[發(fā)明專利]具有實時損傷監(jiān)測功能的仿生纖維復合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113049640B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設計）人: 韓志武;張芷嫣;張斌杰;王宇飛;宋文達;李玉姣;張爽;李健豪;穆正知;韓奇鋼;李博
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 深圳市君勝知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 朱陽波;劉芙蓉

本發(fā)明公開具有實時損傷監(jiān)測功能的仿生纖維復合材料及其制備方法。該材料包括：纖維層；位于纖維層上的導電層，所述導電層的表面具有若干平行排列的溝槽；樹脂層，所述纖維層與所述導電層之間通過所述樹脂層粘合。本發(fā)明通過在纖維層間引入導電層作為增強相，增強了仿生纖維復合材料的層間韌性，實現(xiàn)了仿生纖維復合材料的增強增韌。同時，利用纖維絲間固有空隙，在纖維層上制備了具有仿生溝槽結(jié)構的均勻?qū)щ妼樱敳牧鲜艿綁嚎s、彎曲、拉伸等載荷產(chǎn)生微裂紋時，導電層仿生溝槽結(jié)構槽寬發(fā)生變化，從而引起材料自身響應電阻的變化，通過響應電阻值的大小判斷材料內(nèi)部損傷裂紋的擴展程度，實現(xiàn)了材料高穩(wěn)定、低成本、響應快速的實時損傷監(jiān)測。

技術領域

本發(fā)明涉及仿生纖維復合材料技術領域，尤其涉及一種具有實時損傷監(jiān)測功能的仿生纖維復合材料及其制備方法。

背景技術

纖維復合材料作為新一代工程材料，因其出色的輕質(zhì)、高強特性在航空航天、軌道交通、工程機械等領域得到了廣泛的應用。而纖維復合材料的失效往往是由內(nèi)部微小裂紋的累積和擴展引起的，對零件材料損傷狀況的實時監(jiān)測，對于避免因零件失效引起重大工程和交通安全事故，保證生命財產(chǎn)安全具有重大意義。

目前工程領域內(nèi)的材料損傷監(jiān)測技術均存在一定的局限和不足，如自修復材料損傷修復過程緩慢，難以實現(xiàn)損傷實時監(jiān)測；超聲探傷和非接觸光學測量，需要十分專業(yè)的設備和儀器，成本昂貴，不利于大規(guī)模工程應用；材料內(nèi)部微管、膠囊結(jié)構易造成材料內(nèi)部缺陷，并且依靠微管、膠囊釋放染料，通過物理或化學變色特性監(jiān)測纖維復合材料內(nèi)部損傷，僅適用于玻璃纖維等顏色較淺的纖維，對于碳纖維、玄武巖纖維等深色纖維，顏色變化難以觀測。

因此，現(xiàn)有纖維復合材料的損傷監(jiān)測技術亟待改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有實時損傷監(jiān)測功能的仿生纖維復合材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有纖維復合材料損傷監(jiān)測技術存在響應時間較長、成本高、易造成材料內(nèi)部缺陷等問題。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種具有實時損傷監(jiān)測功能的仿生纖維復合材料，其中，包括：

纖維層；

位于纖維層上的導電層，所述導電層的表面具有若干平行排列的溝槽；

樹脂層，所述纖維層與所述導電層之間通過所述樹脂層粘合。

可選地，所述纖維層為一層或多層，所述纖維層為多層時，所述導電層為多層，所述纖維層與所述導電層交替層疊設置。

可選地，所述纖維層為電絕緣纖維機織而成的平紋布、斜紋布或單向布，所述纖維層的厚度為0.1～0.5mm。

可選地，所述電絕緣纖維包括玄武巖纖維、玻璃纖維、凱夫拉纖維、芳綸纖維、麻纖維、蠶絲纖維中的一種或多種。

可選地，所述溝槽的寬度為5～50μm，深度為5～50μm，相鄰兩溝槽間距為5～10μm。

可選地，所述導電層的材料包括石墨烯、導電聚合物、金屬中的一種或多種。

可選地，所述導電層的厚度為5～50μm。

一種本發(fā)明所述的具有實時損傷監(jiān)測功能的仿生纖維復合材料的制備方法，其中，包括步驟：

制備纖維層；

在所述纖維層上制備導電層，所述導電層的表面具有若干平行排列的溝槽；

將所述制備有導電層的纖維層經(jīng)樹脂浸潤，并通過成型工藝成型得到所述仿生纖維復合材料。

可選地，所述制備纖維層的步驟，具體包括：將電絕緣纖維采用機織的方式編織為平紋布、斜紋布或單向布，得到所述纖維層。