[發明專利]一種涉及微納傳感器的智能復合材料壓力容器及制造方法

有效

• 申請號: 202010016829.6
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111237456B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 屠碩;盧少微;林倫洋;楊樹軍;王曉強;張璐;張書槐;王東奎
• 申請（專利權）人: 沈陽斯林達安科新技術有限公司;沈陽航空航天大學
• 主分類號: F16J12/00
• 分類號: F16J12/00;G01N27/04;H05K1/02;H05K1/03;H05K1/18;B29C70/34
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種涉及微納傳感器的智能復合材料壓力容器及制造方法，涉及智能復合材料壓力容器制造技術領域。本裝置包括復合材料壓力容器瓶瓶體和柔性傳感器列陣；柔性印刷電路減少了導線的數量，并簡化了導線的布置；由于復合材料與微納傳感器一體成型，在復合材料壓力容器服役過程中復合材料結構的任何微小損傷都會實時傳輸到微納傳感器微觀結構中，表現為其殘余電阻的變化，具有非常好的敏感性。與傳統電阻應變片、光纖光柵傳感相比，具有大變形量監測、高靈敏度系數、寬服役溫度、多方向監測及曲面結構健康監測等優點。

技術領域

本發明涉及智能復合材料壓力容器制造技術領域，尤其涉及一種涉及微納傳感器的智能復合材料壓力容器及制造方法。

背景技術

壓力容器是生產、生活中廣泛使用的可能引起燃爆或中毒等危險性較大的特種設備。在役用壓力容器由于在設計、制造、安裝和運行中存在各種問題而導致異常失效，從而造成突發性破壞事故。復合材料壓力容器相對于全金屬壓力容器具有更好的力學性能，但其復雜的結構使其自身在制造和服役過程中存在更多、更復雜的損傷機理。為了避免復合材料壓力容器在整個工作周期內出現因為其結構破壞而造成的爆炸和中毒等危害性極大的事故發生，需要對復合材料壓力容器進行實時的工作狀態監測、損傷監測及定位和剩余壽命估計。

目前對于復合材料壓力容器最常用將光纖光柵傳感器和壓電陶瓷傳感器在制造壓力容器的過程中合理的埋入復合材料中，同樣可以實現對復合材料壓力容器進行實時的動態的健康監測。但是兩種傳感器在埋入復合材料后，相當于在復合材料中引入了人為缺陷，從而會對復合材料壓力容器整體力學性能造成一定的影響。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種涉及微納傳感器的智能復合材料壓力容器及制造方法，發明方案如下：

一方面，本發明提供一種涉及微納傳感器的智能復合材料壓力容器，包括復合材料壓力容器瓶瓶體和柔性傳感器列陣；

所述復合材料壓力容器瓶瓶體包括鋁合金層、碳纖維層和玻璃纖維層；所述鋁合金層為瓶體內襯；碳纖維層作為中間層，是主要受力層；玻璃纖維層為最外層保護層；

所述柔性傳感器列陣包括微納米傳感器和柔性印刷電路；所述微納米傳感器為圓形的微納米傳感器，所述柔性印刷電路包括基板、銅箔、膠黏劑和保護膜，其中基板和保護膜由聚酷亞胺材料構成，微納米傳感器通過膠黏劑粘貼到柔性印刷電路對應的導線電極上，形成柔性傳感器列陣；

所述圓形微納米傳感器的外圍圓周上均設置以傳感器中心點為對稱的多對電極。

另一方面，本發明提供一種涉及微納傳感器的智能復合材料壓力容器的制造方法，包括以下步驟：

步驟1：所述鋁合金內襯表面通過涂抹未固化的樹脂或噴涂導電隔離膠，將柔性傳感器列陣鋪設到鋁合金內襯表面；

步驟2：使用碳纖維纏繞將柔性傳感器列陣固定到碳纖維層和鋁合金內襯之間；

所述柔性傳感器列陣，柔性印刷電路以聚酷亞胺薄膜上涂上膠粘劑，按照設計的電路配置銅箔形成銅線，柔性印刷電路厚度為0.1mm-0.15mm，使用膠黏劑將微納米傳感器粘貼到柔性印刷電路上對應的導線電極上，并把已粘貼傳感器的柔性電路放入80-150℃的恒溫干燥箱中5-30分鐘，使膠粘劑充分干燥。

所述柔性印刷電路，在對復合材料壓力容器的半球形封頭和圓柱形筒體監測時，半球形封頭和圓柱形筒體上需要監測的位置不同，所布置傳感器的數量也不同，所以設計的柔性電路形狀也不同，對于需要監測的位置布置傳感器，分別使用不同形狀的柔性印刷電路，設計柔性電路將所有布置的傳感器相連接。

步驟3：當第一層碳纖維纏繞完成后，將柔性傳感器列陣鋪設到第一層碳纖維表面，繼續進行并完成碳纖維纏繞，將柔性傳感器列陣固定到碳纖維層內；