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专利号: 2025115029072
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料无损检测方法,其特征在于:包括如下步骤:

1),制备纺丝溶液;

2),搭建静电纺丝台;

3),制备高频响应的压阻纳米纤维传感器;

4),将高频响应压阻纳米纤维传感器嵌入碳纤维复合材料板;

5),对该碳纤维复合材料板进行振动响应测试和超声导波测试,来检测碳纤维复合材料板的损伤情况。

2.如权利要求1所述的基于压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料无损检测方法,其特征在于:所述步骤1)具体为:将聚甲基丙烯酸甲酯粉末称量后倒入玻璃螺口瓶中,再依次滴入石墨烯分散液和二甲基甲酰胺溶剂,最后加入磁力搅拌子进行混合;将配好的溶液进行水浴搅拌,搅拌后放入超声清洗机,重复搅拌和超声清洗重复这两个步骤三次,最后得到混合均匀的聚甲基丙烯酸甲酯/石墨烯混合纺丝溶液。

3.如权利要求2所述的基于压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料无损检测方法,其特征在于:制得的纺丝溶液中,聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为28%,石墨烯的浓度为1%。

4.如权利要求2所述的基于压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料无损检测方法,其特征在于:磁力搅拌时,搅拌转速设置为800rpm,水浴搅拌温度设置为50℃,搅拌时间为3小时;超声清洗的温度设置为50℃,清洗时间设置为1小时。

5.如权利要求1所述的基于压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料无损检测方法,其特征在于:所述静电纺丝台包括底座、注射泵、注射器、异步电机以及轴承;其中,所述注射泵安装于底座的一侧,其能沿底座移动;所述注射器安装于注射泵上,并由注射泵推动进行注射;所述注射器的针头为静电纺丝平口针头;所述异步电机和轴承相对设置;一裸铜丝的两端分别固定于异步电机和轴承之间,使裸铜丝与注射器的位置相互垂直。

6.如权利要求5所述的基于压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料无损检测方法,其特征在于:所述注射器的针头端接上10kV直流高压电的正极;裸铜丝的异步电机端接上

10kV直流高压电的负极,轴承端接地;异步电机的转速设置为300rmp;裸铜丝和注射器之间的纺丝距离设置为15cm。

7.如权利要求1所述的基于压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料无损检测方法,其特征在于:所述步骤3)具体为:依靠注射泵推挤注射器,其推进速度设定为0.002mm/s;注射泵进行左右匀速平移,纺丝时间设置为30s;推出的纺丝溶液经过电场在匀速旋转的裸铜丝上面形成一层聚甲基丙烯酸甲酯/石墨烯压阻纳米纤维,即制得高频响应压阻纳米纤维传感器。

8.如权利要求1所述的基于压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料无损检测方法,其特征在于:所述步骤4)具体为:

4‑1),将高频响应压阻纳米纤维传感器绕成“弓”字形,并分布式地放置在第3、4层碳纤维平纹织物边缘的正中间,露出一部分裸铜丝,其中,碳纤维平纹织物共堆叠6层;

4‑2),使用真空辅助树脂传递模塑工艺,利用真空泵负压将树脂从一端传递到平纹织物结构的封闭空腔内,树脂浸润该织物结构,然后使得树脂固化,最后脱模得到碳纤维复合材料板;

4‑3),将碳纤维复合材料板的上表面进行打磨,露出碳纤维纱线,并使用导电银胶将导线耦合在碳纤维复合材料板的表面作为上电极,高频响应压阻纳米纤维传感器的裸露部分的铜线经打磨后作为下电极;上电极、下电极和信号放大器连接。

9.如权利要求1所述的基于压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料无损检测方法,其特征在于:所述步骤4)的振动响应测试的具体方法为:信号发生器发出不同的正弦信号,通过功率放大器传输到激振器,激振器的冲头驱动嵌有压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料板作高频振动;压阻纳米纤维传感器跟随试样一同作高频振动,以此来测量纤维传感器的电阻变化;

基于电阻变化率ΔR/R0与应变ε呈线性关系,即 ;其中:ΔR为电阻变化量,,R(t)为振动时的瞬时电阻,R0为初始电阻,G为压阻系数;ε为纤维传感器受到的应变;通过实时监测ΔR的异常变化,预警结构因疲劳振动产生的微裂纹。

10.如权利要求1所述的基于压阻纳米纤维传感器的碳纤维复合材料无损检测方法,其特征在于:所述步骤4)的超声导波测试的具体方法为:使用激光发射器发射脉冲激光,将脉冲激光对准并聚焦在碳纤维复合材料板上表面经打磨过的中心部位;激光脉冲瞬间加热材料表面微小区域,引起该区域快速热膨胀,同时受周围冷材料的约束,受限的膨胀产生瞬态机械应力,该应力以兰姆波的形式向材料内部和四周传播;脉冲激光产生的高频兰姆波被纤维传感器接收;纤维传感器接收的信号经过信号放大器放大,在示波器上显示,通过观察示波器的兰姆波模态幅度变化来检测碳纤维复合材料板的损伤情况。