[发明专利]面向结构健康监测的非晶纤维基复合材料及其方法和应用

说明书

本发明公开了一种面向结构健康监测的非晶纤维基复合材料及其方法和应用，制备方法是：S1：将连续的非晶合金纤维在预浸料的表面铺丝，得到非晶合金纤维阵列预浸料；S2：将若干预浸料和非晶合金纤维阵列预浸料铺层叠加，得到非晶纤维基复合材料前体；非晶纤维基复合材料前体含有至少一层非晶合金纤维阵列预浸料；S3：将非晶纤维基复合材料前体铺贴在平面模具或曲面模具上密封抽真空后，在110～250℃、0.1～0.6MPa的条件下固化成形，得到非晶纤维基复合材料。该复合材料集成结构和功能于一体，可同时具有电磁屏蔽或透波能力、结构健康监测和优异的力学性能。该复合材料面向工程应用领域，可以替代目标本体上对应的金属结构，具有轻量化多功能化的特点。

技术领域

本发明属于复合材料制备及成型领域，涉及一种面向结构健康监测的非晶纤维基复合材料及其方法和应用。

背景技术

纤维增强的树脂基复合材料作为一种新兴的复合材料，因为具有轻质高强的优点而在航空航天及汽车行业受到广泛的关注和应用。随着纤维增强复合材料的需求日益增长，多功能化成为复合材料下一次迭代发展的新趋势；同时由于复合材料服役期间，材料本省会承受复杂、长时间的疲劳载荷，除此以外，服役的环境温度、湿度变化以及遭遇严苛天气都有可能使得复合材料发生性能退化甚至受到破坏。对复合材料进行有效的结构健康监测，对于整个复合材料服役过程至关重要。因此，兼具优良力学性能及自感应的结构健康监测的功能复合材料亟待开发。

非晶合金纤维，通常是指以Co、Fe、Ni元素为主，辅以B、Si等半金属元素及其他微量(通常为Cr、Mo、Nb等过渡金属)元素，快速凝固形成的非晶态为主的微米级金属纤维。其制备方法目前有Ulitovskiy-Taylor法、内圆水纺法、快淬法、熔体抽拉、气雾化等，其中Ulitovskiy-Taylor法是目前应用最为广泛和商业化的制备工艺，该技术可制备得到非晶合金纤维直径在1-80μm，纤维长度可达上千米，且具有具备良好的力学性能(拉伸强度～1000MPa)。该类非晶合金纤维具有巨磁阻抗效应和应力阻抗效应，且其电磁性能随着磁场、力场、温度场均可调控，在开发具有结构健康监测功能性的复合材料具有明显优势。

在现有技术中已经公开了一些带有吸波或屏蔽功能非晶纤维基的功能材料。如CN200910238377.X的专利申请公开了含有非晶丝材的电磁波吸收材料及其制备方法以及专利CN201510281776.X的专利申请公开了一种非晶态金属纤维复合磁屏蔽壁纸及其制备方法。两项公开专利均以非晶态丝材作为功能项，但得到的材料整体力学性能较差，难以应用到实际的工程领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种面向结构健康监测的非晶纤维基复合材料及其方法和应用。本发明的非晶纤维基复合材料能提供较好的电磁屏蔽或选频透波功能，同时还具有较强的力学性能，可作为工程领域的屏蔽或透波材料。此外，基于非晶合金纤维的巨磁阻抗效应和应力阻抗效应，可应用于复合材料的结构健康监测，实现复合材料的多功能化。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种面向结构健康监测的非晶纤维基复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1：将连续的非晶合金纤维在预浸料的表面铺丝，得到非晶合金纤维阵列预浸料；所述非晶合金纤维阵列预浸料的一面为预浸料层，另一面为一层或多层的非晶合金纤维层；每层非晶合金纤维层上的非晶合金纤维均为等间距平行排布，非晶合金纤维在长度方向上连续无断裂；

S2：将若干预浸料和非晶合金纤维阵列预浸料铺层叠加，得到非晶纤维基复合材料前体；所述非晶纤维基复合材料前体含有至少一层非晶合金纤维阵列预浸料；

S3：将非晶纤维基复合材料前体铺贴在平面模具或曲面模具上密封抽真空后，在110～250℃、0.1～0.6MPa的条件下固化成形，得到非晶纤维基复合材料。

作为优选，所述预浸料为玻璃纤维或碳纤维。