一种连续纤维增强树脂基复合材料泊松比的测试方法_2

文档序号:8486382阅读:来源:国知局
四氟乙烯熔点高达327°C,因此在复合材料高温固化过程中不会熔融;聚四氟乙烯还有许多优异性能,如化学稳定、耐溶剂、耐氧化,可在260°C长期使用等;特别是其粘结性能差,不与环氧树脂或金属模框粘连,可使脱模容易操作。包覆一层聚四氟乙烯布可增加复合材料与金属模框之间的滑脱能力,便于脱模。热模压成型工艺根据需要来设定,例如:首先从室温升温至80°C,保温30分钟,然后升温至130°C,保温60分钟;两个阶段的压力均为0.5Mpa。
[0026]上述步骤3)中拉伸加载速度不超过5mm/min ;由于单根碳纤维的断裂伸长率约为I %,所以控制拉伸试验中的复合材料应变范围为0.5 %?0.6 %,从而保证是在复合材料弹性极限范围内测定泊松比。
[0027]一种连续纤维增强树脂基复合材料泊松比的标准试件的制备方法,采用如下步骤:
[0028]I)复合材料标准试件的制作:将聚四氟乙烯胶带和聚四氟乙烯布依次包覆在模具侧壁框板及其引线沟槽上;在模具型腔中铺N层(N ^ 20)树脂基复合材料预浸料,并在不同预浸料层上分别铺设沿纤维方向和垂直于纤维方向的多个光纤Bragg光栅串;所述的平行于纤维方向的光纤Bragg光栅串的引线在靠近试件端部的区域弯曲,统一从一侧引出;然后,固化成型;
[0029]2)脱模:清理干净光纤光栅引线周围的树脂,保持引线笔直,拉拽聚四氟乙烯布的外露部分,使复合材料制件脱模,即得连续纤维增强树脂基复合材料泊松比的标准试件。
[0030]本发明有益的效果是:
[0031](I)本发明通过合理设计光纤Bragg光栅串的引线从复合材料试件中引出的方式以及位置,有效解决了光纤不当弯曲易导致的光栅区变形而产生啁啾光信号现象、光信号强度衰减严重、测试精度降低等问题;通过合理设计光纤Bragg光栅串在复合材料试件中的埋入位置,有效解决了 FBG传感器在检测复合材料泊松比时光栅区部位抗剪切性能差从而脆弱易断的问题。
[0032](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,满足对连续纤维增强树脂基复合材料泊松比的空间多点同步测量需要,不需熔接,位置精确,提高了测试系统的可靠性及稳定性,且可以根据实际需要设定每个光纤Bragg光栅串的光栅区的个数与间距。
[0033](3)在固化成型之前,对模具侧壁框板及其引线沟槽包覆聚四氟乙烯胶带和聚四氟乙烯布,避免了金属模具侧壁框板及其引线沟槽与复合材料的直接接触,而且金属模框、聚四氟乙烯胶带和聚四氟乙烯布之间虽然接触但不粘结,易于滑移,有利于脱模,有效提高了复合材料标准试件的表面质量和尺寸精度以及埋植于复合材料中的光纤Bragg光栅串的存活率。
[0034](4)用同向、窄条形预浸料对横向(纤维90°方向)的光纤Bragg光栅串上下包埋处理,能保护光栅区,有效避免脆弱的横向光栅区被刚性大、高低不平的纵向纤维剪切破坏。
[0035]本发明在很大程度上改善了传统的光纤Bragg光栅引线复杂、引出困难、光栅区易变形且易损伤破坏的问题,使复合材料泊松比的FBG检测步骤简便且高效;解决了传统的复合材料标准试件表面质量低、尺寸精度差等问题;很好地保护了作为敏感元件的光纤Bragg光栅串的光栅区,使所得数据更为全面、精确、可靠。
【附图说明】
[0036]图1为本发明实施例的装置结构图(为了显示复合材料标准试件以及光纤引线,在该装置结构图中没有画出上模板)。
[0037]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);
[0038]图2 (b)为开有引线沟槽的模具的A-A向视图;
[0039]图2(c)为覆有一层聚四氟乙烯胶带和一层聚四氟乙烯布的模具;
[0040]图2(d)为内部已铺设有部分预浸料的模具;
[0041]图2 (e)为纵向光纤Bragg光栅串在试件内部的铺设方法;
[0042]图2 (f)为横向光纤Bragg光栅串在试件内部的铺设方法;
[0043]图2(g)为已用窄条形、同向预浸料保护的横向光纤Bragg光栅串在试件内部的铺设方法。
[0044]其中,I为预浸料,2为纵向(纤维0°方向)铺设的光纤Bragg光栅串(尾纤使用特氟龙管进行保护),3为横向(纤维90°方向)铺设的光纤Bragg光栅串(尾纤使用特氟龙管进行保护),4为模具侧壁框板的引线沟槽,5为模具侧壁框板,6为一层聚四氟乙烯胶带和一层聚四氟乙烯布,7为下模板,8为用作保护横向(纤维90°方向)光栅区的窄条形、同向预浸料。
[0045]具体的实施方式
[0046]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。
[0047]实施例1:
[0048]一种连续纤维增强树脂基复合材料泊松比的光纤Bragg光栅串测试方法。
[0049](I)复合材料标准试件的制作:在整个模框5及其引线沟槽4上均匀地缠绕一层聚四氟乙烯胶带,然后包覆一层聚四氟乙烯布。在模具型腔中铺N层(N多20)树脂基复合材料预浸料1,并在其中的两个预浸料层上分别铺设光纤Bragg光栅串,即在第η层(Ν-10>η > 5)纵向(纤维0°方向)铺设一个光纤Bragg光栅串2,在第n+i层(N-14彡i>5)横向(纤维90°方向)上铺设一个用窄条形、同向预浸料8保护的光纤Bragg光栅串3,这些窄条形、同向预浸料8的纤维方向与光纤Bragg光栅串3的方向相同,厚度和整片预浸料厚度相同,为0.1?0.2mm,形状为矩形;纵向光纤Bragg光栅串2上分布6个光栅区,光栅区与试件边缘应至少间隔40mm;横向光纤Bragg光栅串3上分布2个光栅区,光栅区与试件边缘应至少间隔5_ ;尾纤使用特氟龙管进行保护,使光纤Bragg光栅串可在_80°C?2800C的范围内长期使用。固化方法是复合材料热模压成型方法。
[0050]具体实施步骤:
[0051]a)在整个模框5及其引线沟槽4上均匀地缠绕一层聚四氟乙烯胶带,再用一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。
[0052]b)利用预浸料裁切机将预浸料按平行于纤维方向(纤维0°方向)逐层裁切,切出面内尺寸为260mm*40mm的预浸料以及面内尺寸为40mm*10mm的用作保护光栅区的窄条形预浸料。
[0053]c)将裁切得到的面内尺寸为260mm*40mm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7和准备好的模框5围成的模腔内,铺层方式为[0° ]22。在铺设过程中,在第8层纵向(纤维0°方向)铺设一组光纤Bragg光栅串2,用作轴向应变传感器;在第15层横向(纤维90°方向)铺设一组用窄条形、同向预浸料8保护的光纤Bragg光栅串3,用作横向应变传感器。将用作轴向应变传感器的光纤Bragg光栅串2的引线在靠近试件端部的区域弯曲,弯曲半径为2cm,统一从一侧引出以避免引线和万能材料试验机的夹具冲突,使得引线能够有序、方便地接入光纤光栅解调仪,保证光信号强度,同时避免光信号产生啁啾现象。
[0054]d)盖上预先涂好脱模剂的上模板,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,得到固化成型的树脂基复合材料。
[0055](2)脱模:打开硫化机,清理干净光纤Bragg光栅串引线周围的树脂,防止因树脂的粘连而破坏光纤光栅;保持引线笔直,避免其弯折,影响信号采集。拉拽聚四氟乙烯布的外露部分,使复合材料制件脱模。
[0056](3)测试:将已成功脱模的复合材料标准试件放置在万能材料试验机中测定泊松比,单独在纵向上作用拉应力σ,而无其他外力。试验加载速度为2mm/min ;由于单根碳纤维的断裂伸长率约为I %,所以控制拉伸试验中的标准试件拉伸比为0.5 %?0.6 %,从而保证是在弹性极限范围内测定泊松比。
[0057]具体实施步骤:
[0058]a)控制环境温度,保证试验在恒温条件下进行。
[0059]b)将标准试件放到夹具中,务必使标准试件的长轴线与试验机的轴线成同一直线,对标准试件加载预应力,稍微紧绷标准试件;预应变ε <0.05%。
[0060]c)将事先在标准试件内弯曲、统一从一侧引出的FBG引线接入光纤光栅解调仪。
[0061]d)以2mm/min的加载速度拉伸标准试件,直至应变达到0.5%?0.6% ;同时动态实时采集光栅区的中心波长数据。
[0062](4)数据处理:处理实时采集到的光栅区的中心波长数据,得到光纤Bragg光栅串的各个光栅区的中心波长随时间变化的曲
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1