[发明专利]一种基于碳纤维分布式传感的智能FRP复合筋及其规模化生产工艺

权利要求书

1.一种基于碳纤维分布式传感的智能FRP复合筋，其特征是：由长标距碳纤维传感芯（8）和外包覆FRP层（29）组成；其中长标距碳纤维传感芯（8）由碳纤维传感芯半成品（4）、非导电纤维包覆层（5）、隔胶层（6）及保护层（7）组成，所述的碳纤维传感芯半成品（4）由碳纤维（2）和树脂固化层组成，在碳纤维（2）上设置有电极（1），所述的非导电纤维包覆层（5）绕制在碳纤维传感芯半成品（4）外表面，且电极（1）处的非导电纤维包覆层（5）厚度大于非电极处的非导电纤维包覆层（5），在非电极处的非导电纤维包覆层（5）外表面依次设置所述的隔胶层（6）及保护层（7）。

2.根据权利要求1所述的基于碳纤维分布式传感的智能FRP复合筋，其特征是：外包覆层（29）由纤维（20）经树脂（3）浸润固化而成。

3.一种制备权利要求1所述基于碳纤维分布式传感的智能FRP复合筋的规模化生产工艺，其特征是：包括以下步骤

第一步、测量电极（1）的安装：去除安装测量电极部分碳纤维表面的浸润剂，抛光金属丝并涂导电胶，然后每隔一标距长度固定在碳纤维束（2）上，使碳纤维和金属丝充分接触粘结，并预留一段金属丝作为导线接头；

第二步、用树脂（3）对安装了电极（1）的碳纤维束（2）进行浸渍并固化，形成长标距碳纤维传感芯半成品（4）；

第三步、长标距碳纤维传感芯的制备和封装：在长标距碳纤维传感芯半成品（4）外围编织非导电纤维（10）形成一包覆层（5）；在电极（1）部分编织的厚度大于其他部分，电极部分的编织长度不小于20mm，在相邻两电极之间涂敷一个标距长度的隔胶层（6），在隔胶层（6）的外围包覆弹性模量小的软树脂或泡沫塑料或低弹性模量纤维形成保护层（7），从而制成长标距碳纤维传感芯（8）；

第四步、长标距隔离法制造智能FRP复合筋：纤维（20）和长标距碳纤维传感芯（8）分别通过纱轴（9）和碳纤维轴（19）进行放线，其中纤维（20）导入浸胶槽（15）充分浸渍树脂，而长标距碳纤维传感芯（8）通过淋胶孔（21）在空中淋胶，然后直接经由集束架（12'）的中心孔与被集束架（12'）集束定位后的树脂浸渍纤维（20）一起挤入拉挤成型器（13），在其中挤压初步成型，经工序（14'）把导线剥离出；初步成型的智能FRP复合筋需要用缠丝机（21）进一步刻螺纹并挤胶成型，之后进入加热固化管（16）去除部分多余树脂、预热并加热固化成型；成品智能FRP复合筋（23）被夹具（24）牵拉出生产线，放置在产品支架（26）上或直接将其盘成一定直径的筋盘。

4.根据权利要求3所述的规模化生产工艺，其特征是：电极（1）及导线用导电性良好的铜丝、铝丝或银丝；测量电极用导电性良好的银胶或铜胶粘结安装，或用化学镀、电镀或蒸镀的方法安装。

5.根据权利要求3所述的规模化生产工艺，其特征是：拉挤工艺中所使用的树脂为常用纤维材料浸渍用在加热时可快速固化成型的普通型商业树脂。

6.根据权利要求3所述的规模化生产工艺，其特征是：长标距碳纤维传感芯半成品（4）在制备过程中对碳纤维（1）施加100με以上的预张拉。

7.根据权利要求3所述的规模化生产工艺，其特征是：长标距碳纤维传感芯半成品制作用的纤维（11）为非导电纤维，如玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、Dyneema纤维、PBO纤维。

8.根据权利要求3所述的规模化生产工艺，其特征是：所述的隔胶层（6）为可防止FRP筋拉挤成型过程中树脂浸入长标距碳纤维传感芯半成品（4）的PVC层或薄壁套管，每段隔胶层（6）的长度根据传感标距长度而定，锚固段（5’）的长度不小于20mm。

9.根据权利要求3所述的规模化生产工艺，其特征是：所述的保护层（7）由弹性模量低的树脂、泡沫塑料或低弹性模量纤维形成，保护层（7）的长度与隔胶层（6）的长度相同。

10.根据权利要求3所述的规模化生产工艺，其特征是：智能FRP复合筋（23）拉挤成型用的纤维（20）可以为导电性纤维或非导电性的纤维；纤维（20）采用浸胶工艺，长标距碳纤维传感芯（8）采用淋胶工艺。