[发明专利]一种基于内嵌式纤维传感器的树脂固化度原位监测的方法

说明书

本发明公开了一种基于内嵌式纤维传感器的树脂固化度原位监测的方法。本发明的方法包括：S1：将纤维式传感器嵌入到待测未固化树脂中；S2：将传感器接入阻抗测试线路，测试固化过程中的传感器的阻抗；S3：提取纤维传感器的最大阻抗，得到阻抗‑固化时间曲线，进而得到阻抗‑固化度曲线。本发明以小尺寸非晶合金纤维作为传感器件，可以在不影响材料性能的前提下，实现低成本树脂基复合材料固化度的原位监测，显著提高树脂基复合材料固化质量。

技术领域

本发明涉及一种基于内嵌式纤维传感器的树脂固化度原位监测的方法，属于复合材料领域。

背景技术

树脂基复合材料通常具有较好的强度、模量、耐腐蚀性能好，并且可以一体成型等诸多优点，目前已经广泛应用于日常生活、航空航天、轨道交通等多个领域。热固性树脂基复合材料的固化过程对其最终性能起到决定性作用，不同固化程度的树脂材料的性能不同。热固性树脂基复合材料在材料体系确定的情况下，固化时间、固化温度的差异会导致结构材料的力学性能的不同。同时，树脂固化后的材料内部的应力状态对材料的使用有着重大的影响。因此，树脂材料固化过程中提取到的树脂固化度的基本表征对后续调整固化工艺非常重要。

在现有技术中已经公开了一些以内嵌纤维传感器监测固化过程的方法，如目前普遍应用的内嵌光纤光栅传感器以及内嵌碳纳米材料或其他导电材料的动态电性能测试对树脂材料固化的监控。上述两类内嵌式纤维传感器均可实现对树脂基材料的固化过程进行监测，但采用的传感器尺寸较大，固化后对材料本身的性能影响较大，同时涉及的解析设备较为昂贵，限制了其广泛应用。针对于树脂材料固化和内应力监测技术的现有问题，本发明公开一种基于内嵌式纤维传感器的树脂固化度原位监测的方法。以小尺寸非晶合金纤维作为传感器件，可以在不影响材料性能的前提下，实现低成本对树脂基复合材料固化度的原位监测。

发明内容

随着树脂材料在航空航天、风力发电等领域的广泛应用，对材料本身性能的要求也越来越高，树脂固化程度及内应力的监测也愈加受到关注。

本发明的目的是提供一种基于内嵌式纤维传感器的树脂基复合材料固化度原位监测的方法，将合适长度的非晶合金纤维嵌入到待检测的树脂复合材料中，使得非晶纤维与树脂形成良好传感界面，通过测量由树脂固化和模具引起的内部应力场变化而导致的非晶合金纤维的阻抗变化来实现对树脂基复合材料的固化状态进行监测。使用的非晶合金纤维的直径小，不影响原树脂材料的力学性能，同时利用非晶合金纤维的应力阻抗特性，实现对树脂固化过程和固化应力的监测。

本发明进一步公开了一种基于内嵌式纤维传感器的树脂固化度原位监测的方法，其包括以下步骤：

步骤一：将非晶合金纤维浸泡在与树脂基复合材料对应牌号的树脂或表面活性剂中，超声处理15-45分钟后，进行烘干或晾干处理；

步骤二：将步骤一准备好的非晶合金纤维嵌入到树脂内部，按照要求的固化工艺进行固化，采用校准好的矢量网络分析仪测量固化过程中非晶合金纤维的S参数，换算后得到非晶合金纤维的阻抗频谱曲线；

步骤三：根据在不同时间或温度点下测量得到的阻抗频谱曲线，提取非晶合金纤维铁磁共振频率下的阻抗值，最后得到树脂基复合材料固化过程中非晶合金纤维传感单元的阻抗-固化程度关系曲线。

作为本发明的优选方案，所述的非晶合金纤维，成分为钴基合金，且纤维直径在5-100μm。

作为本发明的优选方案，所述的非晶合金纤维在使用前采用与树脂基复合材料对应牌号的树脂或表面活性剂进行预处理。表面活性剂采用硅烷偶联剂稀释溶液。

作为本发明的优选方案，嵌入到树脂内部的非晶合金纤维最佳长度在10-200mm，嵌入后对纤维两端进行清理。

作为本发明的优选方案，嵌入的非晶合金纤维与导电铜线采用锡焊或导电胶连接，两端采用连有3.5mm SMA接口的同轴线缆与矢量网络分析仪的两端口相连。