纳米纸传感器,将此碳纳米纸传感器埋入待测聚合物基复合材料预浸料的内部,按照聚合物基复合材料预浸料的标准固化工艺制度固化成型得到聚合物基复合材料;(2)固化过程中,采用四探针电阻测量仪测量埋入预浸料内部的碳纳米纸传感器的电阻变化,采用光纤光栅测量预浸料固化过程的温度变化,得到固化过程的碳纳米纸电阻变化-温度-时间关系曲线,对固化冷却阶段的碳纳米纸电阻变化-温度曲线进行线性拟合,得到冷却阶段的碳纳米纸的电阻温度系数;同时利用DSC法测量在标准固化工艺制度下聚合物基复合材料的固化度;(3)分别在低于标准固化温度5℃、10℃、15℃、20℃、25℃,以及高于标准固化温度5℃、10℃时进行聚合物基复合材料预浸料固化实验,重复步骤(2),分别获得相应的电阻温度系数和固化度,得到聚合物基复合材料的固化度-电阻温度系数关系曲线;(4)实际工程应用时,通过监测该聚合物基复合材料固化过程的冷却阶段碳纳米纸电阻温度系数,即根据步骤(3)中的固化度-电阻温度系数关系曲线获得相应的固化度。其中,所述的铜导线采用导电胶固定于长方形碳纳米纸表面。与现有技术相比,本专利技术的特点和有益效果是:本专利技术中的碳纳米纸是由碳纳米管与其间空隙靠分子间范得华力相互作用而形成的三维网络结构,碳纳米纸之间空隙位于20-100nm间,属于典型的介孔材料,树脂与碳纳米纸具有优异的浸润特性,对树脂相态变化具有非常高的灵敏度。在聚合物基复合材料固化过程中,树脂交联固化形成三维网络结构,当树脂固化度较低时,对温度变化比较敏感。当温度降低时,交联程度较低的树脂收缩度较高,使电子在碳纳米纸导电网络传递的势垒降低,导致碳纳米纸电阻变化对温度的变化比较敏感。所以固化度越低,碳纳米纸的电阻温度吸收越高。本专利技术的技术方案能够布控在复合材料不同位置进行实时在线工程应用监测,具有非常高的精准度和可操作性,同时传感器及解调系统成本低。附图说明图1是本专利技术的碳纳米纸传感器的结构示意图;其中:1:四探针电阻测量仪;2:导电胶;3:碳纳米纸;4:铜导线;图2是本专利技术实施例中碳纳米纸传感器监测复合材料固化过程的电阻变化-温度-时间曲线;图3是本专利技术实施例中不同固化工艺制度下冷却阶段的碳纳米纸电阻变化-温度拟合曲线。具体实施方式本专利技术实施例中涉及的碳纳米纸是专利申请CN2012104391772(基于碳纳米管三维网络薄膜的温度传感器制备方法)中制备碳纳米纸;本专利技术实施例中的监测对象是玻璃纤维/环氧树脂,其预浸料购买自威海光威有限公司(6509/G15000/33%);本实施例中使用的四探针电阻测量仪型号为RTS-8,广州四探针科技;本实施例中使用的光纤光栅选用sm125静态解调仪(美国MOI);本实施例中利用DSC法测量固化度采用的是耐驰DSC2002F3;本实施例中对实验数据进行线性拟合采用Origin软件。实施例本实施例的利用碳纳米纸传感器监测聚合物基复合材料固化度的方法按照以下步骤进行:(1)如图1所示,将四根铜导线4固定于长方形碳纳米纸3表面,形成碳纳米纸传感器,将此碳纳米纸传感器埋入待测聚合物基复合材料预浸料的内部,本实施例中待测聚合物基复合材料预浸料是玻璃纤维/环氧树脂预浸料,按照预浸料是玻璃纤维/环氧树脂预浸料的标准固化工艺制度固化成型得到玻璃纤维/环氧树脂,具体过程是将玻璃纤维/环氧树脂预浸料按照[0]16的铺层方式,铺放在涂有脱模剂的模具上,其中碳纳米纸传感器和光纤光栅放在复合材料第8层和第9层中间,铺有预浸料的模具封装在真空袋里,一并放在烘箱里,抽真空,动态升温,动态升温工艺为:按照1℃/min的升温速度从室温升高到120℃,并保持120min;(2)固化过程中,采用四探针电阻测量仪测量埋入预浸料内部的碳纳米纸传感器的电阻变化,采用光纤光栅测量预浸料固化过程的温度变化,得到固化过程的碳纳米纸电阻变化-温度-时间关系曲线,如图2所示,其中碳纳米纸传感器的初始电阻R0,固化过程中电阻改变值为△R,以△R/R0表示固化过程的碳纳米纸电阻变化,对固化冷却阶段的碳纳米纸电阻变化-温度曲线进行线性拟合,如图3所示,得到标准固化工艺下冷却阶段的碳纳米纸的电阻温度系数;同时利用DSC法测量在标准固化工艺制度下聚合物基复合材料的固化度;(3)分别在低于标准固化温度5℃、10℃、15℃、20℃、25℃,以及高于标准固化温度5℃、10℃时进行玻璃纤维/环氧树脂预浸料固化实验,重复步骤(2),分别获得相应的电阻温度系数和固化度,得到聚合物基复合材料的固化度-电阻温度系数关系曲线;(4)实际工程应用时,通过监测该聚合物基复合材料固化过程的冷却阶段碳纳米纸电阻温度系数,即根据步骤(3)中的固化度-电阻温度系数关系曲线获得相应的固化度。本文档来自技高网...
利用碳纳米纸传感器监测聚合物基复合材料固化度的方法

【技术保护点】
一种利用碳纳米纸传感器监测聚合物基复合材料固化度的方法,其特征在于按照以下步骤进行:(1)将四根铜导线固定于长方形碳纳米纸表面,形成碳纳米纸传感器,将此碳纳米纸传感器埋入待测聚合物基复合材料预浸料的内部,按照聚合物基复合材料预浸料的标准固化工艺制度固化成型得到聚合物基复合材料;(2)固化过程中,采用四探针电阻测量仪测量埋入预浸料内部的碳纳米纸传感器的电阻变化,采用光纤光栅测量预浸料固化过程的温度变化,得到固化过程的碳纳米纸电阻变化‑温度‑时间关系曲线,对固化冷却阶段的碳纳米纸电阻变化‑温度曲线进行线性拟合,得到冷却阶段的碳纳米纸的电阻温度系数;同时利用DSC法测量在标准固化工艺制度下聚合物基复合材料的固化度;(3)分别在低于标准固化温度5℃、10℃、15℃、20℃、25℃,以及高于标准固化温度5℃、10℃时进行聚合物基复合材料预浸料固化实验,重复步骤(2),分别获得相应的电阻温度系数和固化度,得到聚合物基复合材料的固化度‑电阻温度系数关系曲线;(4)实际工程应用时,通过监测该聚合物基复合材料固化过程的冷却阶段碳纳米纸电阻温度系数,即根据步骤(3)中的固化度‑电阻温度系数关系曲线获得相应的固化度。...

【技术特征摘要】
1.一种利用碳纳米纸传感器监测聚合物基复合材料固化度的方法,其特征在于按照以下步骤进行:(1)将四根铜导线固定于长方形碳纳米纸表面,形成碳纳米纸传感器,将此碳纳米纸传感器埋入待测聚合物基复合材料预浸料的内部,按照聚合物基复合材料预浸料的标准固化工艺制度固化成型得到聚合物基复合材料;(2)固化过程中,采用四探针电阻测量仪测量埋入预浸料内部的碳纳米纸传感器的电阻变化,采用光纤光栅测量预浸料固化过程的温度变化,得到固化过程的碳纳米纸电阻变化-温度-时间关系曲线,对固化冷却阶段的碳纳米纸电阻变化-温度曲线进行线性拟合,得到冷却阶段的碳纳米纸的电阻温度系数;同时利用DSC法测量在...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢少微陈铎王晓强马克明张璐孟庆实徐涛
申请(专利权)人:沈阳航空航天大学
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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