一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺制造技术

本发明专利技术属于复合材料制备及无损监测领域，具体涉及一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺。该连续制造工艺包括光纤光栅前处理、碳纤维板材拉挤成型、成型复合材料的裁切以及光纤光栅传感器引线的后处理。该连续化制造工艺有效解决了拉挤成型连续化制造过程中光纤光栅传感器在预定长度上的引线接头难以引出的问题。在保证拉挤成型效率不明显降低的条件下，消除了内置接头方法对复合材料拉挤板材力学性能的不利影响。为智能化拉挤成型复合材料板材的制造及复合材料截面光纤引线的顺利引出提供了一种可靠稳定的方案。

【技术实现步骤摘要】
一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺
本专利技术属于复合材料制备及无损监测领域，具体涉及一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺。
技术介绍
随着社会经济及城市化进程的不断加速，国家的工程设施及城市基础设施建设在过去的一段时期内得到了快速发展，诸多建筑、桥梁及工程结构已经投入使用几十年甚至更长时间。随着这些基础设施使用时间的不断增加，设施老化及其面临的使用安全风险不断加大，所以对这些基础设施的使役状态的监控以及设施的维护与保养已经成为接下来社会发展所要面临的重要问题。碳纤维增强复合材料单向板材的成型工艺是将纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型。具有拉伸强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性能良好等特点，能充分发挥碳纤维的强度和弹性模量，在抗剪加固、桥梁以及隧道的预应力加固补强方面有广泛应用。随着补强加固技术的不断进步以及在线监测技术的不断发展，在拉挤成型复合材料板材结构中植入传感器进行设施的结构在线健康监测已成为建筑补强领域的重点发展方向。光纤Bragg光栅(FiberBraggGrating,F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，光纤光栅前处理：按照拉挤成型复合材料板材的加工制造需要，在连续的光纤上预先刻制多个光栅栅区(17)，将刻制有多个光栅栅区的连续光纤(11)浸渍于表面改性剂中进行表面处理并加热烘干，待表面改性剂完全干燥之后，根据每段拉挤成型复合材料板材的规定长度，在刻制有多个光栅栅区(117)的连续光纤(11)的预定裁切位置均匀涂覆自润滑涂层；/n步骤2，碳纤维板材拉挤成型：成卷的碳纤维材料(6)从纤维纱架(7)引出，按顺序依次经过纤维导向装置(8)、树脂浸渍装置(9)，浸渍树脂的碳纤维材料经过光纤输送装置(13)...

【技术特征摘要】
1.一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，光纤光栅前处理：按照拉挤成型复合材料板材的加工制造需要，在连续的光纤上预先刻制多个光栅栅区(17)，将刻制有多个光栅栅区的连续光纤(11)浸渍于表面改性剂中进行表面处理并加热烘干，待表面改性剂完全干燥之后，根据每段拉挤成型复合材料板材的规定长度，在刻制有多个光栅栅区(117)的连续光纤(11)的预定裁切位置均匀涂覆自润滑涂层；
步骤2，碳纤维板材拉挤成型：成卷的碳纤维材料(6)从纤维纱架(7)引出，按顺序依次经过纤维导向装置(8)、树脂浸渍装置(9)，浸渍树脂的碳纤维材料经过光纤输送装置(13)，穿过纤维集束板(10)；将刻制有多个光栅栅区的连续光纤(11)从光纤集线器(12)上引出，经过光纤传送器(13)，从纤维集束板(10)预定位置的导向孔中穿过，使刻制有多个光栅栅区的连续光纤(11)被浸渍树脂的碳纤维材料均匀包围；浸渍树脂的碳纤维材料与刻制有多个光栅栅区的连续光纤(11)经过纤维集束板(10)之后，一起进入加热成型模具(14)进行固化成型，并将成型后的复合材料板材连续输送到板材牵引装置(15)；
步骤3，成型复合材料板材的裁切：复合材料板材经板材牵引装置(15)输送达到光纤的预定裁切位置之后，对复合材料板材进行切割，采用两级裁切装置(16)进行复合材料板材的裁切：
首先进行横向裁切，控制刀具从复合材料板材边缘向内植光纤光栅的部位进行裁切，使复合材料板材中间部位内植有光纤的部分依然保持连续；复合材料板材横向裁切完成之后，继续利用纵向裁切刀具进行二次裁切；
步骤4，FBG传感器引线的后处理：对裁切完成后复合材料板材两端截面处的光纤引出线(20)进行后处理，将切割之后光纤周围碳纤维束(18)采用剥线器进行剥离，保留完整的裸光纤引出线，与FC/APC跳线(19)熔接之后，即完成FBG传感器在拉挤复合材料板材中的植入与连续制造。


2.根据权利要求1所述的一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺，其特征在于，所述步骤1中光栅栅区的中心波长相差10～15nm。


3.根据权利要求1所述的一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺，其特征在于，所述步骤1中的表面改性剂为偶联剂、硅溶胶或两者的共混复配溶液，所述表面改性剂在刻制有多个光栅栅区的连续光纤(11)浸渍之前采用有机溶剂溶解。


4.根据权利要求1所述的一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺，其特征在于，所述步骤1中预定裁切位置为刻制有多个光栅栅区的连续光纤(11)长度达到复合材料板材预定长度的位置，对刻制有多个光栅栅区的连续光纤(11)上的预定裁切位置进行标记。


5.根据权利要求1所述的一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺，其特征在于，所述步骤1中自润滑涂层为聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯，所述自润滑涂层的厚度为0.2～0.4mm，长度为1～1.5m。


6.根据权利要求1所述的一种内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材连续制造工艺，其特征在于，所述步骤2中纤维集束板预定位置根据复合材料板材中需要植入FBG传感器的数量进行确定，植入的光纤光栅沿纤维集束板的中心位置对称分布，相邻光纤光栅之间的距离不小于10mm。


7...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓轩，智杰颖，袁立业，杨禹，宋英俊，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西;14