一种机织嵌入式光纤复合材料制备方法与流程

本发明涉及到复合材料制造，尤其涉及一种机织嵌入式光纤复合材料制备方法。

背景技术：

1、树脂基碳纤维复合材料由于其优良的比模量与比刚度，目前正在逐渐取代常规的金属材料成为航空航天、国防工业、汽车制造及燃料电池等领域的主要工程应用材料。与常规的金属工程材料相同，碳纤维复合材料在服役过程中会受到巨大的载荷及应力形变，使得材料内部容易产生的微小缺陷并且发生扩散，甚至蔓延至整个复合材料制件，在复合材料的使用过程中若这种微小的缺陷不能及时发现并处理，可能会对材料的使用造成影响。

2、近年来，随着光纤传感技术的发展，光纤光栅布拉格传感器的研制成功，将复合材料健康监测推至新高度，光纤光栅布拉格传感器能对复合材料进行监测，通过埋入其中对其进行实时监测，对材料受到的损伤做出评估。在航空领域，通常采用贴体式粘贴感应片或层压式嵌入传感光纤对飞行器结构受到的温度变化和应力情况进行监测，并在空客上进行测试实验，取得了很好效果。但常规的贴附式和层压试嵌入式植入传感光纤存在精度不足、传感反应不够敏捷、成型制造工艺难以实现的问题，并不能良好反应被监测零件实际情况。

3、公开号为cn105769138a，公开日为2016年07月20日的中国专利文献公开了一种用于人体脉搏检测的光纤脉搏传感织物，其特征是，所述光纤脉搏传感织物由内层织物、中间层织物、外层织物、柔性填充物和光纤压力敏感单元组成；在内层织物中植入光纤压力敏感单元，所述压力敏感单元由弹性材料内部嵌入或表面粘贴光纤传感器制作而成，压力敏感单元外形为长方体；中间层织物中植入两个柔性填充物，分别放置在压力敏感单元两端的上方；所述柔性填充物的高度高于中间层织物，在光纤传感器上方形成空气腔；内层织物、中间层织物和外层织物通过缝纫进行连接。

4、该专利文献公开的用于人体脉搏检测的光纤脉搏传感织物，将光纤传感器完全植入织物中，与织物融为一体，并采用柔性填充物，且与人体皮肤接触的织物层采用针织编织方式，从而增强了穿着和测量的舒适性。但是，光纤传感器仍然容易脱落，影响监测精度。

技术实现思路

1、本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种机织嵌入式光纤复合材料制备方法，本发明制备的光纤复合材料，传感光纤结合强度高，在健康监测使用过程中，不易脱落，利于提供稳定的监测精度，整个制备过程简单环保，适合大批量生产。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种机织嵌入式光纤复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、a、先将传感光纤编织包裹于增强纤维中，再通过编织机将保护纱线编织包裹在增强纤维上，得到保护光纤预制体；

5、b、将保护光纤预制体从编织机的收料卷上取下，在保护光纤预制体的光纤两端熔接激光接头，使用激光传输仪检验传感光纤信号导通情况备用；

6、c、最后将检验后的保护光纤预制体通过二维混杂编织嵌入到复合材料成型预制体中，得到光纤复合材料。

7、所述步骤a中，将传感光纤编织包裹于增强纤维中是指通过1*1平纹、2*2斜纹和缎纹的编织方式将传感光纤包裹于增强纤维中。

8、所述传感光纤为单模光纤或光纤光栅。

9、所述增强纤维包括基体和纤维，基体包括热固性树脂和热塑性树脂，纤维包括芳纶纤维和碳纤维。

10、所述碳纤维为小丝束碳纤维。

11、所述小丝束碳纤维中碳纤维单丝的数量为6k。

12、所述步骤b中，使用激光传输仪检验传感光纤信号导通情况备用是指通过激光传输仪测得折损率小于10%则为合格，用于编织嵌入到复合材料成型预制体中。

13、所述步骤c中，二维混杂编织是指将检验后的保护光纤预制体通过经纱和纬纱进行混编。

14、本发明的有益效果主要表现在以下方面：

15、1、本发明，a、先将传感光纤编织包裹于增强纤维中，再通过编织机将保护纱线编织包裹在增强纤维上，得到保护光纤预制体；b、将保护光纤预制体从编织机的收料卷上取下，在保护光纤预制体的光纤两端熔接激光接头，使用激光传输仪检验传感光纤信号导通情况备用；c、最后将检验后的保护光纤预制体通过二维混杂编织嵌入到复合材料成型预制体中，得到光纤复合材料，较现有技术而言，制备的光纤复合材料，传感光纤结合强度高，在健康监测使用过程中，不易脱落，利于提供稳定的监测精度，整个制备过程简单环保，适合大批量生产。

16、2、本发明，将传感光纤包裹于增强纤维中，通过编织机将保护纱线编织包裹在增强纤维上，得到保护光纤预制体，内部增强纤维主要作用是为传感光纤承载更多的拉伸应力防止其受拉而断裂，并承载在编织过程中纱线对传感光纤的剪切力，防止其在嵌入织造过程中发生断裂，而外圈保护纱线的作用主要是束缚主体，维持主体形状，并具备一定的抗拉及抗剪切能力，极大的提高了保护光纤预制体的结构强度。

17、3、本发明，保护光纤预制体通过二维混杂编织嵌入到复合材料成型预制体中，能够将传感光纤从预制体层面很好的嵌入到复合材料成型预制体中，有效防止脱落。

18、4、本发明，制造工艺简单，只需通过小型的编织机及机织设备就能实现，制造成本低。

19、5、本发明，步骤c中，二维混杂编织是指将检验后的保护光纤预制体通过经纱和纬纱进行混编，使得保护光纤预制体可当作织造时的经纱或者纬纱，根据设计需求织成特定的走线形状，传感光纤在织造时能被每一个织造节点固定，从而保障在成型过程中不会因为树脂的流动导致传感光纤发生移动，更加稳定牢固。

20、6、本发明，制备的光纤复合材料通过真空树脂导流液体成型就能够得到板材零件，熔接光纤接头，便可对板材零件进行智能监测，适用范围广。

技术特征：

1.一种机织嵌入式光纤复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种石油钻机人字架圆梁导向滑轮远程就位装置，其特征在于：所述步骤a中，将传感光纤编织包裹于增强纤维中是指通过1*1平纹、2*2斜纹和缎纹的编织方式将传感光纤包裹于增强纤维中。

3.根据权利要求2所述的一种石油钻机人字架圆梁导向滑轮远程就位装置，其特征在于：所述传感光纤为单模光纤或光纤光栅。

4.根据权利要求2所述的一种石油钻机人字架圆梁导向滑轮远程就位装置，其特征在于：所述增强纤维包括基体和纤维，基体包括热固性树脂和热塑性树脂，纤维包括芳纶纤维和碳纤维。

5.根据权利要求4所述的一种石油钻机人字架圆梁导向滑轮远程就位装置，其特征在于：所述碳纤维为小丝束碳纤维。

6.根据权利要求5所述的一种石油钻机人字架圆梁导向滑轮远程就位装置，其特征在于：所述小丝束碳纤维中碳纤维单丝的数量为6k。

7.根据权利要求1所述的一种石油钻机人字架圆梁导向滑轮远程就位装置，其特征在于：所述步骤b中，使用激光传输仪检验传感光纤信号导通情况备用是指通过激光传输仪测得折损率小于10%则为合格，用于编织嵌入到复合材料成型预制体中。

8.根据权利要求1所述的一种石油钻机人字架圆梁导向滑轮远程就位装置，其特征在于：所述步骤c中，二维混杂编织是指将检验后的保护光纤预制体通过经纱和纬纱进行混编。

技术总结本发明公开了一种机织嵌入式光纤复合材料制备方法，属于复合材料制造技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、先将传感光纤编织包裹于增强纤维中，再通过编织机将保护纱线编织包裹在增强纤维上，得到保护光纤预制体；b、将保护光纤预制体从编织机的收料卷上取下，在保护光纤预制体的光纤两端熔接激光接头，使用激光传输仪检验传感光纤信号导通情况备用；c、最后将检验后的保护光纤预制体通过二维混杂编织嵌入到复合材料成型预制体中，得到光纤复合材料。本发明制备的光纤复合材料，传感光纤结合强度高，在健康监测使用过程中，不易脱落，利于提供稳定的监测精度，整个制备过程简单环保，适合大批量生产。技术研发人员：曾兴泉,罗维,陈典,屈能伸,赖艳平受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16