[發明專利]一種便于受力測量的碳纖維纏繞件、其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010213553.0
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111421855A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 俞以晨;張超
• 申請（專利權）人: 南京今勵新材料科技有限公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;B29C33/60;D01F6/50;D01F1/10;D06M10/00;G01L1/16;D06M101/24
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 竇賢宇

本發明公開了一種便于受力測量的碳纖維纏繞件、其制備方法和應用，屬于復合材料制備領域。包括清理模具、纏繞纖維、固化樹脂、切割修整四個步驟，其中纏繞纖維中通過浸漬有樹脂的纖維增強材料加設一層將磁性或壓電陶瓷纖維的復合材料。本發明通過在纖維纏繞件的內部加入磁性或者壓電陶瓷纖維，復合材料在受力的時候，復合材料的磁性參數或者電學參數會出現變化，從而間接了解裂紋的情況，以判斷和預測復合材料的壽命，保證纏繞件的使用安全。

技術領域

本發明屬于復合材料制備領域，尤其是一種便于受力測量的碳纖維纏繞件、其制備方法和應用。

背景技術

纖維增強復合材料是由增強纖維材料，如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等，與基體材料經過纏繞，模壓或拉擠等成型工藝而形成的復合材料。根據增強材料的不同，常見的纖維增強復合材料分為玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料和芳綸纖維增強復合材料。纖維增強復合材料制成的纏繞件用于多種技術領域中，例如制造熔化坩堝、風管或壓力容器。在在做纏繞件時，一般將粘結劑浸漬的纖維沿著線圈模具纏繞并且鋪設在線圈芯上。

但是，單純的纖維纏繞件制成復合材料后，每一個纏繞層之間不存在機械連接，僅依靠存在較弱的化學和/或物理結合力連接，在受力或長期使用過程中，特備是一些壓力容器，其內部會出現裂紋，但是這些裂紋無法肉眼無法觀測到，需要使用一些精密的光學設備或者是破壞性實驗才能對其力學性能測試，在實際使用過程中顯然不能滿足上述條件。

發明內容

發明目的：提供一種便于受力測量的碳纖維纏繞件、其制備方法和應用，以解決上述背景技術中所涉及的問題。

技術方案：一種便于受力測量的碳纖維纏繞件的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、清理模具，首先對模具表面進行拋光處理，將使用乙醇溶液將模具清洗表面至干凈，然后將脫模劑均勻的涂抹于整個模具表面，然后對模具進行預熱。

步驟二、纏繞纖維，將模具進一步升溫至90～125℃，首先，將浸漬有樹脂的纖維增強材料以預定的纏繞速度、100～200N的纏繞張力、30～60度的纏繞角、右螺旋纏繞方向進行環向纏繞；然后，將磁性或壓電陶瓷纖維的復合材料以預定的纏繞速度、30～60度的纏繞角、左螺旋纏繞方向進行環向纏繞；最后，將浸漬有樹脂的纖維增強材料以預定的纏繞速度、100～200N的纏繞張力、30～60度的纏繞角、右螺旋纏繞方向進行環向纏繞。

步驟三、固化樹脂，將模具繼續升溫至200～250℃，保溫0.5～1h，樹脂在高溫和催化劑作用快速固化，得到高強度的纖維纏繞件。

步驟四、切割修整，樹脂固化后，會輕微收縮，在脫模劑的作用下，去取出模具，并對纖維纏繞件進行切割、修整。

作為一個優選方案，所述脫模劑為液體脫模劑、潤滑油、動植物油中的一種。

作為一個優選方案，所述浸漬有樹脂的纖維增強材料為碳纖維浸潤聚氨酯樹脂，其中，樹脂質量濃度為30～50%。

作為一個優選方案，所述磁性或壓電陶瓷纖維纏繞間距保持一致，其間距為20～150mm。

作為一個優選方案，所述磁性或壓電陶瓷纖維為摻雜有的壓電陶瓷材料有機纖維，其中，所述壓電陶瓷材料分子式為，其中0≤x≤1；0≤y≤0.012。

作為一個優選方案，所述壓電陶瓷纖維的制備工藝如下：

步驟一、稱量，將氧化鈰、碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鈮烘干，然后按照分子式計算所需原料，然后精準稱取原料。

步驟二、研磨，將稱取好的氧化鈰、碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鈮倒入尼龍罐中，并加入乙醇至恰好研磨原料，然后在球磨機上充分研磨6～12小時，烘干后，在600～800℃煅燒2～6小時；然后加入乙醇，進行二次球磨，在球磨機上充分研磨6～12小時，最后烘干，過篩，得到直徑小于20微米的原料顆粒。