[發(fā)明專利]一種復合材料結構集成光纖方法

在審

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• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114851607A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 陳典;莫文靜;周玥
• 申請（專利權）人: 成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司
• 主分類號: B29D11/00
• 分類號: B29D11/00
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務所(普通合伙) 51228
• 代理人: 何巍

本發(fā)明公開了一種復合材料結構集成光纖方法，包括以下步驟：1）制備由預浸料構成的復材結構；2）對復材結構進行預處理；3）選用具有耐高溫涂覆層的光纖作為傳感器，利用膠水對光纖進行臨時固定，將其根據(jù)布局設計鋪設在復材結構表面；4）將膠膜覆蓋在臨時固定的光纖上；5）用加熱裝置對膠膜進行加熱，使膠膜具有粘性，可以臨時固定在復材結構上；6）用與復材結構相同的預浸料，覆蓋一層在膠膜之上；7）根據(jù)所用預浸料的固化工藝，對鋪設了光纖的復材結構進行二次高溫高壓固化，即得。本發(fā)明后續(xù)集成的光纖不會影響結構強度性能，光纖方向和預浸料中纖維方向可以隨意調(diào)節(jié)，且增大應變傳遞效率；同時具備表面粘貼和內(nèi)部植入兩種方案的優(yōu)勢。

技術領域

本發(fā)明涉及復合材料機構技術領域，具體是指一種復合材料結構集成光纖方法。

背景技術

復合材料具有高的比模量和比強度，在航空航天結構中應用越來越廣泛，給飛行器帶來大幅減重的好處。但復材結構由于制造缺陷，或受到撞擊等原因，容易產(chǎn)生分層、脫膠、粉碎等損傷，降低飛行安全性和增加維護成本。研究人員在復材結構中集成傳感器網(wǎng)絡，進行在線的健康監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)損傷，以提高飛行安全性和降低維護時間和成本。光纖憑借纖細、輕質(zhì)、耐高溫高壓、抗腐蝕、無電磁干擾、分布式測量等優(yōu)勢，在復材結構健康監(jiān)測中具有廣闊的應用前景。

目前復材結構集成光纖的方式主要分為表面粘貼和內(nèi)部植入兩種。（1）前者是在復材結構制作完成后，使用環(huán)氧膠等膠水將光纖粘貼在結構表面，該方法具有布置靈活、更換方便、對結構強度性能無影響等優(yōu)勢，但缺點是光纖暴露在環(huán)境中容易脫膠或損壞，且光纖與結構并不是緊密結合，應變傳遞較差。（2）后者是在復材結構制作過程中，將光纖鋪設在預浸料層間，或者將光纖編織進纖維增強體再灌注樹脂，最后固化成型，該方法優(yōu)點是光纖不受環(huán)境影響而損壞，且光纖與結構緊密結合，應變傳遞好，但缺點是光纖直徑大于增強維絲，相當于雜質(zhì)，會影響結構的強度性能，尤其是光纖鋪設方向與增強纖維方向垂直時，影響最大，所以光纖鋪設方向受到限制。兩種方法都存在一定缺陷，極大限制了光纖傳感在復材結構健康監(jiān)測中的工程應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種使用膠膜二次固化，且同時具備表面粘貼和內(nèi)部植入兩種優(yōu)勢的復合材料結構集成光纖方法。

本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：一種復合材料結構集成光纖方法，其包括以下步驟：

（1）制備由預浸料構成的復材結構；

（2）對復材結構進行預處理；

（3）選用具有耐高溫涂覆層的光纖作為傳感器，利用膠水對光纖進行臨時固定，將其根據(jù)布局設計鋪設在復材結構表面；

（4）將膠膜覆蓋在臨時固定的光纖上；

（5）使用加熱裝置對膠膜進行加熱，使膠膜具有粘性，可以臨時固定在復材結構上；

（6）用與復材結構相同的預浸料，覆蓋一層在膠膜之上；

（7）根據(jù)所用預浸料的固化工藝，對鋪設了光纖的復材結構進行二次高溫高壓固化，即得。

為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進一步地，所述步驟（1）中，復材結構的具體制備過程為，通過使用預浸料鋪疊再高溫高壓固化的方法制備成復材結構。

為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進一步地，所述步驟（2）中，對復材結構的預處理過程為：對復材結構上準備鋪設光纖的一面進行清潔、打磨處理。

為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進一步地，所述步驟（3）中，選用的具有耐高溫涂覆層的光纖能夠承受的溫度高于復材結構所用預浸料的固化溫度。

為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進一步地，所述步驟（3）中，復材結構表面鋪設臨時固定管線的具體過程為：鋪設時，光纖彎曲處的曲率半徑需大于所用光纖建議的彎曲半徑，以減少光纖彎曲損耗；光纖交叉處，裁剪一塊與復材結構所用相同的預浸料，墊在交叉點處以避免高壓將光纖壓斷；粘膠時不用對整段光纖進行固定，對于直線鋪設的光纖，只需用膠固定直線的始末兩點；對于拐彎鋪設的光纖，只需固定弧的始末兩點，由于張力光纖會自然成弧。