[发明专利]一种纤维增强型压力容器及基于其的损伤监测方法

说明书

本发明公开了一种纤维增强型压力容器及基于其的损伤监测方法，该纤维增强型压力容器包括：能够密封的中空容器；包裹于所述中空容器的外表面的增强层，所述增强层具备至少两层逐层缠绕于所述中空容器的外表面的纤维束层，所述纤维束层彼此间通过固化剂进行固化并固定至所述中空容器的外表面；以及由多壁碳纳米管涂层玻璃纤维制成的界面传感器；其中，所述界面传感器以预设的网络图形植入到相邻两层所述纤维束层之间以形成原位传感网络。根据本发明，其能够提高监测精度并大幅提高监测成功率，此外，还避免了反复粘贴压电陶瓷片，从而提高了监测效率。

技术领域

本发明涉及一种缺陷损伤监测领域，尤其是涉及一种纤维增强型压力容器及基于其的损伤监测方法。

背景技术

纤维增强聚合物(FRP)复合材料具有优良的力学性能，在工程领域得到了广泛的应用，具有金属或塑料内衬的纤维缠绕压力容器具有质量轻、强度高、性能比优越等优点，已被广泛应用于航天、航空等前沿军事领域和能源化工等民用领域。然而，FRP结构在使用寿命期间不可避免地要承受低速冲击等动荷载，不可避免的动载荷会导致分层等损伤，它导致其承载能力的降低，进一步严重威胁着纤维缠绕压力容器的安全性。

聚合物复合材料的结构健康监测(SHM)系统是一个能够显著跟踪复合材料的任何变化并监测聚合物复合材料中引起的损伤状态的系统。简单地说，SHM系统在复合材料结构中嵌入了各种传感器，实时测量聚合物复合材料的应变和损伤状态。智能材料和结构的最新进展导致了各种损伤定位和监测系统，传统的纤维缠绕压力容器监测技术，例如：基于应变片、自测量技术等都有其局限性，压电陶瓷片经常由粘合剂粘贴到结构表面，然而，受载荷作用，压电陶瓷片很容易与结构发生脱粘而使得采集信号发生较大偏差甚至采集不到信号，进而影响监测精度甚至导致监测失败，并且反复粘贴压电陶瓷片也使得监测效率极其低下。

有鉴于此，实有必要开发一种纤维增强型压力容器及基于其的损伤监测方法，用以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述压力容器/所存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够防止由于压电陶瓷片脱粘而导致采集信号偏差较大的纤维增强型压力容器，其能够提高监测精度并大幅提高监测成功率，此外，还避免了反复粘贴压电陶瓷片，从而提高了监测效率。

就压力容器而言，本发明为解决上述技术问题的纤维增强型压力容器包括：

能够密封的中空容器；

包裹于所述中空容器的外表面的增强层，所述增强层具备至少两层逐层缠绕于所述中空容器的外表面的纤维束层，所述纤维束层彼此间通过固化剂进行固化并固定至所述中空容器的外表面；以及

由多壁碳纳米管涂层玻璃纤维制成的界面传感器；

其中，所述界面传感器以预设的网络图形植入到相邻两层所述纤维束层之间以形成原位传感网络。

可选的，单根所述多壁碳纳米管涂层玻璃纤维的制备方法包括以下步骤：

步骤S1，将多壁碳纳米管及十二烷基硫酸钠按照10:4～10:2的质量比加入到20～50mL蒸馏水中，超声波分散100～130min，得到浓度为5.0～7.0mg/ml的多壁碳纳米管溶液；

步骤S2，将玻璃纤维纱线在多壁碳纳米管溶液中浸润3～7个周期次数，每个周期浸润4s并加热5min；

步骤S3，将浸润后的玻璃纤维纱线进行烘干，使得玻璃纤维纱线表面形成多壁碳纳米管涂层，由此制得所述多壁碳纳米管涂层玻璃纤维。

可选的，单根所述多壁碳纳米管涂层玻璃纤维的表层涂覆有绝缘层。

可选的，所述中空容器包括沿其轴线方向依次相接的瓶头、瓶身及瓶尾，所述增强层至少包裹于所述瓶身的外表面。

可选的，所述原位传感网络随着所述增强层布置于所述瓶头、瓶身或瓶尾。