[发明专利]一种用于电缆的带光栅光纤的复合型材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电缆的带光栅光纤的复合型材及其制备方法，具体讲，涉及一种可实时监控导线的受力和温度状况的复合型材及其制备方法。

背景技术

光纤布拉格光栅是一种无源光纤元件，在通讯和传感领域有重要用途，其工作原理见图1。光纤布拉格光栅是一种波长选择反射器件，反射波长λ与光栅栅距Λ有关。在光纤传感领域，温度和应力作用于光栅时，光栅的栅距Λ将发生变化，栅距Λ的变化将导致反射波长λ移动，通过测量反射波长λ的变化，即可实现对温度、应变的测量，见附图1。

光纤光栅传感技术的优点包括：(1)对光波长信号进行数字式测量，检测精确度高，可避免出现由于光强调制型传感系统中光强起伏引起的误差；(2)灵敏度高，响应时间短；(3)测量结果重复性好，长期稳定性高；(4)结构简单，外观与常规光纤无异，可以与标准通信光纤直接连接，可同时进行传感和远距离信息传输。

传统光纤受光源波长带宽的限制，一根光纤最多只能容纳30个光纤光栅测点。发明专利ZL200310111529.2提出了编码光纤光栅的概念，将光纤光栅测点数从30个提高到400个以上，提高了传感的密度。

光纤直径小，约几个微米，需要高难度的微加工技术，而且光纤需要平动扫描，很难保证高精度平行。为此，美国MOI公司发展了多种光纤光栅的微加工和波长解调技术。授权发明专利ZL200320116137.5发明了组合式角调谐波长解调技术，通过转动扫描，实现了高精度波长解调，而且工艺简单，成本低廉，可实现大规模工程应用。

从结构上比较复合材料型材和光纤光栅传感器，显然可以发现，同轴“一维”取向是它们的共同特征，巧妙地利用这个特征，通过建立合适的光纤光栅与复合材料型材的界面结合，可以发展具有自传感功能的复合材料型材制件。

目前已经有一些利用光纤光栅进行检测监控的发明专利，例如，授权发明专利ZL200510010148.4公开了一种用于修复钢筋混凝土的光栅光纤碳纤维复合材料及其制备方法，该发明的碳纤维复合材料包含多个布拉格光栅光纤，碳纤维结构层是碳纤维无纬布和改性环氧树脂的混合物，该发明的目的是为了实现对采用碳纤维复合材料修复的钢筋混凝土结构进行实时监测，是在建筑材料领域的应用。另外，授权实用新型专利ZL200320117077.4公开了一种带光纤的电缆，在电力电缆中设置有一根或一根以上的光纤，从而实现对电缆在线的长距离监控，实现了在线监控电缆的导体温度和受力情况。该实用新型公开了光纤在电缆中的位置，其位置为绝缘层和外保护套之间，电缆芯之间、导体之间。将光纤设置在电缆芯或导体之间，这一技术方案在实际应用中难以实施，大大增加了电缆的成本。将光纤设置在绝缘层和外保护套之间，光纤在实际使用中容易遭到损坏从而达不到监控的目的。

发明内容

针对目前市场上电缆存在的缺陷和不足，本发明要解决的首要技术问题为提出一种用于电缆的带光栅光纤的复合型材。

本发明要解决的第二个技术问题为提出一种制备用于电缆的带光栅光纤的复合型材的方法。

为了解决本发明之技术问题，采用的技术方案为：

一种用于电缆的带光栅光纤的复合型材，其中，所述的复合型材包含纤维材料和树脂，所述的纤维材料为碳纤维和玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的至少一种所构成的混合纤维材料，所述的复合型材是由纤维材料和树脂由拉挤法制备，所述的纤维材料内部沿长度方向设置至少一根光栅光纤。

本发明的第一优选方案为：本发明的树脂选自不饱和聚酯、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚苯并噁嗪树脂、聚乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯醚树脂或硅醚树脂中的至少一种。

本发明的第二优选方案为：本发明的纤维材料占纤维材料和树脂总体积的60～72％，优选为66～70％。

本发明的第三优选方案为：纤维材料中碳纤维的质量百分比含量优选为25～60％，更优选为30～50％。

本发明的第四优选方案为：所述的复合型材为内外双层同轴结构，其中，其内层由内层纤维和树脂通过拉挤法制备而成，其外层由外层纤维和树脂通过拉挤法制备而成；其中，光栅光纤设置在内层纤维内部。其中，内层纤维或外层纤维至少其一选自碳纤维或混合纤维材料，其中，混合纤维材料为碳纤维和玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的至少一种组成。优选的，内纤维层为碳纤维，外纤维层为碳纤维和其他纤维的混合纤维；或内纤维层为碳纤维和其他纤维的混合纤维，为纤维层为碳纤维；或内纤维层和外纤维均为碳纤维和其他纤维的混合纤维。