專利名稱：聚合物基復(fù)合材料凝膠點(diǎn)的光柵監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測方法，尤其涉及一種埋入聚合物基復(fù)合材料的光纖光柵監(jiān)測復(fù)合材料固化凝膠點(diǎn)的方法，屬于聚合物基復(fù)合材料制造領(lǐng)域，。
背景技術(shù)：
聚合物基復(fù)合材料的凝膠點(diǎn)通常定義為聚合物內(nèi)分子網(wǎng)絡(luò)開始形成的點(diǎn)，此時反應(yīng)混合物完成從粘流態(tài)到彈性態(tài)的轉(zhuǎn)變，不再流動，此時體系具有足夠的強(qiáng)度傳遞應(yīng)力。在熱固性樹脂的加工中，凝膠點(diǎn)是工藝控制中的重要參數(shù)，了解凝膠點(diǎn)溫度和時間對固化工藝參數(shù)的制定十分重要。在聚合物基復(fù)合材料制備過程，隨聚合反應(yīng)進(jìn)行，體系黏度突然增加，失去流動性，出現(xiàn)凝膠式不溶物。目前測量聚合物凝膠的方法主要有流變儀、凝膠盤、DMA、TMA等方法，這些方法只適用于復(fù)合材料制造過程的離線監(jiān)測，尚無法得到材料內(nèi)部不同位置的凝聚點(diǎn)信息。因此滿足復(fù)合材料質(zhì)量控制要求，利用傳感器獲得復(fù)合材料制備過程的固化凝膠點(diǎn)實(shí)時信息，對制備高性能復(fù)合材料十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)對聚合物基復(fù)合材料凝膠點(diǎn)的實(shí)時在線監(jiān)測，本發(fā)明利用雙光柵傳感器監(jiān)測復(fù)合材料固化過程光柵中心波長變化，實(shí)現(xiàn)對凝膠溫度和凝膠時間的監(jiān)測。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是聚合物基復(fù)合材料凝膠點(diǎn)的光柵監(jiān)測方法，其步驟如下1、制作雙光柵傳感器裸光柵位于光纖(6)端部，用不銹鋼毛細(xì)管C3)套在光纖的端部，不銹鋼毛細(xì)管(3)的邊緣部分用硅橡膠⑷封裝，制成光柵溫度傳感器⑴；另一個裸光柵位于光纖(6)的中部，作為光柵應(yīng)變/溫度傳感器(2)。光纖(6)首先連接耦合器(8)，耦合器(8)連接光柵解調(diào)儀(9)，光柵解調(diào)儀(9)連接計(jì)算機(jī)(10)。2、油浴法利用水銀溫度計(jì)對光柵溫度傳感器(1)的溫度傳感系數(shù)Kt進(jìn)行標(biāo)定。3、聚合物基復(fù)合材料(5)的增強(qiáng)材料鋪層過程中，帶有雙光柵傳感器的光纖(6) 埋入聚合物基復(fù)合材料(5)的增強(qiáng)材料間，光纖(6)與復(fù)合材料(5)的制備模具出入口位置預(yù)留部分石英護(hù)套(7)。4、聚合物基復(fù)合材料(5)的制備工藝適用濕法、干法成型工藝。5、固化工程成型過程中，監(jiān)測光柵傳感器(1)和光柵應(yīng)變/溫度傳感器O)的中心波長變化，根據(jù)溫度傳感系數(shù)Kt計(jì)算光柵溫度傳感器(1)的監(jiān)測溫度。6、作復(fù)合材料固化全過程光柵應(yīng)變/溫度傳感器布拉格響應(yīng)(中心波長的自然對數(shù))與溫度關(guān)系擬合直線，擬合直線斜率變化點(diǎn)即為凝膠溫度，對應(yīng)的時間即為凝膠時間。本發(fā)明利用雙光柵傳感器監(jiān)測復(fù)合材料固化過程光柵中心波長變化，實(shí)現(xiàn)對凝膠溫度和凝膠時間的監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明的工作原理簡圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中符號1代表光柵溫度傳感器；符號2代表光柵應(yīng)變/溫度傳感器；符號3代表不銹鋼毛細(xì)管；符號4代表硅橡膠封裝；符號5代表聚合物基復(fù)合材料；符合6代表光纖；符號7代表石英護(hù)套；符號8代表耦合器；符號9代表光柵解調(diào)儀；符號10代表計(jì)算機(jī)。如圖1所示光纖6可選用內(nèi)徑125 μ m,外層聚丙烯涂層直徑250 μ m的標(biāo)準(zhǔn)光纖，在其上刻寫光柵溫度傳感器1和光柵應(yīng)變/溫度傳感器2，其中位于光纖6端部的光柵溫度傳感器1是用不銹鋼毛細(xì)管3和硅橡膠4封裝裸光柵后制成的。光柵溫度傳感器1與光柵應(yīng)變/溫度傳感器2的中心波長控制在1510-1590mm間。帶有光柵溫度傳感器1與光柵應(yīng)變/溫度傳感器的光纖6盡量位于與增強(qiáng)纖維平行的方向。光柵溫度傳感器1封裝用的不銹鋼毛細(xì)管3直徑為0. 6-1. 0mm。光柵信號解調(diào)使用的光纖解調(diào)儀9選用MOI公司的 sml25-500靜態(tài)光纖解調(diào)儀，可監(jiān)測光柵中心波長漂移。聚合物基復(fù)合材料中，增強(qiáng)材料可以選擇碳纖維、玻璃纖維或kavlar纖維；樹脂基體可以選擇環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺或聚酯樹脂。聚合物基復(fù)合材料5的制備工藝可為熱壓釜成型、模壓成型及樹脂傳遞模塑成型工藝。光纖6通過聚合物基復(fù)合材料5成型模具的出入口部位用石英護(hù)套7進(jìn)行保護(hù)，光纖6首先連接耦合器8，耦合器8連接光柵解調(diào)儀9，光柵解調(diào)儀9連接計(jì)算機(jī)10。光柵監(jiān)測時，光纖解調(diào)儀9內(nèi)部寬帶光源通過耦合器8發(fā)射激光，然后傳入光柵溫度傳感器1和光柵應(yīng)變/溫度傳感器2，光柵溫度傳感器1和光柵應(yīng)變/溫度傳感器2的反射光在經(jīng)過耦合器8傳入光柵解調(diào)儀9，經(jīng)過信號解調(diào)后傳入計(jì)算機(jī)10，監(jiān)測光柵溫度傳感器1和光柵應(yīng)變/溫度傳感器2的中心波長變化。作聚合物基復(fù)合材料固化過程的光柵應(yīng)變/溫度傳感器2的布拉格響應(yīng)(中心波長的自然對數(shù))與溫度(光柵溫度傳感器1監(jiān)測獲得)關(guān)系曲線，其擬合直線的斜率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩個擬合直線的交點(diǎn)對應(yīng)的溫度值，即為聚合物基復(fù)合材料的凝聚點(diǎn)溫度，對應(yīng)的時間即為凝膠時間。工作原理本發(fā)明采用雙光柵監(jiān)測技術(shù)，其中不銹鋼毛細(xì)管封裝光柵溫度傳感器的中心波長只受溫度影響，裸光柵的中心波長受溫度和應(yīng)變雙重影響。光柵中心波長布拉格關(guān)系方程為
權(quán)利要求
1.聚合物基復(fù)合材料凝膠點(diǎn)的光柵監(jiān)測方法，其步驟如下(1)制作雙光柵傳感器裸光柵位于光纖端部，用不銹鋼毛細(xì)管套在光纖的端部，不銹鋼毛細(xì)管的邊緣部分用硅橡膠封裝，制成光柵溫度傳感器；另一個裸光柵位于光纖的中部， 作為光柵應(yīng)變/溫度傳感器，光纖首先連接耦合器，耦合器連接光柵解調(diào)儀，光柵解調(diào)儀連接計(jì)算機(jī)；(2)油浴法利用水銀溫度計(jì)對光柵溫度傳感器的溫度傳感系數(shù)Kt進(jìn)行標(biāo)定；(3)聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料鋪層過程中，帶有雙光柵傳感器的光纖埋入聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料間，光纖與復(fù)合材料的制備模具出入口位置預(yù)留部分石英護(hù)套；(4)聚合物基復(fù)合材料的制備工藝適用濕法、干法成型工藝；(5)固化工程成型過程中，監(jiān)測光柵傳感器和光柵應(yīng)變/溫度傳感器的中心波長變化， 根據(jù)溫度傳感系數(shù)Kt計(jì)算光柵溫度傳感器的監(jiān)測溫度；(6)作復(fù)合材料固化全過程光柵應(yīng)變/溫度傳感器布拉格響應(yīng)(中心波長的自然對數(shù))與溫度關(guān)系擬合直線，擬合直線斜率變化點(diǎn)即為凝膠溫度，對應(yīng)的時間即為凝膠時間。
2.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合材料凝膠點(diǎn)的光柵監(jiān)測方法，其特征在于帶有光柵溫度傳感器與光柵應(yīng)變/溫度傳感器的光纖盡量位于與增強(qiáng)纖維平行的方向。
3.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合材料凝膠點(diǎn)的光柵監(jiān)測方法，其特征在于光柵溫度傳感器封裝用的不銹鋼毛細(xì)管直徑為0. 6-1. 0mm。
4.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合材料凝膠點(diǎn)的光柵監(jiān)測方法，其特征在于聚合物基復(fù)合材料中，增強(qiáng)材料選擇碳纖維、玻璃纖維或kavlar纖維；樹脂基體選擇環(huán)氧樹脂、 雙馬來酰亞胺或聚酯樹脂。
5.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合材料凝膠點(diǎn)的光柵監(jiān)測方法，其特征在于聚合物基復(fù)合材料的制備工藝為熱壓釜成型、模壓成型及樹脂傳遞模塑成型工藝。
全文摘要
聚合物基復(fù)合材料凝膠點(diǎn)的光柵監(jiān)測方法，其步驟如下1、制作雙光柵傳感器；2、油浴法利用水銀溫度計(jì)對光柵溫度傳感器的溫度傳感系數(shù)KT進(jìn)行標(biāo)定；3、聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料鋪層過程中，帶有雙光柵傳感器的光纖埋入聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料間，光纖與復(fù)合材料的制備模具出入口位置預(yù)留部分石英護(hù)套；4、聚合物基復(fù)合材料的制備工藝適用濕法、干法成型工藝；5、固化工程成型過程中，監(jiān)測光柵傳感器和光柵應(yīng)變/溫度傳感器的中心波長變化，根據(jù)溫度傳感系數(shù)KT計(jì)算光柵溫度傳感器的監(jiān)測溫度；6、作復(fù)合材料固化全過程光柵應(yīng)變/溫度傳感器布拉格響應(yīng)(中心波長的自然對數(shù))與溫度關(guān)系擬合直線，擬合直線斜率變化點(diǎn)即為凝膠溫度，對應(yīng)的時間即為凝膠時間。
文檔編號G01N21/41GK102445435SQ201110284678
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者盧少微, 張海軍, 王柏臣, 王繼杰, 王赫男, 高禹 申請人:沈陽航空航天大學(xué)