一种光纤复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光纤复合材料及其制备方法，光纤复合材料包括从内到外的光纤、保护用纤维、保护树脂和基体树脂；制备方法包括以下步骤：1)对光纤进行表面处理；2)将经表面处理的光纤置入到多根保护用纤维中间，浸入保护树脂原液中，包裹上保护树脂后，得到经保护的光纤；3)将经保护的光纤、主体增强纤维浸入基体树脂原液中，再经加热、成型固化、冷却得到光纤复合材料；本发明专利技术提供一种结构稳定、传输信号稳定的光纤复合材料及其制备方法。号稳定的光纤复合材料及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种光纤复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]大型的结构受力件需要经常监测温度、湿度、压力、形变等参数，以评估工件的工作状态。比如，风力发电叶片的主梁因为长期处于暴晒、风压等室外环境下，需要反复监测其压力、是否变形等。
[0003]光纤被用作长距离的信息传递。一般情况下，光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在制作光纤激光器、光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。光纤光栅主要的制作方法是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅。
[0004]现有技术中监测大型的结构受力件的方法主要包括以下两种：1、在结构受力件成型后加设光纤，通过加设的光纤进行监测。该方法的优点是不破坏结构受力件的原始结构，该方法的缺点是，光纤加设成本高、且加设的光纤容易被破坏。2、在结构受力件生产过程中将光纤埋入结构受力件的内部结构中，该方法的优点是：结构受力件与光纤一体成型，避免了后期重新加设光纤带来的巨大成本；光纤埋设于结构受力件中使结构受力件对光纤起到了很好的保护作用。
[0005]但是，现有技术中，由于光纤强度低，在结构受力件的生产过程中容易发生损坏，所以在结构受力件中埋设光纤后，光纤存在传输信号不稳定的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出的一种结构稳定、传输信号稳定的光纤复合材料及其方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面，提供一种光纤复合材料，包括从内到外的光纤、保护用纤维、保护树脂和基体树脂。
[0009]光纤埋入复合材料中，为采集信息提供数据传输。
[0010]保护用纤维包裹在光纤外层，起到保护光纤、防止光纤腐蚀的作用。
[0011]保护树脂包裹在光纤和保护用纤维外层，起到进一步保护光纤的作用，使光纤能够稳定、长久的传输数据信息。
[0012]基体树脂是光纤复合材料的基体和增强体的组成，为复合材料提供主要的受力支撑。
[0013]优选的，所述保护用纤维包括碳纤维和/或有机纤维。
[0014]有机纤维是指纤维材质为有机物的纤维，可以列举出涤纶、腈纶、锦纶、丙纶以及高性能纤维包括芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE纤维)、聚对苯撑苯并双噁唑纤维(PBO纤维)、聚对苯并咪唑纤维(PBI纤维)、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维(M5纤维)、聚酰亚胺纤维(PI纤维)、聚苯硫醚纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维等。本专利技术基于有机纤维起到更好的包裹光纤、且具有一定的支撑性能的用途，优选的，所述有机纤维包括聚苯硫醚纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维中的一种或多种；
[0015]碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物。在本专利技术中碳纤维起到了保护光纤的作用。
[0016]优选的，所述碳纤维的拉伸强度不小于3500MPa，弹性模量为200-300GPa，纤度不小于300g/1000m；本专利技术专利技术人发现，碳纤维只有满足上述参数要求才可以在光纤外层形成具有合适支撑力和包裹性的保护层；改变其中一些参数，可能会使保护用纤维支撑力下降，碳纤维挤压光纤从而影响光信息传输；还可能导致保护用纤维支撑力过大，从而降低包裹性，使保护用纤维与光纤间隙过大，从而起不到很好的保护光纤的效果。进一步优选的，碳纤维的拉伸强度为4000MPa-5000MPa，性模量为220-260GPa，纤度不小于1500g/1000m。
[0017]优选的，所述有机纤维的纤度为50-300g/1000m；当有机纤维的纤度小于50g/1000m时，保护用光纤支撑力降低，碳纤维挤压光纤从而影响光信息传输；当机纤维的纤度大于300g/1000m时，保护用纤维支撑力过大，从而降低包裹性，使保护用纤维与光纤间隙过大，从而起不到很好的保护光纤的效果。进一步优选的，有机纤维的纤度为70-120g/1000m。
[0018]优选的，所述保护用纤维的根数是所述光纤根数的5-10倍；专利技术人经过大量实验发现上述比例下保护用纤维能够很好的保护光纤，当保护用纤维数量增多时，既增加了成本又导致光纤与保护用纤维间隙增大，不利于光纤的保护；当保护用纤维数量减少时，光纤裸露得不到很好的保护。
[0019]优选的，所述保护树脂包含聚氨酯树脂；进一步，所述聚氨酯树脂含有硅元素；
[0020]聚氨酯树脂是一种高分子材料。聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料，因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空等。聚氨酯树脂可以列举出环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚苯并噁嗪树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、二羟甲基丁酸、二羟甲基丙酸，本专利技术基于保护树脂与保护纤维的包裹性，优选的，所述基体树脂包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚苯并噁嗪树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨酯树脂的固化物中的一种或多种；进一步优选的，所述基体树脂为环氧树脂。
[0021]本专利技术在聚氨酯树脂加入硅元素能够进一步增强保护效果。所述的含有所述硅元素的聚氨酯树脂是可以通过以下方法制备：将聚氨酯树脂中加入聚硅氧烷，得到含有硅元素的聚氨酯树脂。优选的，所属的聚硅氧烷带有环氧基、羟基、羧基、胺基、异氰酸酯基中的一种或多种。
[0022]优选的，还包括主体增强纤维，所述主体增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种。
[0023]本专利技术的第二个方面，提供了一种光纤复合材料的制备方法，包含以下步骤：
[0024]1)对光纤进行表面处理；
[0025]2)将经表面处理的光纤置入多根保护用纤维中间，浸入保护树脂原液中，包裹上保护树脂后，得到经保护的光纤；
[0026]3)将经保护的光纤外与主体增强纤维浸入基体树脂原液中，再经加热、成型固化、冷却得到光纤复合材料。
[0027]优选的，所述表面处理方法包括机械打毛、表面处理剂改性、表面脱脂处理、表面粗糙化处理。
[0028]机械打毛是采用机械的方式，借用摩擦力打毛光纤。
[0029]表面处理剂改性是采用化学试剂对光纤进行改性。
[0030]表面脱脂处理是采用化学试剂将光纤表面进行脱脂反应。
[0031]表面粗糙化处理是将光纤表面磨平，形成表面平整的光纤。
[0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤复合材料，其特征在于，从内到外的结构依次包括光纤、保护用纤维、保护树脂和基体树脂。2.根据权利要求1所述的一种光纤复合材料，其特征在于，所述保护用纤维包括碳纤维和/或有机纤维。3.根据权利要求2所述的一种光纤复合材料，其特征在于，所述碳纤维的拉伸强度不小于3500MPa，弹性模量为200-300GPa，纤度不小于300g/1000m；所述有机纤维包括聚苯硫醚纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维中的一种或多种；所述有机纤维的纤度为50-300g/1000m。4.根据权利要求1所述的一种光纤复合材料，其特征在于，所述保护用纤维的根数是所述光纤的根数的5-10倍。5.根据权利要求1所述的一种光纤复合材料，其特征在于，所述保护树脂包含聚氨酯树脂。6.根据权利要求1所述的一种光纤复合材料，其特征在于，所述基体树脂包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚苯并噁嗪树脂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：严兵，唐许，施刘生，张可可，吴世超，祁震，张德胜，冷雪松，何定军，何郅晴，
申请(专利权)人：江苏澳盛复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：