[发明专利]一种具有损伤原位监测功能的复合材料螺栓连接接头

说明书

一种具有损伤原位监测功能的复合材料螺栓连接接头，该接头以玻璃纤维（5）为增强材料，树脂（9）为基体，并在层间植入基于多壁碳纳米管（MWCNT）的传感器（4）。接头的制备采用真空辅助成型工艺，具体包括（a）预处理过程，将导流网（7）、脱膜布（6）、玻璃纤维和基于多壁碳纳米管的传感器按先后次序铺放并放入真空袋（8）密封；（b）真空泵（11）抽树脂及静置固化过程，在真空泵与真空袋之间放置一个树脂收集器（10）；（c）脱膜过程；（d）切割打孔过程。本发明的接头轻质高强，耐久性及耐腐蚀性较好，基于MWCNT的传感器的植入使其具有了损伤原位监测的功能；且材料成本较低，制备工艺简单，具有实际应用和推广价值。

技术领域

本发明涉及一种具有损伤原位监测功能的复合材料螺栓连接接头，属功能性复合材料技术领域。

背景技术

复合材料是采用两种或两种以上不同性质的材料组合而成的一种新型材料，与传统金属材料相比，复合材料可以充分发挥各组元的优势，弥补各组元的不足，获得单一金属或合金所不具备的轻质高强、抗疲劳和耐腐蚀性能等优异的性能。因此复合材料在当今材料领域受到越来越广泛的重视与应用，尤其对工作环境复杂、对减重需求较高的航空航天和高速列车等领域的青睐。

目前复合材料应用最多的是由多层增强纤维/树脂构成的层合板结构。其中增强纤维材料主要包括玻璃纤维、碳纤维和植物纤维等，树脂包括热固性树脂和热塑性树脂。两种材料经过诸如热压罐成型、真空辅助成型、拉挤成型及预浸料成型等工艺制备最终形成性能优异的复合材料结构。

在航空航天等领域中根据实际工程的需求存在大量的机械连接结构。由于复合材料机械连接结构大多采用螺栓连接的方法，因此在连接部位需要打连接孔，这将造成纤维的中断，导致结构整体强度出现明显的降低。而复合材料还具有各向异性以及非均匀性的特点，连接孔周围的应力分布更为复杂，破坏模式也存在拉伸破坏、剪切破坏和挤压破坏等多种形式。其中除挤压破坏为延性破坏外，其余破坏模式均属于脆性破坏，一旦出现结构将会突然失去承载力，造成灾难性的后果。

如何实现复合材料螺栓连接接头的健康监测并避免出现灾难性破坏成为航空航天等领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是，为了实现复合材料螺栓连接接头的健康监测，避免出现灾难性破坏等亟待解决的问题，一种具有损伤原位监测功能的复合材料螺栓连接接头。

本发明实现的技术方案如下，一种具有损伤原位监测功能的复合材料螺栓连接接头，所述接头以玻璃纤维为增强材料，树脂为基体；将多壁碳纳米管沉积在玻璃纤维上，形成基于多壁碳纳米管的传感器，并植入在接头的层间；接头受到损伤时，基于多壁碳纳米管的传感器能感知损伤并通过电阻变化的形式反映出来，实现损伤原位监测。

所述基于多壁碳纳米管的传感器的制备方法如下：

将多壁碳纳米管放在活化后的去离子水中；随后进行超声波分散处理；将玻璃纤维在所得溶液中浸泡；然后将浸泡后的玻璃纤维放进恒温烤箱中进行烘干蒸发掉多余水分；使多壁碳纳米管沉积在玻璃纤维上，从而构建由多壁碳纳米管形成的导电传感网络，完成对基于多壁碳纳米管的传感器制备。

所述具有损伤原位监测功能的复合材料螺栓连接接头的真空辅助成型工艺，步骤如下：

（1）预处理过程：将导流网、脱膜布、玻璃纤维和基于多壁碳纳米管的传感器按先后次序铺放在光滑的桌面上，随后利用真空袋将材料密封并开启真空泵进行气密性检测；

（2）真空抽树脂及静置固化过程：在确定真空袋内的气密性良好后，进行树脂的制备，随后利用真空压力将树脂抽进真空袋中；为避免树脂被抽进真空泵中，在真空泵与真空袋之间放置一个树脂收集器；随后静置12小时等待树脂固化；

（3）脱膜过程：在树脂固化完成后脱去试件外的真空袋、导流网及脱膜布；