专利名称：编入光纤传感器的编织复合材料工艺和性能的测试方法
技术领域：
本发明所涉及的是利用编入光纤传感器的编织复合材料工艺过程及材料性能的监测方法。
编织复合材料是近年来先进复合材料研究的热点和前沿。它的突出特点是克服了复合材料层间脆弱的重大缺陷。它能按零件的形状和尺寸的大小直接编织出异形整体织物，降低了制造成本。目前，编织复合材料已被用于军事、民用建筑和医疗等领域，如火箭发动机箱、预警机天线圆盘罩、发动机的外涵道整流罩等。编织复合材料在国防工业中也有迫切的应用需求，但人们对它的认识还远远不够，有很多急需解决的难题。尤其是对三维编织复合材料的损伤破坏机理和现象的认识还远远不够，已有的实验数据很不全面，有时还相互矛盾，常规力学性能试验中采用的应变检测技术对三维编织复合材料不太合适，因为编织材料存在局部不均匀性，应变片在使用时，应变片的尺寸会对测量结果产生影响，而且应变片只能作表面应变的测量，无法了解材料内部的情况。这一系列问题给正确认识三维编织复合材料的力学特性造成了极大的困难。
光纤传感器具有柔软、可挠曲、电绝缘、耐腐蚀、工作中不发热、无辐射、抗电磁干扰能力强、能在易燃易爆和毒性气体等恶劣环境下工作等独特的优点，已有大量文献报道了将这种传感器埋入层合复合材料实现智能材料结构的研究。对三维编织复合材料而言，光纤传感器也很适合编入三维编织复合材料，以对材料性能及材料工艺过程进行研究。实际上，编织复合材料的工艺过程并不需要象层合复合材料那样加高温高压，这一点更有利于光纤传感器的应用。光纤传感器可以多个编入编织复合材料结构中，可方便地检测材料内部的各种参数，这是常规基于应变片的实验手段所无法做到的，使得性能状态测试及工艺参数监测更加准确，可靠。
本发明的目的在于研制一种将光纤传感器编入编织复合材料中，使材料构件具有实时自检测和自诊断功能，以便监测编织复合材料的工艺过程检测复合材料内部的各种参数，使得力学性能及损伤情况的测试分析更加准确、可靠。
本发明的编入光纤传感器的编织复合材料工艺和性能的测试方法是在编织复合材料结构中编入两种传感器(1)点式光纤传感器，用于实现材料中关键点处的应变、损伤、界面情况及温度、压力等参数进行精密测量，如Fabry-Parot光纤传感器、Bragg光栅光纤传感器。(2)分布式光纤传感器，以对三维编织复合材料结构的整体参数进行监测，如采用光时域发射技术等。
具体编织方法可采用以下两种(1)光纤与编织材料一起进行编织，但光纤并不真正参加编织，而是始终处于某一编织层中，这样光纤可保持平直，不产生编织弯曲；(2)光纤参加某一层或几层的编织，存在编织造成的弯曲。检测时，可直接利用光纤传感器的微弯效应检测参数；本发明所采用的工艺是树脂传递模塑成型工艺(RTM工艺)，因为这种工艺最适合于编织复合材料。其流程主要包括清洁模具，涂脱膜剂，放置预成型件，闭合模具，注入树脂，树脂固化，开模。
RTM工艺是一种闭模成型工艺，对模具的要求比较高，尤其是要求较高的气密性，这就给光纤的引出带来困难。为此，我们专门设计了模具，解决了光纤的保护和引出等问题。钢质模具具有耐高温，制品的表面质量高，寿命长等优点，因而实验中采用钢质模具。模具采用组合形式，有锁紧和开模装置。密封形式采用槽式，密封材料为实心橡胶管。在模具的型腔模中，使用钻有细孔的嵌件。在光纤从试件的引出处，将玻璃纤维细管套在光纤外面，再从嵌件的细孔中引出至型腔模两端的空腔内。通过这种设计，解决了模具的气密性和光纤引出之间的矛盾。并且，可以有效地防止光纤与树脂接触而变脆，并容易断裂。
利用此模具，采用上述编入光纤传感器的方法可对三维编织复合材料在RTM工艺过程中的各种参数进行监控，以指导工艺过程，同时利用编入的光纤传感器对编织复合材料的力学性能、界面情况及损伤失效机理进行实验研究。为确定三维编织复合材料及其结构的力学行为、建立恰当的宏细观模型及实现准确的力学性能及损伤情况预报提供新的实验方法及手段。
附
图1．树脂传递模塑成型工艺模具结构示意图。
它由上盖a，型腔模b和底板c所构成。其中型腔模中央是一条长形的具有细孔5的嵌件2，如图中的d图所示，嵌件两端与空腔1相通，其四周由椭圆形密封槽3所包围。图中标号4为通孔，与此孔相应，图a、图c都有此孔，装配之用。
权利要求
1．一种编入光纤传感器的编织复合材料工艺和性能的测试方法，其特征在利用由上盖(a)、型腔模(b)和底板(c)所构成的树脂传递模塑成型工艺模具，在编织复合材料结构中编入两种形式的光纤传感器点式光纤传感器和分布式光纤传感器，其具体编织方法有两种(1)．光纤传感器与编织材料一起进行编织；(2)．光纤传感器参加某一层或几层的编织。
2．根据权利要求1所述的编入光纤传感器的编织复合材料工艺和性能的测试方法，其特征在于型腔膜中央有一条具有细孔的嵌件(2)。嵌件(2)两端与空腔(1)相通，其四周由椭圆形密封槽(3)所包围。
全文摘要
一种编入光纤传感器的编织复合材料工艺和性能的测试方法,属编织复合材料工艺过程及材料性能的测试方法。它是利用由上盖a、型腔模b和底板c所构成的树脂传递模塑成型工艺模具,在编织复合材料结构中编入点式光纤传感器和分布式光纤传感器,其具体编织方法有两种:(1).光纤传感器与编织材料一起进行编织;(2).光纤传感器参加某一层或几层的编织。本方法能监测编织复合材料的工艺过程,检测复合材料内部的各种参数,使得力学性能及损伤情况的测试分析更加准确、可靠。
文档编号B29C45/03GK1303009SQ0110803
公开日2001年7月11日 申请日期2001年1月11日 优先权日2001年1月11日
发明者袁慎芳, 王听, 黄睿 申请人:南京航空航天大学