[发明专利]复合光纤织物层、包含其的复合光纤片材和复合光纤胶带

说明书

技术领域

本发明涉及工程建设技术领域，可广泛应用于工程施工、维护及智能监测，同时发挥结构高效加固、安全维护与健康自监测等多种用途，更具体的说是涉及一种复合光纤织物层、包含其的复合光纤片材和复合光纤胶带。

背景技术

高性能纤维增强树脂基复合材料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、设计灵活、施工快捷等优异特性，应用于工程建设领域，具有传统材料不可替代的性能优势。采用FRP片材对既有建筑结构进行快速加固修复，极大节约社会、经济成本，或将FRP材料设计制备成新型结构构件，替代钢筋等金属材料及传统建筑结构等，促进工程结构向超高、超强、超大跨、长耐久方向变革式跨越发展，成为国内外学者广泛关注的研究热点。现阶段，FRP作为新型建筑材料单独使用，或与岩土、混凝土、钢材等传统材料及其结构构件协同作用的工作机制、长期服役性能、维护修复等关键机理、技术及施工验收等尚待深入研究突破，阻碍了其大规模深入推广应用。

借助智能监测手段，通过对FRP材料或结构构件服役过程产生的裂纹、形变、结构损伤等发展与变化进行及时有效自监测，并在结构内部发生变异以及形成重大事故之前有效预知及报警，对指导材料的可靠设计应用及结构构件的长效安全服役具有重要意义。

近年来，引入光纤作为智能监测手段应用于工程建设领域受到广泛关注。通常工程上采用环氧树脂将光纤粘贴在监测结构表面，但由于裸光纤细而脆，需要与监测物表面紧密粘结，且需铺设匀直。应用于一般工程实际的光纤用量大、使用长度长，施工粘贴过程极易发生裸纤曲皱甚至脆断，给现场操作带来很大不便。一些方法提出将光纤与纤维一起经复合材料成型工艺制备成含光纤的复合材料，主要用于复材结构的应变及温度等监测，同时复合材料对光纤亦起到封装保护作用。但是，光纤埋入复合材料的成型过程需经过拉挤/缠绕/真空灌注/模压成型等工艺步骤，通常经历高温高压及一定的牵伸力作用，裸纤极易在此过程中发生脆断，埋入成活率很低。另外裸纤与增强纤维的材性差别较大，在复合材料成型固化过程中，会引起裸纤周围应力/应变集中，加之复合材料固化过程产生的热残余应力，均对光纤测量数据精度产生不同程度的影响。产品较难大规模工业化生产，工艺控制和产品稳定性方面较难保证。另一方面，光纤的加入，破坏了复合材料本身的结构均一性，对复材的力学性能、耐久性能等方面存在不良影响。

因此，如何提供一种能够保证光纤监测信号稳定、综合性能优异、工程应用高效快捷，适用范围广的智能监测产品是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复合光纤织物层、包含其的复合光纤片材和复合光纤胶带，其制备方法特点、突出优点及解决的问题：

(1)制备技术：采用技术简易的机械编织手段，相比传统光纤与纤维的复合成型工艺，一方面有效避免了传统光纤在复合成型工艺过程中经高温高压以及牵引力作用，极易造成脆断的问题、光纤埋入复合材料成活率低且成活率不稳定的问题；有效避免了因光纤和纤维材性差异较大，复合材料成型固化过程中由于引入光纤，导致复合材料成型固化过程在光纤周围引起应力/应变集中、热残余应力集中等对光纤测量数据精度影响显著的问题；有效避免了光纤参与复合材料成型，干扰甚至破坏了复合材料本身的结构均一性，从而造成复材力学性能、耐久性能等方面产生不良影响的问题。综合的，此机械编织工艺从整体上解决了光纤与复合材料高效复合的技术难题，解决了光纤监测信号清晰稳定的问题，解决了光纤与复材相互依存且结构性能互不干扰的问题，且极大解决了此类型产品的大规模工业化生产，工艺控制和产品稳定性等方面的技术难题。

(2)制备方法，包括幅面设计、光纤选择、纤维选择、纤维铺设方法确定等：根据被监测物体的大小、信号分辨率、采集样点、长度距离、承载力大小及承力方向要求、耐久性要求等，确定本发明设计制备方法，包括：幅面大小，光纤和纤维的选择、纤维铺设方式的设计等。最大程度的发挥本发明的多功能性，设计性更强，适应性更好，同时降低了成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合光纤织物层，所述复合光纤织物层是由光纤和纤维混合编织而成。

优选的，在上述复合光纤织物层中，所述光纤在所述复合光纤织物层中的分布密度是1-100根/米宽幅。

优选的，在上述复合光纤织物层中，所述纤维为高性能纤维材料或普通纤维材料。

优选的，在上述复合光纤织物层中，所述高性能纤维材料包括碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或者玻璃纤维。

一种复合光纤织物层制备方法，具体包括以下步骤：