[发明专利]含有分层损伤的智能复合材料制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于材料技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案是这样实现的：

一、技术原理

本发明利用光纤尺寸小，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，本发明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；