[发明专利]一种基于碳纳米管膜的复合材料各向应变监测方法

权利要求书

1.一种碳纳米管膜/复合材料一体化成型应变监测方法，包括如下步骤：

(1)制备无规碳纳米管薄膜，并制成碳纳米管取向膜；

(2)将上述碳纳米管取向膜切割成片状材料，加工成U型齿状碳纳米管膜应变传感器；

(3)碳纳米管膜的预浸，将上述加工好的碳纳米管膜应变传感器与树脂进行复合，预固化，成为碳纳米管膜预制体；

(4)复合材料的铺层，将上述碳纳米管膜预制体铺于复合材料预浸料的上下表面得到复合材料，将所述复合材料加压固化，形成可进行应变监测的碳纳米管膜复合材料；

(5)连接电极材料，在线监测应变，将可进行应变监测的碳纳米管膜复合材料的电极连接到外接电路，通过多种加载模式改变复合材料的形状，记录电阻仪的变化，计算出应变的实时变化；

其中所述步骤(4)中将预浸料按照铺叠顺序铺叠成复合材料预成型体，并且在上下两表面分别沿着相互垂直方向铺放碳纳米管膜应变传感器预制体，分别监测相互垂着的两个方向的复合材料应变。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是所述步骤(1)中无规碳纳米管薄膜由几十至几百层厚度不低于0.1μm的碳纳米管薄层构成，碳纳米管在薄膜面内二维分布，无规取向，不沿厚度分布。

3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是所述步骤(1)中无规碳纳米管薄膜的成型过程中，碳纳米管与碳纳米管薄膜同时形成；同时该碳纳米管膜具有良好的牵伸性，可通过机械牵伸改变碳纳米管的取向。

4.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是所述步骤(1)中采用多滚轴系统来改变碳纳米管膜的牵伸率制备碳纳米管取向膜，各个滚轴的转动速度从进料端至出料端速率依次递增，各个滚轴的拉伸速率为5mm/min-25mm/min。

5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是所述步骤(2)中，将切割成片状碳纳米管取向膜加工成所需要的U型齿状，制成碳纳米管膜应变传感器。

6.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是所述步骤(3)中树脂采用热固性或热塑性树脂，按照模具-预浸料-带孔四氟布-碳纳米管膜-带孔四氟布-预浸料-带孔四氟布-碳纳米管膜-带孔四氟布-预浸料-模具的顺序在热压机中进行热压，一次制备多层预浸的碳纳米管膜；对于热塑性树脂，将其溶于极性溶液，配置成1wt％-5wt％的树脂溶液，浸渍碳纳米管膜，其后将碳纳米管膜铺放与模具上，利用真空袋压保证碳纳米管膜平整，同时促进溶剂挥发。

7.根据权利要求6所述的监测方法，其中所用的预浸料树脂质量分数大于38wt％，在热压机中以低于树脂体系固化温度20-30℃的温度，以5-10MPa的压力进行热压。

8.根据权利要求6所述的监测方法，其特征是所述树脂体系是指聚乙烯、聚乙烯醇、环氧树脂、双马树脂、聚芳基乙炔树脂和聚酰亚胺中的任意一种或多种。

9.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是对于导电纤维制备的预浸料和碳纳米管膜传感器之间加入一层绝缘层，所述绝缘层为玻璃纤维薄毡、电工布、芳纶纤维薄毡、或者塑料薄膜，厚度0.02-0.1mm。

10.根据权利要求1所述的监测方法，其特征是所述步骤(5)中，在线监测应变为：当复合材料发生纵向拉伸的时候，通过上表面监测到电阻值的变化除以碳纳米管膜的应变敏感系数即可得到材料的纵向应变，通过下表面电阻值的变化除以碳纳米管膜的应变敏感系数即可得到材料的横向应变，上表面电阻值的改变除以下表面电阻值的改变即是复合材料的泊松比。