[發(fā)明專利]一種內植FBG傳感器的拉擠成型復合材料板材連續(xù)制造工藝

有效

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• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112192865B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設計）人: 呂曉軒;智杰穎;袁立業(yè);楊禹;宋英俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: B29C70/52
• 分類號: B29C70/52;B29C70/54
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發(fā)明屬于復合材料制備及無損監(jiān)測領域，具體涉及一種內植FBG傳感器的拉擠成型復合材料板材連續(xù)制造工藝。該連續(xù)制造工藝包括光纖光柵前處理、碳纖維板材拉擠成型、成型復合材料的裁切以及光纖光柵傳感器引線的后處理。該連續(xù)化制造工藝有效解決了拉擠成型連續(xù)化制造過程中光纖光柵傳感器在預定長度上的引線接頭難以引出的問題。在保證拉擠成型效率不明顯降低的條件下，消除了內置接頭方法對復合材料拉擠板材力學性能的不利影響。為智能化拉擠成型復合材料板材的制造及復合材料截面光纖引線的順利引出提供了一種可靠穩(wěn)定的方案。

技術領域

本發(fā)明屬于復合材料制備及無損監(jiān)測領域，具體涉及一種內植FBG傳感器的拉擠成型復合材料板材連續(xù)制造工藝。

背景技術

隨著社會經(jīng)濟及城市化進程的不斷加速，國家的工程設施及城市基礎設施建設在過去的一段時期內得到了快速發(fā)展，諸多建筑、橋梁及工程結構已經(jīng)投入使用幾十年甚至更長時間。隨著這些基礎設施使用時間的不斷增加，設施老化及其面臨的使用安全風險不斷加大，所以對這些基礎設施的使役狀態(tài)的監(jiān)控以及設施的維護與保養(yǎng)已經(jīng)成為接下來社會發(fā)展所要面臨的重要問題。

碳纖維增強復合材料單向板材的成型工藝是將纖維浸漬樹脂后在模具內固化并連續(xù)拉擠成型。具有拉伸強度高、耐腐蝕性、抗震性、抗沖擊性能良好等特點，能充分發(fā)揮碳纖維的強度和彈性模量，在抗剪加固、橋梁以及隧道的預應力加固補強方面有廣泛應用。隨著補強加固技術的不斷進步以及在線監(jiān)測技術的不斷發(fā)展，在拉擠成型復合材料板材結構中植入傳感器進行設施的結構在線健康監(jiān)測已成為建筑補強領域的重點發(fā)展方向。

光纖Bragg光柵(FiberBragg Grating,FBG)傳感器具有結構簡單、抗電磁干擾性強、便于內植并易于成網(wǎng)等特點，相比于金屬應變片及其他類型的傳感器，其在原位在線監(jiān)測方面具有明顯優(yōu)勢。當然，F(xiàn)BG傳感器也存在一些缺點，其中最主要的就是光纖的抗剪切性能差，并且柵區(qū)部位作為測量敏感部件，脆弱易斷，一旦光柵的柵區(qū)折斷就會造成監(jiān)測信號中斷，這無疑為FBG傳感器在復合材料拉擠板材中的植入、傳感器引線及復合材料單向板材的連續(xù)化生產帶來很大困難。

為解決上述問題，近年來已經(jīng)進行了一系列探索，具體來說，專利200810217549.0公開了一種光纖光柵傳感器內埋于纖維高聚物復合材料的系統(tǒng)及方法，該方法將單根光纖由導入模引入纖維束中并一起同過拉擠成型模頭。這樣的方案未考慮到FBG傳感器光纖的預拉伸，在植入過程中很難精準定位FBG傳感器在復合材料中的位置。專利200910057487.6公開了一種光纖光柵復合材料智能筋的制備系統(tǒng)及方法，該發(fā)明結合拉擠成型及模壓成型的特點，將FBG傳感器植入兩個預成型體中間位置，并在兩端加工連接頭，這種方案一方面降低生產效率，另一方面，在應用于拉擠成型板材時，由于板材厚度相比于筋材的直徑小很多，最小厚度僅為0.9mm-1.4mm，并不易于在光纖兩端嵌入內埋式的引線接頭。專利201710223794.1公開了一種光纖光柵連續(xù)植入拉擠成型復合材料的系統(tǒng)及方法，該發(fā)明在光纖光柵植入系統(tǒng)中加入預拉伸裝置避免光纖的折斷，但是并未考慮到FBG傳感器光纖引線從復合材料裁切端面引出的問題，難以實現(xiàn)內植長標距FBG傳感器的復合材料拉擠板材的連續(xù)化制造。

綜上所述，需要一種內置FBG傳感器的拉擠成型復合材料板材連續(xù)制造工藝及方法，這對于實現(xiàn)FBG傳感器在拉擠成型智能化復合材料中的穩(wěn)定植入并連續(xù)化的制造及使用有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明主要目的及解決的關鍵問題是提供一種內置FBG傳感器的拉擠成型復合材料板材的連續(xù)制造工藝，在保證FBG傳感器在復合材料拉擠成型過程中順利存活的前提下，實現(xiàn)內植FBG傳感器的拉擠成型智能化復合材料板材的連續(xù)化制造。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術方案：

一種內植FBG傳感器的拉擠成型復合材料板材連續(xù)制造工藝，包括以下步驟：