一种连续纤维增强树脂基复合材料各向异性热膨胀系数的测试方法_2

文档序号:8359724阅读:来源:国知局
能差从而脆弱易断的问题。
[0018](2)通过沿纤维方向和垂直于纤维方向铺设多个光纤Bragg光栅串,实现对连续纤维增强树脂基复合材料热膨胀系数的多点、实时监测。
[0019](3)通过在高低温恒温箱内两端简支复合材料并顺序地升温和保温来测定固化成型且脱模之后的复合材料热膨胀系数,更加真实地反映复合材料在自由状态下的热膨胀系数。
[0020](4)在固化成型之前,对模具侧壁框板进行了完全的多层覆膜处理,从而避免了模具侧壁框板与复合材料的直接接触,而且多层高分子薄膜之间虽然接触但不粘结、易于滑移,有利于脱模,有效提高了埋植于复合材料中的光纤Bragg光栅串的存活率。
[0021]本发明技术很好地保护了用作检测连续纤维增强树脂基复合材料热膨胀系数的光纤Bragg光栅串,使所得数据更为全面、精确、可靠。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例的装置结构图。
[0023]图2(a)为开有引线沟槽的模具俯视图(为便于观察引线沟槽,该图中删除了上模板);
[0024]图2 (b)为开有引线沟槽的模具的A-A向视图;
[0025]图2 (C)为覆有高分子膜的模具;
[0026]图2(d)为内部已铺设有部分预浸料的模具;
[0027]图2(e)为铺设于预浸料上的90°方向的光纤Bragg光栅串;
[0028]图2(f)为装配上模板后整体结构的主视图;
[0029]图2(g)为固化成型且脱模后的内埋光纤Bragg光栅串的复合材料俯视图。
[0030]图3为FBG传感器检测的复合材料在高低温恒温箱内从20°C升温至40°C过程中的微应变-温度关系曲线。
[0031]图4为FBG传感器检测的复合材料在高低温恒温箱内从40°C升温至60°C过程中的微应变-温度关系曲线。
[0032]图5为FBG传感器检测的复合材料在高低温恒温箱内从60°C升温至90°C过程中的微应变-温度关系曲线。
[0033]其中,I为预浸料,2为沿着纤维方向(0°方向)铺设的光纤Bragg光栅串,3为沿垂直纤维方向(90°方向)铺设的光纤Bragg光栅串,4为小片树脂基复合材料预浸料,5为引线沟槽,6为模具侧壁框板,7为耐高温的高分子薄膜,8为下模板,9为上模板。
[0034]具体实施措施
[0035]下面结合附图对本发明进行进一步的阐述。应该说明的是,下述说明仅是为了解释本发明,并不对其内容进行限定。
[0036]实施例1:
[0037]一种连续纤维增强树脂基复合材料各向异性热膨胀系数的测试方法:
[0038](I)复合材料样品的制作:在模具型腔中铺设树脂基复合材料预浸料,在多个预浸料铺层上分别铺设光纤Bragg光栅串;即在第n层(η > 5)沿着纤维方向(0°方向)铺设多个光纤Bragg光栅串2,在第n+i层(i >5)垂直纤维方向(90°方向)铺设多个光纤Bragg光栅串3;与0°方向不同的是,在90°方向铺设的FBG传感器上需要用小片树脂基复合材料预浸料4上下包埋光栅区,且这小片树脂基复合材料预浸料中的纤维方向与光纤Bragg光栅串方向相同以起到保护光栅区的目的,同时又不影响复合材料在该光栅区的90°方向热膨胀系数;还应注意光栅区不能设置在0°和90°方向光纤Bragg光栅串的交叉点上。模具侧壁框板6上设有引线沟槽5,模具侧壁框板6以及引线沟槽5表面覆有耐高温的高分子薄膜7,光纤Bragg光栅串的引线从模具侧壁框板的引线沟槽5中引出。高低温恒温箱内有一开口并带有橡胶塞,保证在引线能从高低温恒温箱内顺利引出的同时整个恒温箱密封性良好。
[0039]具体实施步骤:
[0040]a.在带有引线沟槽5的回字形模具侧壁框板6的每个边框上分别缠绕一层聚四氟乙烯胶带,再用双层耐高温聚酯薄膜完全包覆,最后用单层聚四氟乙烯布完全包覆,使它们与模具侧壁框板紧紧贴合;每个引线沟槽处用一层聚四氟乙烯胶带包覆。
[0041]b.利用预浸料裁切机将预浸料按平行于纤维方向(0°方向)逐层裁切,切出面内尺寸为295mm*295mm的预浸料和面内尺寸为25mm*10mm的用作保护栅区的小片预浸料。
[0042]c.准备FBG传感器,每个光纤Bragg光栅串上分布5个栅区。尾纤使用特氟龙管进行保护,使光纤Bragg光栅串可在-80 V?280 °C的范围内长期使用。
[0043]d.将裁切得到的面内尺寸为295mm*295mm的预浸料按照要求逐层铺设到由预先涂好脱模剂的下模板8和准备好的侧壁框板6围成的模腔内,铺层方式为[0° ]22。在铺设过程中,在第7层沿纤维轴向铺设一组光纤Bragg光栅串,用作0°方向应变传感器;在第15层垂直纤维方向铺设一组用小片树脂基复合材料预浸料保护的光纤Bragg光栅串,用作90°方向应变传感器。
[0044]e.将FBG传感器的引线从对应的模具侧壁框板6的引线沟槽5中引出。
[0045]f.盖上预先涂好脱模剂的上模板9,闭合模具,置入硫化机中;加热加压,使预浸料在全刚性闭式模具中热压成型,实现复合材料的固化。采用的热压工艺是先从室温连续升温至80°C,保温30分钟,然后再连续升温至130°C,保温60分钟;两个阶段的压力均为0.5Mpa,最后冷却至室温,得到完全固化的树脂基复合材料。
[0046]g.打开硫化机,使固化成型的连续纤维增强树脂基复合材料与模具脱离。
[0047](2)测试:将脱模后的复合材料连同已埋入内部的光纤Bragg光栅串放入初始温度为20°C的高低温恒温箱内并两端简支,通过恒温箱内的开口引出FBG传感器的引线,接入SM125光纤光栅解调仪,调试设备以采集数据,塞紧橡皮塞以保证整个恒温箱密封性良好。保温30分钟后开始升温,升温速率为2°C /min,温度每升高10°C,保温30分钟,直到达到预定温度110°C,保温30分钟后,降温至室温;同时动态实时采集栅区的中心波长数据;
[0048](3)数据处理:处理上述得到的栅区的中心波长数据,得到光栅中心波长随时间变化的曲线。以20°C为一个温度区间,得到4组温度区间内的光栅区中心波长-温度关系曲线,这些曲线的斜率即是光栅的温度灵敏系数。通过光栅中心波长变化和微应变的对应关系,进一步得到4组温度区间内的应变-温度关系曲线,这些曲线的斜率即是复合材料在该光栅方向上的热膨胀系数,用4组热膨胀系数的算术平均值来表示复合材料在该光栅方向上的热膨胀系数。
[0049]实施例2:
[0050]一种连续纤维增强树脂基复合材料各向异性热膨胀系数的测试方法:
[0051](I)复合材料样品的制作:在模具型腔中铺设树脂基复合材料预浸料,在多个预浸料铺层上分别铺设光纤Bragg光栅串;即在第n层(η > 5)沿着纤维方向(0°方向)铺设多个光纤Bragg光栅串2,在第n+i层(i >5)垂直纤维方向(90°方向)铺设多个光纤Bragg光栅串3;与0°方向不同的是,在90°方向铺设的FBG传感器上需要用小片树脂基复合材料预浸料4上下包埋光栅区,且这小片树脂基复合材料预浸料中的纤维方向与光纤Bragg光栅串方向相同以起到保护光栅区的目的,同时又不影响复合材料在该光栅区的90°方向热膨胀系数的测试精度;还应注意光栅区不能设置在0°和90°方向光纤Bragg光栅串的交叉点上。模具侧壁框板6上设有引线沟槽5,模具侧壁框板6及引线沟槽5表面覆有耐高温的高分子薄膜7,光纤Bragg光
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