含有分层损伤的智能复合材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含分层损伤的智能复合材料结构制备方法，主要解决现有制备智能复合材料时对材料本身结构影响大、制备成本高的问题。其方案是：用切割机切割纤维布得到不同纤维铺层角的纤维布条；采用梯形滑梯走线结构在两片纤维布条上铺设光纤光栅传感器形成光纤层，并将两片光纤层背对背放置，中间放置聚四氟乙烯薄膜作为预制损伤层；再以损伤层为起点，在其上下铺设相同层数的纤维布条，形成叠好的纤维布条整体，再依次覆盖隔离膜、透气毡和真空袋，并用高温密封胶密封；最后将密封好的整体转移至热压罐中在设定的工艺条件下固化，得到含预制损伤层的智能复合材料。本发明专利技术对材料本身结构影响小、制备成本低，可用于对复合材料的健康检测。

Preparation of smart composite with delamination damage

The invention discloses a preparation method of an intelligent composite structure with delamination damage, which mainly solves the problems of large influence on the structure of the material itself and high preparation cost when the existing intelligent composite is prepared. The scheme is: cutting fiber cloth with cutting machine to get fiber cloth with different fiber laying angle; laying fiber grating sensor on two fiber cloth strips to form fiber layer with trapezoid slide structure, and placing two fiber layers back to back, and placing polytetrafluoroethylene thin film in the middle as the prefabricated damage layer; then taking the damage layer as the starting point, laying the same number of layers of fiber on top and bottom The cloth strip forms a whole of folded fiber cloth strip, then successively covers the isolation film, breathable felt and vacuum bag, and seals them with high temperature sealant; finally, transfer the sealed whole to the autoclave for curing under the set process conditions, and obtain the intelligent composite material with prefabricated damage layer. The invention has little influence on the structure of the material itself and low preparation cost, and can be used for health detection of composite materials.

【技术实现步骤摘要】
含有分层损伤的智能复合材料制备方法
本专利技术属于材料
，特别涉及一种智能复合材料的制备方法，可用于实验中分析某种复合材料损伤演化的过程。
技术介绍
复合材料层合板的分层损伤是影响结构承载能力的主要损伤模式，复合材料层合板结构极易在加工、装配及服役过程中受到低能量冲击，且在层间产生分层损伤。由于分层损伤往往发生在层合板的内部，在其表面很难通过目视观察到，所以分层损伤对于复合材料层合板结构是一个不容忽视的具有隐蔽性的安全隐患。综上所述，对复合材料结构的分层损伤问题进行系统研究，对于复合材料的实际工程结构设计、制造及其维护都具有十分重要的意义。目前，对于复合材料层合板结构分层损伤常用的检测方法有X射线检测法、超声波检测法、声发射技术等。X射线检测法灵敏度高、检测结果直观，但是射线在穿透物质过程中因被吸收和散射而衰减，因此检测工件的厚度有一定的限制，且X射线对人体有伤害，检测人员需作特殊防护，实验成本较高；超声波检测法是利用超声波对各种材料的穿透力强，指向性好的特点来检测构件表面及内部的缺陷，操作简单、检测灵敏度高、可精确确定缺陷位置与分布，但是使用该方法通常需要耦合剂，不同类型缺陷要使用不同的探头，实验工序繁复；与其他无损检测技术相比，声发射技术对被检工件的接近要求不高，因而适用于其他无损检测方法难以或无法接近，如高低温、核辐射、易燃、易爆环境下的检测，声发射检测法对动态缺陷敏感，只需要接收传感器，但是使用该方法对静态缺陷不敏感，损伤信号和噪声信号难以区分。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种含有分层损伤的智能复合材料制备方法，以简化制作工艺，降低实验成本，提高试件质量，实现对层合板在微小载荷下其内部应变变化的快速检测。本专利技术的技术方案是这样实现的：一、技术原理本专利技术利用光纤尺寸小，对结构影响小，灵敏度高、传感距离长、能够测量多点扰动和响应速度快，且非常适用于多种场合下的微扰动监测的优点，采用光纤光栅传感技术去实现对复合材料层合板内部应变变化的监测。光纤光栅传感技术利用两个相干紫外线光束照射纤维，改变光纤芯区的折射率，达到在光纤内部形成永久的周期性折射调制的目的，当光纤埋设在物体内部时，会出现导致光纤长度变化的应变和温度变化，间接检测出整个待测结构的状态，从而间接反映出层合板内部应变变化。二、技术方案根据上述原理，本专利技术的实现方案包括如下：(1)准备所用基本材料，并用消毒液擦洗工作台面，以确保材料表面清洁，该基本材料包括：纤维布、聚四氟乙烯薄膜、全透明环氧树脂胶、光纤光栅传感器、高温硅胶、高温胶带、平板模、隔离膜、透气毡、真空袋和高温密封胶；(2)根据试验件尺寸及铺层角度的要求，用切割机从不同方向切割纤维布，同时在切割时留有余量用以后续再切割修饰，得到不同铺层角的纤维布条；(3)铺设光纤层：取其中的两片纤维布条，每片布条的上方各放置一个光纤光栅传感器；使用耐高温的聚四氟乙烯薄膜在纤维布条表面设计一个梯形滑梯的走线结构，将光纤光栅传感器从纤维布条引到平板模上，即得到两层光纤层；(4)使用聚四氟乙烯薄膜作为隔离层，在薄膜的下面刷上一层全透明环氧树脂胶，黏在(3)制作的两层光纤层的中间位置处，作为预制损伤层；(5)整体复合：5a)按照所需的铺层角要求在两层光纤层的上下分别铺设相同层数的纤维布条，依次覆盖隔离膜、透气毡和真空袋，并用高温密封胶密封为一个纤维整体；5b)将纤维整体转移至热压罐中，并按3℃/min的升温速度将热压罐升至200℃，保持8小时，再以3℃/min的降温速度降至65℃结束，其中温度在20℃-100℃时，压力保持在0.25MPa，随后保持压力为0.45MPa至结束，在该条件下进行固化，即得到一种含分层损伤的智能复合材料。本专利技术将预制损伤与埋置光纤相结合，提出了一种可以应用在复合材料健康监测的创新方案，其相比现有技术具有如下优点：1.本专利技术的预制损伤层使用聚四氟乙烯薄膜，由于聚四氟乙烯具有耐高温、机械性能较低、流动性差以及优异的化学稳定性的特点，将其作为预制损伤分层，放置在中性层的中心处，因而预制分层明显，且不影响结构的其它部位；2.本专利技术检测复合材料层合板损伤应用内埋光纤的方法，光纤尺寸小、灵敏度高、传感距离长，使用该方法对于材料本身的结构影响小，且可以较为准确的实现对复合材料层合板内部应变变化的监测；3.本专利技术在埋置光纤时，是用两根光纤传感器，保证了结构的对称性，提高了传感器的存活率，且由于光纤容易脆断，可能在加工时会出现损坏，本专利技术提出采用梯形滑梯走线结构的方案措施，有效的保证了光纤的正常工作。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是本专利技术中试验件大小及切割预留位置大小图；图3是本专利技术中光纤层示意图；图4是本专利技术中预制损伤层示意图；图5是本专利技术实施例的横截面扫描图；图6是本专利技术实施例1在加载卸载条件下的光纤测量值变化图；图7是本专利技术实施例2在加载卸载条件下的光纤测量值变化图；图8是本专利技术实施例3在加载卸载条件下的光纤测量值变化图。具体实施方式参照图1，本专利技术给出如下三种是实施例：实施例1，制备一个预制损伤面积为10mm×10mm，试验件表面大小为200mm×25mm的22层碳纤维环氧树脂基复合材料层合板试验件。步骤1：制作前准备1.1)准备所用的基本材料：基本材料包括：消毒液、纤维布、聚四氟乙烯薄膜、全透明环氧树脂胶、光纤光栅传感器、高温硅胶、高温胶带、平板模、隔离膜、透气毡、真空袋和高温密封胶；1.2)准备所用的设备：设备包括：纤维布切割机、热压罐1.3)用消毒液擦洗工作台面，以确保材料表面清洁。步骤2：对纤维布进行切割。本专利技术的主要技术材料是碳纤维环氧树脂基复合材料纤维布，首先用切割机将一整块碳纤维环氧树脂基复合材料纤维布从不同方向进行切割，包括从垂直于纤维方向、水平于纤维方向、与纤维轴线成45°方向及与纤维成-45°方向这四个方向进行切割；本实例切割出8片0°铺层角的纤维布条，6片45°铺层角的纤维布条，4片-45°铺层角的纤维布条，4片90°铺层角的纤维布条；如图2所示，为了后续的切割修饰要在长度上留有余量，本实例在长度方向两边各留出25mm的余量，在宽度方向两边各留出7.5mm的余量，故初始切割的布条尺寸为250mm×40mm。步骤3：铺设光纤层。参照图3，本步骤的具体实现如下：3.1)选择布置光纤的位置及数量：为了提高光信号传输效率，保证结构内部对称性，先取两个光纤光栅传感器，并取步骤2中得到的两片0°铺层角的纤维布条，在两片布条上方各放置一个光纤光栅传感器；3.2)设置梯形滑梯的走线结构。光纤属于弹脆性材料，光纤的引出口与底面存在高度，该高度为试验件厚度的一半，考虑到光纤伸出层板的接触点在垂直方向产生剪切应力，直接引出光纤可能使得光纤的轴线拉伸偏紧，轴向的伸缩量减少，产生拉伸断裂，因而使用耐高温的聚四氟乙烯薄膜设计一个梯形滑梯的走线结构，，即把一片聚四氟乙烯薄膜裁剪成梯形形状，铺在纤维布条表面，形成一个梯形滑梯的走线结构4；3.3)将光纤放置在走线结构上并对光纤引出口做保护设计：按照聚四氟乙烯薄膜制作的梯形滑梯走线结构，将取得的两个光纤传感器1放置在两片0°铺层角的纤维布条5上；由于层合板在抽真空和固化的过程中会有明显的树脂流动，对光纤产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含分层损伤的智能复合材料制备方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)准备所用基本材料，并用消毒液擦洗工作台面，以确保材料表面清洁，该基本材料包括：纤维布、聚四氟乙烯薄膜、全透明环氧树脂胶、光纤光栅传感器、高温硅胶、高温胶带、平板模、隔离膜、透气毡、真空袋和高温密封胶；(2)根据试验件尺寸及铺层角度的要求，用切割机从不同方向切割纤维布，同时在切割时留有余量用以后续再切割修饰，得到不同铺层角的纤维布条；(3)铺设光纤层：取其中的两片纤维布条，每片布条的上方各放置一个光纤光栅传感器；使用耐高温的聚四氟乙烯薄膜在纤维布条表面设计一个梯形滑梯的走线结构，将光纤光栅传感器从纤维布条引到平板模上，即得到两层光纤层；(4)使用聚四氟乙烯薄膜作为隔离层，在薄膜的下面刷上一层全透明环氧树脂胶，黏在(3)制作的两层光纤层的中间位置处，作为预制损伤层；(5)整体复合：5a)按照所需的铺层角要求在两层光纤层的上下分别铺设相同层数的纤维布条，依次覆盖隔离膜、透气毡和真空袋，并用高温密封胶密封为一个纤维整体；5b)将纤维整体转移至热压罐中，并按3℃/min的升温速度将热压罐升至200℃，保持8小时，再以3℃/min的降温速度降至65℃结束，其中温度在20℃‑100℃时，压力保持在0.25MPa，随后保持压力为0.45MPa至结束，在该条件下进行固化，即得到一种含分层损伤的智能复合材料。...

【技术特征摘要】
2018.12.26 CN 20181160191291.一种含分层损伤的智能复合材料制备方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)准备所用基本材料，并用消毒液擦洗工作台面，以确保材料表面清洁，该基本材料包括：纤维布、聚四氟乙烯薄膜、全透明环氧树脂胶、光纤光栅传感器、高温硅胶、高温胶带、平板模、隔离膜、透气毡、真空袋和高温密封胶；(2)根据试验件尺寸及铺层角度的要求，用切割机从不同方向切割纤维布，同时在切割时留有余量用以后续再切割修饰，得到不同铺层角的纤维布条；(3)铺设光纤层：取其中的两片纤维布条，每片布条的上方各放置一个光纤光栅传感器；使用耐高温的聚四氟乙烯薄膜在纤维布条表面设计一个梯形滑梯的走线结构，将光纤光栅传感器从纤维布条引到平板模上，即得到两层光纤层；(4)使用聚四氟乙烯薄膜作为隔离层，在薄膜的下面刷上一层全透明环氧树脂胶，黏在(3)制作的两层光纤层的中间位置处，作为预制损伤层；(5)整体复合：5a)按照所需的铺层角要求在两层光纤层的上下分别铺设相同层数的纤维布条，依次覆盖隔离膜、透气毡和真空袋，并用高温密封胶密封为一个纤维整体；5b)将纤维整体转移至热压罐中，并按3℃/min的升温速度将热压罐升至200℃，保持8小...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶俊杰，席佳乐，蔡恒，贾斐，储辰辰，张解语，史宝全，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61