[发明专利]一种带有光纤的三维五向预制体

说明书

技术领域

 本发明属于纺织领域，尤其是将智能材料整合于结构中的三维五向预制体，具体说是一种带有光纤的三维五向预制体。

背景技术

目前，20世纪60年代，光导纤维通过全反射限制光波的传输原理已为人们熟知，并已作为短距离传光媒质用于胃镜等医疗器械。1970年康宁公司制成了损耗为20dB/km的高纯度玻璃光纤，从此以光纤作为波导的光通信技术得到了迅猛发展。同时，光纤传感技术也从无到有迅速发展。1977年美国海军研究所（NRL）开始实施光纤传感系统计划，标志着光纤传感器的问世。从70年代到80年代中期，光纤传感器的种类已达近百种，并且应用于航空航天等国防军事领域和能源、医学、交通运输、仪器仪表等民用领域。

2008年《航空制造技术》第4期‘三维纺织技术在航空航天领域的应用’一文中介绍：三维纺织复合材料技术作为一种新型高性能复合材料结构部件的制备技术，是将增强纤维编织成复合材料结构件的近净形三维整体织物（纺织预成型体），再采用树脂传递模型工艺（RTM）注入树脂后复合固化形成高性能复合材料结构件。由于采用了三维整体织物作为增强体，复合材料在厚度方向上获得了增强，从而克服了传统层合复合材料容易分层破坏的缺点，具有优异的力学性能。

随着先进复合材料技术及光纤传感技术的逐步发展及应用，以及由于它们各自所具有的优势和实际工程应用的需求，80年代后期，由美国军方首先提出并开展了一项将两者结合的新兴技术——智能材料与结构技术。光纤传感器是智能材料与结构研究中应用时间最早、应用范围最广的传感器。经过几十年的发展，光纤传感器产业现已被国内外公认为最具发展前途的高新技术产业之一，以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广而著称。

为光纤传输过程提供优良的材料保护，以确保光纤传输的检测、诊断数据不遗漏和不失真。常规的方法是在层合结构复合材料中预埋光纤，由于层合复合材料自身存在分层破坏的缺点，因此应用场合受到限制。

发明内容

本发明的目的是针对层合复合材料中预埋光纤所存在的，层合复合材料自身容易分层破坏，应用场合受到限制的问题，提出一种带有光纤的三维五向预制体。

本发明的技术方案是：

一种带有光纤的三维五向预制体，在纤维预制体的第五向轴向纱中包覆有至少一条光纤。

本发明的纤维预制体的五向包括四向设置于体对角线的编织纱和一竖向设置的不动纱即第五向轴向纱，四向编织纱围绕第五向轴向纱交织。

本发明的第五向轴向纱为碳纤维、芳纶纤维、石英纤维或高硅氧纤维。

本发明的纤维预制体的第五向轴向纱中包覆有多条光纤，多条光纤无捻合并成一股。

本发明的三维五向预制体的截面形状为方型、圆弧型或其它异型曲面。

本发明的有益效果：

本发明利用第五向纱是轴向竖直不动的特点，把光纤预埋在第五向纱内，编织纱围绕第五向纱交织成三维五向织物。该三维五向预制体面内和层间性能都得到了增强，克服了传统层合复合材料容易分层破坏的缺点，整体性好且力学性能优异。

本发明将光纤预埋在轴向纱内，光纤分布位置可以精确设计，光纤外由轴向纱包裹，在编织和复合过程中都可对光纤起到保护作用。

本发明的三维五向预制体可以编织成形各种异型曲面，满足光纤传输的不同路径需要。

 

附图说明

图1是本发明的带有光纤的三维五向预制体示意图。

图2是本发明的三维五向单胞结构示意图。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、2所示，一种带有光纤的三维五向预制体，在纤维预制体3的第五向轴向纱1中包覆有至少一条光纤2。将光纤预埋在轴向纱内，光纤分布位置可以精确设计，光纤外由轴向纱包裹，在编织和复合过程中都可对光纤起到保护作用。

本发明纤维预制体3的五向包括四向设置于体对角线的编织纱4和一竖向设置的不动纱即第五向轴向纱1，四向编织纱围绕第五向轴向纱1交织。本发明利用第五向纱是轴向竖直不动的特点，把光纤预埋在第五向纱线内，编织纱4围绕第五向纱交织成三维五向预制体。该三维五向预制体面内和层间性能都得到了增强，克服了传统层合复合材料容易分层破坏的缺点，整体性好且力学性能优异。

本发明第五向轴向纱1为碳纤维、芳纶纤维、石英纤维或高硅氧纤维。

本发明的纤维预制体3的第五向轴向纱1中包覆有多条光纤2，多条光纤2无捻合并成一股。