專利名稱：一種光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備系統(tǒng)及方法
一種光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料智能筋的制備系統(tǒng)，特別涉及的是一種應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu) 材料的應(yīng)力應(yīng)變和溫度測(cè)量的光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備。同時(shí)，本發(fā)明還涉及一種光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備方法。
背景技術(shù)：
出于安全考慮，很多大型的土木工程和基礎(chǔ)設(shè)施的有效使用壽命是關(guān)注的重點(diǎn)。 考慮到很多橋梁、大廈、水利設(shè)施等的設(shè)計(jì)壽命都在幾十年、甚至上百年，因此，為了長(zhǎng)期和 施工時(shí)在線監(jiān)控大型土木工程的應(yīng)用和服役情況，光纖光柵傳感器作為一種性能優(yōu)良的感 應(yīng)元件逐漸被廣泛應(yīng)用。光纖光柵傳感器是通過光反射波長(zhǎng)的變化來感應(yīng)外界微小應(yīng)力的變化，從而達(dá)到 對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的?；诠饫w光柵傳感器的工作原理，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以 下幾方面1、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，不受環(huán)境噪聲和電磁的干擾；2、構(gòu)造簡(jiǎn)單，集傳感和傳輸于一 體；3、精確度高，可對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變進(jìn)行高精確度絕對(duì)測(cè)量和準(zhǔn)分布式數(shù)值測(cè)量。然而，光纖 光柵本身很脆、剪切強(qiáng)度低，因此，應(yīng)用時(shí)必需對(duì)其進(jìn)行封裝。目前，關(guān)于光纖光柵傳感器的封裝和布設(shè)的報(bào)道很多，其中制成光纖光柵復(fù)合材 料智能筋就是一公開了一種內(nèi)植光纖光柵纖維增強(qiáng)塑料(FRP)——光纖光柵復(fù)合材料智能 筋的生產(chǎn)方法。然而，關(guān)于連續(xù)生產(chǎn)光纖光柵復(fù)合材料智能筋的報(bào)道卻相對(duì)較少。因此，本 發(fā)明公開了一種光纖光柵復(fù)合材料智能筋的連續(xù)生產(chǎn)的制備系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決上面所述的技術(shù)問題，提供一種工序簡(jiǎn)易、埋入效果優(yōu) 良、能連續(xù)生產(chǎn)的光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備系統(tǒng)，同時(shí)還提供了光纖光柵復(fù)合材料 智能筋連續(xù)制備的方法。為了解決上面所述的技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備系統(tǒng)，包括纖維束依次經(jīng)過的纖維紗架、材 料導(dǎo)向器、樹脂槽、集束器、組合模頭、模壓成型模具、牽引裝置和切割裝置，以及植入纖維 束內(nèi)的光纖光柵，其中，組合模頭為具有對(duì)稱雙半圓形截面結(jié)構(gòu)的組合模頭；模壓成型模具 包括陰模、陽模，該陰模和陽模上分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有凹槽和凸起，該凹槽與凸起用于避免陰模 和陽模的相互錯(cuò)位而影響制成品的外觀。進(jìn)一步的，組合模頭包括上半圓形模頭、隔板、下半圓形模頭，螺栓依次將所述上 半圓形模頭、隔板、下半圓形模頭連接在一起。上半圓形模頭、隔板和下半圓形模頭均為鋼材質(zhì)制成。作為一種優(yōu)選方式，光纖光柵為已做封裝處理的光纖光柵，并在光纖光柵的引出 段套有尾纖鎧裝保護(hù)套管進(jìn)行保護(hù)。作為一種優(yōu)選方式，可以在模壓成型模具內(nèi)部設(shè)置一加熱裝置，這一加熱裝置可
3以利用電阻絲進(jìn)行加熱，即采用電加熱的方式實(shí)現(xiàn)加熱固化，從而節(jié)省了烘道這一程序；也 可以在模壓成型模具處設(shè)置一烘道，用于實(shí)現(xiàn)加熱固化。本發(fā)明還提供了一種如上所述的光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備方法，將拉擠成 型和模壓成型有機(jī)結(jié)合，包括以下步驟A纖維束依次經(jīng)過纖維紗架、材料導(dǎo)向器、樹脂槽，浸漬樹脂后再通過集束器進(jìn)行 定向排列；B將定向排列后的纖維束通過具有雙半圓形截面結(jié)構(gòu)的組合模頭，以形成兩個(gè)雙 半圓形截面的預(yù)成型體；C牽引裝置將步驟B得到的預(yù)成型體拉出組合模頭后，將光纖光柵放置于兩個(gè)預(yù) 成型體之間；D將內(nèi)置有光纖光柵的兩個(gè)預(yù)成型體通過模壓成型模具進(jìn)行模壓成型后得到成型 體，加熱固化，由切割裝置切割成段，制得成品。其中，步驟C中，光纖光柵安置于兩個(gè)預(yù)成型體間的中間位置。作為一種優(yōu)選方式，模壓成型模具內(nèi)設(shè)置一加熱裝置，步驟D中的成型體在模壓 成型模具內(nèi)邊移動(dòng)邊加熱固化。也可以在模壓成型模具處設(shè)置一烘道，在步驟D中，成型體利用烘道進(jìn)行加熱固 化。作為一種優(yōu)選方式，模壓成型模具還具有連接頭加工結(jié)構(gòu)，在步驟D中，將制得成 型體的兩端加工成連接頭的成型體，連接頭的加工形狀可以為螺紋形狀、卡扣形狀、凹槽形 狀等，便于光纖光柵復(fù)合材料智能筋與被測(cè)物用連接頭連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過采用上述技術(shù)方案，其加工工序簡(jiǎn)單、埋入效果優(yōu)良，同時(shí)實(shí) 現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)的制備系統(tǒng)。而且根據(jù)光纖光柵本身很脆、剪切強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，在制備過程 中，對(duì)光纖光柵進(jìn)行了封裝，進(jìn)一步解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，更好的發(fā)揮光纖光柵傳 感器在應(yīng)用中作用。

圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明組合模頭的截面結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明模壓成型模具的截面結(jié)構(gòu)圖。圖4是由本發(fā)明制得的光纖光柵復(fù)合材料智能筋成品的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是由本發(fā)明制得的光纖光柵復(fù)合材料智能筋成品的結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。實(shí)施例1 請(qǐng)一并參閱圖1至圖5，圖1為本發(fā)明不設(shè)置烘道的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖2為 組合模頭的截面結(jié)構(gòu)圖，圖3為模壓成型模具的截面結(jié)構(gòu)圖，圖4是由本發(fā)明制得的光纖 光柵復(fù)合材料智能筋成品的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是由本發(fā)明制得的光纖光柵復(fù)合材料智能筋 成品的結(jié)構(gòu)剖視圖。本實(shí)例中的光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備系統(tǒng)，包括纖維束依次經(jīng) 過的纖維紗架1、材料導(dǎo)向器2、樹脂槽3、集束器4、組合模頭5、模壓成型模具7、牽引裝置8、切割裝置9，其中，光纖光柵6植入纖維束內(nèi)，其中，組合模頭5具有對(duì)稱雙半圓形截面結(jié) 構(gòu)，包括上半圓形模頭52、隔板53、下半圓形模頭54，用螺栓依次將上半圓形模頭52、隔板 53、下半圓形模頭54連接在一起；為達(dá)到更好的制備效果，上半圓形模頭52、隔板53、下半 圓形模頭54均為鋼材質(zhì)；由于光纖光柵有本身很脆、剪切強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，為更好的發(fā)揮光 纖光柵的優(yōu)點(diǎn)，延長(zhǎng)其使用壽命，所以作為本發(fā)明的另一改善方案，將光纖光柵6進(jìn)行封裝 處理，并用尾纖鎧裝保護(hù)套管62對(duì)光纖光柵引出段進(jìn)行保護(hù)后再植入纖維束；模壓成型模 具7包括陰模71、陽模74，陰模71和陽模74的相互接觸的一面上分別對(duì)應(yīng)設(shè)置凹槽73和 凸起75，以達(dá)到對(duì)中目的，用于避免因陰模71和陽模74相互錯(cuò)位而影響制成品外觀；本圖 1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中，制備系統(tǒng)不設(shè)置烘道，而是在模壓成型模具7內(nèi)設(shè)置一加熱裝置， 該加熱裝置可以由電阻絲構(gòu)成，以采用電加熱的方式進(jìn)行加熱固化，實(shí)現(xiàn)了模壓成型模具7 和加熱裝置的一體化，不僅達(dá)到了更好的加熱固化效果，而且簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的制備方法如下A纖維束依次經(jīng)過纖維紗架1、材料導(dǎo)向器2、樹脂槽3，浸漬樹脂后再通過集束器 4，使纖維束定向排列；B將定向排列后的纖維束通過具有對(duì)稱雙半圓形截面結(jié)構(gòu)的組合模頭5，以形成 兩個(gè)對(duì)稱雙半圓形截面的預(yù)成型體51 ；C牽引裝置8將步驟B得到的預(yù)成型體51拉出組合模頭5后，迅速的將光纖光柵 6安置于兩個(gè)預(yù)成型體51間的中間位置，其中，光纖光柵為已做封裝處理的光纖光柵，并在 光纖光柵的引出段套有尾纖鎧裝保護(hù)套管62進(jìn)行保護(hù)；D再將內(nèi)置有光纖光柵的兩個(gè)預(yù)成型體51通過模壓成型模具7進(jìn)行模壓成型，制 得光纖光柵復(fù)合材料智能筋成型體72，通過在模壓成型模具7內(nèi)部設(shè)置的加熱裝置，使得 成型體72可以在模壓成型模具7內(nèi)邊移動(dòng)邊加熱固化，制成成品光纖光柵復(fù)合材料智能 筋。實(shí)施例2:參照?qǐng)D1、圖2和圖3，其中，在圖1的模壓成型模具后加設(shè)烘道(烘道 圖略)，由模壓成型模具7制得的光纖光柵復(fù)合材料智能筋成型體72在烘道內(nèi)進(jìn)行加熱固 化，達(dá)到良好的加熱固化效果。作為一種改善方案，模壓成型模具7還具有連接頭加工結(jié)構(gòu)，可以對(duì)制得成型體 的兩端加工成具有連接頭的成型體，該連接頭的加工形狀可以為螺紋形狀、卡扣形狀、凹槽 形狀等，以便于光纖光柵復(fù)合材料智能筋與被測(cè)物用連接頭連接。由本發(fā)明的技術(shù)方案制得的光纖光柵復(fù)合材料智能筋成品如圖4、圖5所示，在光 纖光柵復(fù)合材料智能筋的兩端具有加工成螺紋形狀的連接頭61，內(nèi)置于復(fù)合材料智能筋的 光纖光柵6為已做封裝處理，并在光纖光柵6的引出段用尾纖鎧裝保護(hù)套管62進(jìn)行保護(hù)。盡管本發(fā)明已作了詳細(xì)說明并引證了實(shí)施例，但對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，可以根據(jù)上述的說明而做出的各種方案、修改和改動(dòng)，但這些改動(dòng)都應(yīng)該包含在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備系統(tǒng)，包括纖維束依次經(jīng)過的纖維紗架(1)、材料導(dǎo)向器(2)、樹脂槽(3)、集束器(4)、組合模頭(5)、模壓成型模具(7)、牽引裝置(8)、切割裝置(9)，以及植入纖維束內(nèi)的光纖光柵(6)，其特征在于所述組合模頭(5)為具有對(duì)稱雙半圓形截面結(jié)構(gòu)的組合模頭；所述模壓成型模具(7)包括陰模(71)、陽模(74)，所述陰模(71)和陽模(74)上分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有凹槽(73)和凸起(75)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備系統(tǒng)，其特征還在于，所述組合模頭(5)進(jìn)一步包括上半 圓形模頭(52)、隔板(53)、下半圓形模頭(54)，螺栓依次將上半圓形模頭(52)、隔板(53)、 下半圓形模頭(54)連接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備系統(tǒng)，其特征還在于，上半圓形模頭(52)、隔板(53)、下 半圓形模頭(54)均為鋼材質(zhì)制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備系統(tǒng)，其特征還在于，所述光纖光柵(6)為已做封裝處理 的光纖光柵，且光纖光柵引出段套有尾纖鎧裝保護(hù)套管(62)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備系統(tǒng)，其特征還在于，所述模壓成型模具(7)內(nèi)部設(shè)置一 加熱裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備系統(tǒng)，其特征還在于，所述的制備系統(tǒng)還包括有位于模 壓成型模具(7)處的烘道。
7.—種如權(quán)利要求1至6任一所述的光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟A纖維束依次經(jīng)過纖維紗架(1)、材料導(dǎo)向器(2)、樹脂槽(3)，浸漬樹脂后再通過集束 器⑷進(jìn)行定向排列；B將定向排列后的纖維束通過具有對(duì)稱雙半圓形截面結(jié)構(gòu)的組合模頭(5)，以形成兩 個(gè)對(duì)稱雙半圓形截面的預(yù)成型體(51)；C牽引裝置⑶將步驟B得到的預(yù)成型體(51)拉出組合模頭(5)后，將光纖光柵(6) 安置于兩個(gè)預(yù)成型體(51)之間；D將內(nèi)置有光纖光柵的兩個(gè)預(yù)成型體(51)通過模壓成型模具(7)進(jìn)行模壓成型后得到 成型體(72)，加熱固化，由切割裝置(9)切割成段，制得成品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟C中，光纖光柵安置于兩個(gè)預(yù)成 型體間的中間位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其特征還在于，所述的模壓成型模具(7)內(nèi)設(shè) 置一加熱裝置，步驟D中的成型體(72)在模壓成型模具(7)內(nèi)邊移動(dòng)邊加熱固化。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其特征還在于，在步驟D中，將制得成型體 (72)的兩端加工成具有連接頭的成型體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括纖維紗架、材料導(dǎo)向器、樹脂槽、集束器、組合模頭、模壓成型模具、牽引裝置、切割裝置，以及置入纖維束的光纖光柵，所述組合模頭為雙半圓形截面的組合模頭；所述模壓成型模具包括陰模、陽模，所述陰模和陽模上分別對(duì)應(yīng)設(shè)置凹槽和凸起。本發(fā)明同時(shí)還公開了采用該制備系統(tǒng)制備光纖光柵復(fù)合材料智能筋的方法，制備方法主要是采用將拉擠成型和模壓成型有機(jī)結(jié)合的方法。其加工工序簡(jiǎn)單、埋入效果優(yōu)良，同時(shí)能夠連續(xù)生產(chǎn)該材料。
文檔編號(hào)G01L1/24GK101930101SQ20091005748
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者何唯平, 張 杰, 張靜, 鄭煒 申請(qǐng)人:上海啟鵬化工有限公司;深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司;深圳海川工程科技有限公司;河源海川科技有限公司