[发明专利]一种便于受力测量的碳纤维缠绕件、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种便于受力测量的碳纤维缠绕件、其制备方法和应用，属于复合材料制备领域。包括清理模具、缠绕纤维、固化树脂、切割修整四个步骤，其中缠绕纤维中通过浸渍有树脂的纤维增强材料加设一层将磁性或压电陶瓷纤维的复合材料。本发明通过在纤维缠绕件的内部加入磁性或者压电陶瓷纤维，复合材料在受力的时候，复合材料的磁性参数或者电学参数会出现变化，从而间接了解裂纹的情况，以判断和预测复合材料的寿命，保证缠绕件的使用安全。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，尤其是一种便于受力测量的碳纤维缠绕件、其制备方法和应用。

背景技术

纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。根据增强材料的不同，常见的纤维增强复合材料分为玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料和芳纶纤维增强复合材料。纤维增强复合材料制成的缠绕件用于多种技术领域中，例如制造熔化坩埚、风管或压力容器。在在做缠绕件时，一般将粘结剂浸渍的纤维沿着线圈模具缠绕并且铺设在线圈芯上。

但是，单纯的纤维缠绕件制成复合材料后，每一个缠绕层之间不存在机械连接，仅依靠存在较弱的化学和/或物理结合力连接，在受力或长期使用过程中，特备是一些压力容器，其内部会出现裂纹，但是这些裂纹无法肉眼无法观测到，需要使用一些精密的光学设备或者是破坏性实验才能对其力学性能测试，在实际使用过程中显然不能满足上述条件。

发明内容

发明目的：提供一种便于受力测量的碳纤维缠绕件、其制备方法和应用，以解决上述背景技术中所涉及的问题。

技术方案：一种便于受力测量的碳纤维缠绕件的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、清理模具，首先对模具表面进行抛光处理，将使用乙醇溶液将模具清洗表面至干净，然后将脱模剂均匀的涂抹于整个模具表面，然后对模具进行预热。

步骤二、缠绕纤维，将模具进一步升温至90～125℃，首先，将浸渍有树脂的纤维增强材料以预定的缠绕速度、100～200N的缠绕张力、30～60度的缠绕角、右螺旋缠绕方向进行环向缠绕；然后，将磁性或压电陶瓷纤维的复合材料以预定的缠绕速度、30～60度的缠绕角、左螺旋缠绕方向进行环向缠绕；最后，将浸渍有树脂的纤维增强材料以预定的缠绕速度、100～200N的缠绕张力、30～60度的缠绕角、右螺旋缠绕方向进行环向缠绕。

步骤三、固化树脂，将模具继续升温至200～250℃，保温0.5～1h，树脂在高温和催化剂作用快速固化，得到高强度的纤维缠绕件。

步骤四、切割修整，树脂固化后，会轻微收缩，在脱模剂的作用下，去取出模具，并对纤维缠绕件进行切割、修整。

作为一个优选方案，所述脱模剂为液体脱模剂、润滑油、动植物油中的一种。

作为一个优选方案，所述浸渍有树脂的纤维增强材料为碳纤维浸润聚氨酯树脂，其中，树脂质量浓度为30～50%。

作为一个优选方案，所述磁性或压电陶瓷纤维缠绕间距保持一致，其间距为20～150mm。

作为一个优选方案，所述磁性或压电陶瓷纤维为掺杂有的压电陶瓷材料有机纤维，其中，所述压电陶瓷材料分子式为，其中0≤x≤1；0≤y≤0.012。

作为一个优选方案，所述压电陶瓷纤维的制备工艺如下：

步骤一、称量，将氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌烘干，然后按照分子式计算所需原料，然后精准称取原料。

步骤二、研磨，将称取好的氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、氧化铌倒入尼龙罐中，并加入乙醇至恰好研磨原料，然后在球磨机上充分研磨6～12小时，烘干后，在600～800℃煅烧2～6小时；然后加入乙醇，进行二次球磨，在球磨机上充分研磨6～12小时，最后烘干，过筛，得到直径小于20微米的原料颗粒。