[發(fā)明專利]一種具有損傷原位監(jiān)測(cè)功能的復(fù)合材料螺栓連接接頭

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110372289.X
• 申請(qǐng)日: 2021-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN112936906A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷祖祥;胡文龍;萬(wàn)云;李浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C70/34
• 分類號(hào): B29C70/34;B29C70/44;B29C70/54;B29C70/68;B29C70/88;F16B35/04;G01N27/04;B82Y15/00;B82Y40/00;B29L31/30
• 代理公司: 南昌市平凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 姚伯川

一種具有損傷原位監(jiān)測(cè)功能的復(fù)合材料螺栓連接接頭，該接頭以玻璃纖維（5）為增強(qiáng)材料，樹脂（9）為基體，并在層間植入基于多壁碳納米管（MWCNT）的傳感器（4）。接頭的制備采用真空輔助成型工藝，具體包括（a）預(yù)處理過(guò)程，將導(dǎo)流網(wǎng)（7）、脫膜布（6）、玻璃纖維和基于多壁碳納米管的傳感器按先后次序鋪放并放入真空袋（8）密封；（b）真空泵（11）抽樹脂及靜置固化過(guò)程，在真空泵與真空袋之間放置一個(gè)樹脂收集器（10）；（c）脫膜過(guò)程；（d）切割打孔過(guò)程。本發(fā)明的接頭輕質(zhì)高強(qiáng)，耐久性及耐腐蝕性較好，基于MWCNT的傳感器的植入使其具有了損傷原位監(jiān)測(cè)的功能；且材料成本較低，制備工藝簡(jiǎn)單，具有實(shí)際應(yīng)用和推廣價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有損傷原位監(jiān)測(cè)功能的復(fù)合材料螺栓連接接頭，屬功能性復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

復(fù)合材料是采用兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料組合而成的一種新型材料，與傳統(tǒng)金屬材料相比，復(fù)合材料可以充分發(fā)揮各組元的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)各組元的不足，獲得單一金屬或合金所不具備的輕質(zhì)高強(qiáng)、抗疲勞和耐腐蝕性能等優(yōu)異的性能。因此復(fù)合材料在當(dāng)今材料領(lǐng)域受到越來(lái)越廣泛的重視與應(yīng)用，尤其對(duì)工作環(huán)境復(fù)雜、對(duì)減重需求較高的航空航天和高速列車等領(lǐng)域的青睞。

目前復(fù)合材料應(yīng)用最多的是由多層增強(qiáng)纖維/樹脂構(gòu)成的層合板結(jié)構(gòu)。其中增強(qiáng)纖維材料主要包括玻璃纖維、碳纖維和植物纖維等，樹脂包括熱固性樹脂和熱塑性樹脂。兩種材料經(jīng)過(guò)諸如熱壓罐成型、真空輔助成型、拉擠成型及預(yù)浸料成型等工藝制備最終形成性能優(yōu)異的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

在航空航天等領(lǐng)域中根據(jù)實(shí)際工程的需求存在大量的機(jī)械連接結(jié)構(gòu)。由于復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)大多采用螺栓連接的方法，因此在連接部位需要打連接孔，這將造成纖維的中斷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度出現(xiàn)明顯的降低。而復(fù)合材料還具有各向異性以及非均勻性的特點(diǎn)，連接孔周圍的應(yīng)力分布更為復(fù)雜，破壞模式也存在拉伸破壞、剪切破壞和擠壓破壞等多種形式。其中除擠壓破壞為延性破壞外，其余破壞模式均屬于脆性破壞，一旦出現(xiàn)結(jié)構(gòu)將會(huì)突然失去承載力，造成災(zāi)難性的后果。

如何實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料螺栓連接接頭的健康監(jiān)測(cè)并避免出現(xiàn)災(zāi)難性破壞成為航空航天等領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，為了實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料螺栓連接接頭的健康監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)災(zāi)難性破壞等亟待解決的問(wèn)題，一種具有損傷原位監(jiān)測(cè)功能的復(fù)合材料螺栓連接接頭。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案如下，一種具有損傷原位監(jiān)測(cè)功能的復(fù)合材料螺栓連接接頭，所述接頭以玻璃纖維為增強(qiáng)材料，樹脂為基體；將多壁碳納米管沉積在玻璃纖維上，形成基于多壁碳納米管的傳感器，并植入在接頭的層間；接頭受到損傷時(shí)，基于多壁碳納米管的傳感器能感知損傷并通過(guò)電阻變化的形式反映出來(lái)，實(shí)現(xiàn)損傷原位監(jiān)測(cè)。

所述基于多壁碳納米管的傳感器的制備方法如下：

將多壁碳納米管放在活化后的去離子水中；隨后進(jìn)行超聲波分散處理；將玻璃纖維在所得溶液中浸泡；然后將浸泡后的玻璃纖維放進(jìn)恒溫烤箱中進(jìn)行烘干蒸發(fā)掉多余水分；使多壁碳納米管沉積在玻璃纖維上，從而構(gòu)建由多壁碳納米管形成的導(dǎo)電傳感網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)基于多壁碳納米管的傳感器制備。

所述具有損傷原位監(jiān)測(cè)功能的復(fù)合材料螺栓連接接頭的真空輔助成型工藝，步驟如下：

（1）預(yù)處理過(guò)程：將導(dǎo)流網(wǎng)、脫膜布、玻璃纖維和基于多壁碳納米管的傳感器按先后次序鋪放在光滑的桌面上，隨后利用真空袋將材料密封并開啟真空泵進(jìn)行氣密性檢測(cè)；

（2）真空抽樹脂及靜置固化過(guò)程：在確定真空袋內(nèi)的氣密性良好后，進(jìn)行樹脂的制備，隨后利用真空壓力將樹脂抽進(jìn)真空袋中；為避免樹脂被抽進(jìn)真空泵中，在真空泵與真空袋之間放置一個(gè)樹脂收集器；隨后靜置12小時(shí)等待樹脂固化；

（3）脫膜過(guò)程：在樹脂固化完成后脫去試件外的真空袋、導(dǎo)流網(wǎng)及脫膜布；