光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有土木工程结构受力与自监测双重功能的光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板及其制备方法。该智能板包括由纤维原纱及基体树脂组成的板材主体，所述的板材主体内沿纤维方向填充有含有光纤光栅传感器及传输光纤的传感光纤，所述的传感光纤的根数为m根，m≥1的整数；所述的单根传感光纤上设置有n个光纤光栅传感器，n≥1的整数，该智能板是采用拉挤连续成型工艺制得，该智能板的纤维体积含量不低于60%。该智能板更便于纤维板、特别是预应力纤维板加固修复混凝土结构、钢结构时进行纤维板的张拉控制应力的精确控制、预应力损失后的弥补以及加固后的结构实施实时监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种土木工程结构受力和监测的智能土木工程材料及其制备方法，具体地说是一种具有土木工程结构受力与自监测双重功能的。
技术介绍
纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP),是由碳纤维(CarbonFiber)、玻璃纤维(Glass Fiber)和芳纟仑纤维(Aramid Fiber)等高性能纤维与基体,主要是树脂(Polymer)体系按一定比例、并按照一定加工工艺制成的一种高性能复合材料。因其具有极好的耐腐蚀性、抗疲劳性、比强度高、施工便捷等优点而广泛应用于土木工程领域。其加固修复混凝土结构、钢结构已成为我国土木工程界新的研究热点。纤维复合材料形式有很多种，目前在长纤维的复合材料中，用于结构加固修复最多的材料形式是纤维增强复合材料片材，包括布与板。与纤维布相比较而言，纤维板具有均质性及整体性好，截面面积大，弹性模量低、施工更为方便等优点。随着预应力纤维板加固修复混凝土结构、钢结构技术的推广与普及，纤维增强复合材料板的应用前景会越来越广阔。拉挤成型工艺是纤维增强复合材料板材成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是:生产过程连续进行，制品质量稳定，重复性好；增强材料含量可根据要求进行调整，产品强度高；能够调整制品的纵向强度和横向强度，满足不同的使用要求；能够生产截面形状复杂的制品，满足特殊场合使用的要求；制品具有良好的整体性，原材料的利用率高；设备的投资费用低，利于形成产业化。但由于纤维增强复合材料是线弹性材料，其破坏过程中没有屈服，破坏形式为脆性破坏，在使用过程中破坏没有预兆，这降低了材料使用的安全性。并且纤维增强复合材料、特别是预应力纤维增强复合材料加固修复混凝土结构、钢结构技术尚在摸索阶段，其耐久性有待时间的检验，亟需在加固时进行纤维增强复合材料的张拉控制应力的精确控制、预应力损失后的弥补以及加固后的结构实施实时监测，为纤维增强复合材料、预应力纤维增强复合材料加固修复混凝土结构、钢结构的成套技术的提供基础性保障。目前公开的专利中，公开了含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强复合智能筋，该智能筋仅可够感知线型应变，无法通过单根智能筋感知面型应变。该智能筋与本专利技术智能板在结构构造本质、应用领域本质和加固效率本质上均不相同。目前公开的文献中，((FRP-FBG智能复合板的制作及其传感器特性研究》中提及“FRP- FBG智能复合板”，但是该智能复合板与本专利技术智能板在结构和制备方法上存在本质的区别。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:提供一种具自监测功能的，该智能板更便于纤维板特别是预应力纤维板加固修复混凝土结构、钢结构时，对纤维板进行的张拉时的精确控制、预应力损失后的补偿以及加固后的结构实施实时监测，解决了上述现有技术中存在的问题。解决上述技术问题的技术方案是:一种光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板，包括由纤维原纱及基体树脂组成的板材主体，其特征在于:所述的板材主体内沿纤维方向填充有含有光纤光栅传感器及传输光纤的传感光纤，所述的传感光纤的根数为m根，m ≥ I的整数；所述的单根传感光纤上设置有η个光纤光栅传感器，η ≥ I的整数，该智能板是采用拉挤连续成型工艺制得，该智能板的纤维体积含量不低于60%。所述的板材主体端部引出有用于连接补偿光纤光栅的一段传输光纤。所述的传感光纤的根数m和光纤光栅传感器的个数η的取值分别为:10 ≥ m ≥ I的整数,60≥η≥I的整数。所述的传感光纤的根数m为:10 ≥ m ≥ 3的整数，所述的相邻2根传感光纤在垂直纤维方向的距离dl相同或不相同。所述的光纤光栅传感器的个数η的取值为:60 ≥ η ≥ 3的整数，所述的单根传感光纤上相邻2个光纤光栅传感器沿纤维方向的距离d2相同或不相同。该智能板的长度L、宽度D和厚度H分别为:200m ≥ L ≥ 0.5m, 500mm ≥ D ≥ 10mm,10mm ≥ H ≥ 1mm。所述的纤维原纱是碳纤维原纱、玻璃纤维原纱或芳纶纤维原纱中的一种、两种、三种，所述的基体树脂是不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基醋树脂、热固性甲丙烯酸树脂、改性酚醛树脂或阻燃性树脂中的一种、两种或多种。本专利技术的另一技术方案是:一种光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板的制备方法，包括以下步骤: (1)计算光纤光栅纤维增强复合材料智能拉挤连续成型板的下料长度，确定传感光纤的根数及其在垂直纤维方向的距离、位置，确定每根传感光纤上光纤光栅传感器的个数及其在光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板沿纤维方向的的位置并串接在传输光纤上，并预算板材定长切断的损耗长度； (2)确定各根传感光纤在光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板断面的位置，与纤维原纱一起准确定位并导入排纱器； (3)经过排纱器进入浸胶槽浸透基体树脂胶液，然后进入预成型模，将多余树脂和气泡排出，逐步形成近似成型模控形状和尺寸的预成型体，然后进入成型模； (4)预成型体进入成型模凝胶、固化，并连续拉挤成型，成型后的光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板由牵引机连续不断地从模具拔出； (5)根据步骤⑴确定的位置，由切断机定长切断； (6)利用纤维的各向异性的特点在端部将光纤剥离出来，制成本专利技术之光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板。本专利技术之光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板与现有含有光纤光栅传感器的光纤光栅纤维增强复合智能筋的本质区别如下。(I)结构构造不一致 智能筋的光纤光栅及传输光纤沿纤维增强塑料筋长度方向布设，受制于筋材固有的细长形式，智能筋只能感知线型应变，无法通过单根智能筋感知面型应变。智能板的光纤光栅及传输光纤沿纤维方向填充在纤维增强塑料板材料内部，并可根据需要沿宽度方向布设大于等于I根，可通过I块智能板实现对结构任意的点、线、面的应变监测及感知功能。(2)应用领域不一致 智能筋主要应用领域:替换钢绞线的中丝，制成智能钢绞线；替换拉索的部分高强钢丝制成智能拉索；部分或者全部替代钢筋用于一些处于特殊环境中的建筑物、构筑物，形成FRP筋混凝土结构或预应力混凝土结构。在加固方面:筋材无法直接体外粘贴受力，可嵌入表面开槽的混凝土结构中，形成嵌入式预应力或非预应力加固混凝土结构；可替代钢绞线、钢索，进行结构受拉区预应力加固。智能板主要应用领域:用于各类结构加固；属于板状结构，与结构接触面积大，适用于任意封闭结构和形状复杂等特殊结构形状加固；可根据需要选择粘贴非预应力加固、无粘结非预应力加固或粘结预应力加固等多种组合加固方式；既可嵌入式加固也可体外加固；智能板不但可以用于受拉区加固，还可以用于防止结构受压失稳的加固。[0021 ] ( 3 )加固效率不一致 智能筋横截面形式主要为圆形或方形，截面积较小，而智能板可根据需要设计截面尺寸形成不同厚度和宽度板材。在承载力贡献相同的情况下，智能板比智能筋需用的锚夹具数量要少、成本要低，布设更容易，加固效率更高。本专利技术之光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板与目前已公开文献((FRP-FBG智能复合板的制作及其传感器特性研究》中提及的“FRP- FBG智能复合板”本质区别如下。(I) “FRP- FBG智能复合板”由6层缝编毡构成，FBG传感器顺0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板，包括由纤维原纱及基体树脂组成的板材主体，其特征在于：所述的板材主体内沿纤维方向填充有含有光纤光栅传感器及传输光纤的传感光纤，所述的传感光纤的根数为m根，m≥1的整数；所述的单根传感光纤上设置有n个光纤光栅传感器，n≥1的整数，该智能板是采用拉挤连续成型工艺制得，该智能板的纤维体积含量不低于60%。

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板，包括由纤维原纱及基体树脂组成的板材主体，其特征在于:所述的板材主体内沿纤维方向填充有含有光纤光栅传感器及传输光纤的传感光纤，所述的传感光纤的根数为m根，m3 I的整数；所述的单根传感光纤上设置有η个光纤光栅传感器，n ^ I的整数，该智能板是采用拉挤连续成型工艺制得，该智能板的纤维体积含量不低于60%。2.根据权利要求1所述的光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板，其特征在于:所述的板材主体端部引出有用于连接补偿光纤光栅的一段传输光纤。3.根据权利要求1或2所述的光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板，其特征在于:所述的传感光纤的根数m和光纤光栅传感器的个数η的取值分别为:10 > m > I的整数,60≥η≥I的整数。4.根据权利要求3所述的光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板，其特征在于:所述的传感光纤的根数m为:10 > m > 3的整数,所述的相邻2根传感光纤在垂直纤维方向的距离dl相同或不相同。5.根据权利要求3所述的光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板，其特征在于:所述的光纤光栅传感器的个数η的取值为:60 > η > 3的整数，所述的单根传感光纤上相邻2个光纤光栅传感器沿纤维方向的距离d2相同或不相同。6.根据权利要求1或2所述的光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板，其特征在于:该智能板的长度L、宽度D和厚度H分别为:200m≥L...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖羚，邓朗妮，张鹏，陈华，邓宇，康侃，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：