光纤传感器在监测RTM固化过程及复合材料健康状况中的应用

本文论述了应用光纤传感器对RTM的固化过程及制品疲劳损伤进行监测的技术方法。研究中,采用的增强材料为玻璃布,环氧树脂作基体。应用两种光纤应变传感器进行应变测定,一种是Bragg 光栅(FBG) 传感器;另一种是外置式Fabry - perot 干涉型(EFPI) 传感器。传感器埋入方向与树脂流动方向垂直或平行。研究结果表明:垂直埋入的FBG传感器在被固化树脂约束前,复观性差。另外,还发现FBG和EFPI 传感器在冷态下具有良好的准确性。平行埋入的FBG传感器在模塑工艺中表现出良好的复观性。标距为1mm 和4mm 的传感器的应变现象不同。上述结果说明,将光纤传感器埋入FRP 中,光纤传感器的埋入结构和标距对应变测量的精度有影响。利用埋入的光纤传感器进行固化监测,然后再循环加载试验,测定其内应变。循环加载试验的结果是用FBG传感器测得的应变与粘贴应变片测得的应变具有良好的一致性。本项研究得出的结论是:通过埋入FBG应变传感器可对RTM成型FRP 工艺过程和使用过程中的内应变进行有效地监测。
使用组装型传感器进行固化监测及健康监测的技术有利于纤维增强塑料( FRP) 的低成本化及高
可靠性。在固化监测中, 快速测定的树脂固化度、成形压力、成形温度、孔隙及局部发生的残余应力等数据, 可以用来控制成形工艺, 因此有可能缩短成形时间。而且, 由于减少了固化不良和初期缺陷, 制品的质量得到提高, 可大幅度简化质量检查过程。健康监测是监测加在材料上的应力、应变、温度、超负荷及由于疲劳产生的内部损伤。由于快速监测, 提高了材料、结构的可靠性, 简化了检查周期, 降低了使用成本。
用于FRP 固化及健康监测的传感器有很多种类, 其中小型、质轻且可挠性、耐老化性好的光纤
传感器较适合FRP , 因此, 有很多使用光纤传感器进行FRP 的固化及健康监测的研究。有些光纤传感器专用于固化监测, 如近红外线分光传感器(NIRS) 、萤光传感器、折射率传感器等。NIRS 及萤光分析传感器用于观测固化反应时的树脂和固化剂的化学构成的变化;折射率传感器是通过光纤/ 树脂界面的反射率来测定固化时树脂的折射率变化。光纤应变传感器最大的特征是在产品成形及使用过程中都可应用。光纤应变传感器能捕捉到固化过程中树脂的体积变化, 由此可测定残余应力。