專利名稱：聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的光柵監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測方法，尤其涉及一種聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的光柵監(jiān)測方法，屬于聚合物基復(fù)合材料制造領(lǐng)域，。
背景技術(shù)：
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是聚合物基復(fù)合材料的重要特征參數(shù)，料的許多特性在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近發(fā)生了急劇變化。聚合物在Tg時(shí)，除了形變和模量等力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化外，許多物理性質(zhì)，如體積、熱膨脹系數(shù)、光折射系數(shù)、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)都發(fā)生很大變化。所以通過測量玻璃化轉(zhuǎn)變溫度就可以了解聚合物基復(fù)合材料的狀態(tài)變化和使用溫度，研究聚合物基復(fù)合材料的物理老化，確定固化加工成型工藝參數(shù)，進(jìn)行聚合物固化反應(yīng)研究，測定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對于預(yù)浸料選擇，工藝確定和質(zhì)量控制具有重要意義。測定Tg的常規(guī)方法有很多，如測定體積變化的熱膨脹系數(shù)和折射系數(shù)，測定力學(xué)性質(zhì)變化的熱機(jī)械法和應(yīng)力松弛法，測定熱學(xué)性質(zhì)的差熱分析法(DTA)和差熱掃描量熱法 (DSC)以及測量模量或內(nèi)耗的動(dòng)態(tài)機(jī)械分析法(DMA)等。這些方法只適用于對小型試件進(jìn)行離線檢測或?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行“事后”監(jiān)測。目前對聚合物基復(fù)合材料制造過程尚無法實(shí)時(shí)得到材料內(nèi)部不同位置的Tg信息。利用光纖光柵對聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)對聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，本發(fā)明利用埋入雙光柵傳感器，監(jiān)測復(fù)合材料固化過程Tg前后光柵反射光譜峰值光強(qiáng)的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的光柵監(jiān)測方法，其步驟如下1、制作雙光柵傳感器裸光柵位于光纖(6)端部，用不銹鋼毛細(xì)管C3)套在光纖的端部，不銹鋼毛細(xì)管(3)的邊緣部分用硅橡膠⑷封裝，制成光柵溫度傳感器⑴；另一個(gè)裸光柵位于光纖(6)的中部，作為反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器O)。光纖(6)首先連接耦合器(8)，耦合器(8)連接光柵解調(diào)儀(9)，光柵解調(diào)儀(9)連接計(jì)算機(jī)(10)。2、采用油浴法利用水銀溫度計(jì)對光柵溫度傳感器(1)的溫度傳感系數(shù)Kt進(jìn)行標(biāo)定。3、聚合物基復(fù)合材料(5)的增強(qiáng)材料鋪層過程中，帶有雙光柵傳感器的光纖(6) 埋入聚合物基復(fù)合材料(5)的增強(qiáng)材料間，光纖(6)與聚合物基復(fù)合材料(5)的制備模具出入口位置預(yù)留部分石英護(hù)套(7)。4、聚合物基復(fù)合材料(5)的制備工藝適用濕法、干法成型工藝。5、固化工程成型過程中，監(jiān)測光柵溫度傳感器(1)的中心波長變化，根據(jù)溫度傳感系數(shù)Kt計(jì)算溫度變化，監(jiān)測反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器O)的反射光譜峰值光強(qiáng)變化值。6、作聚合物基復(fù)合材料固化過程的反射光譜峰值光強(qiáng)(反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器監(jiān)測)與溫度(光柵溫度傳感器監(jiān)測)關(guān)系曲線，其擬合直線的斜率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩條擬合直線交點(diǎn)對應(yīng)的溫度值，即為聚合物基復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。本發(fā)明利用埋入雙光柵傳感器，監(jiān)測復(fù)合材料固化過程Tg前后光柵反射光譜峰值光強(qiáng)的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明的工作原理簡圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中，符號(hào)1代表光纖光柵溫度傳感器；符號(hào)2代表反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器；符號(hào)3代表不銹鋼毛細(xì)管；符號(hào)4代表硅橡膠封裝；符號(hào)5代表聚合物基復(fù)合材料；符合6代表光纖；符號(hào)7代表石英護(hù)套；符號(hào)8代表耦合器；符號(hào)9代表光柵解調(diào)儀；符號(hào)10 代表計(jì)算機(jī)。如圖1所示聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的光柵監(jiān)測方法，其步驟如下(1)光纖6可選用內(nèi)徑125 μ m，外層聚丙烯涂層直徑250 μ m的標(biāo)準(zhǔn)光纖，在其上刻寫光柵溫度傳感器1和反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器2，其中位于光纖6端部的光柵溫度傳感器1是用不銹鋼毛細(xì)管3和硅橡膠4封裝裸光柵后制成的。光柵溫度傳感器1與反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器2的中心波長控制在1510-1590mm間。(2)帶有光柵溫度傳感器1與反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器2的光纖6盡量位于與增強(qiáng)纖維平行的方向。(3)光柵溫度傳感器1封裝用的不銹鋼毛細(xì)管3直徑為0. 6-1. 0mm。(4)光柵信號(hào)解調(diào)使用的光纖解調(diào)儀選用MOI公司的sml25-500靜態(tài)光纖解調(diào)儀， 可監(jiān)測光柵中心波長及光柵反射全光譜信息(可得到反射光譜峰值光強(qiáng))。(5)聚合物基復(fù)合材料5的制備工藝可為熱壓釜成型、模壓成型及樹脂傳遞模塑成型工藝。(6)光纖6通過聚合物基復(fù)合材料5成型模具的出入口部位用石英護(hù)套7進(jìn)行保護(hù)，光纖6首先連接耦合器8，耦合器8連接光柵解調(diào)儀9，光柵解調(diào)儀9連接計(jì)算機(jī)10。(7)光柵監(jiān)測時(shí)，光纖解調(diào)儀9內(nèi)部寬帶光源通過耦合器8發(fā)射激光，然后傳入光柵溫度傳感器1和反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器2，光柵溫度傳感器1和反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器2的反射光在經(jīng)過耦合器8傳入光柵解調(diào)儀9，經(jīng)過信號(hào)解調(diào)后傳入計(jì)算機(jī)10，監(jiān)測光柵溫度傳感器1的中心波長變化和反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器2的反射光譜峰值光強(qiáng)的變化。(8)作聚合物基復(fù)合材料固化過程的反射光譜峰值光強(qiáng)(反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器2監(jiān)測)與溫度(柵溫度傳感器1監(jiān)測)關(guān)系曲線，其擬合直線的斜率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩條擬合直線交點(diǎn)對應(yīng)的溫度值，即為聚合物基復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。工作原理本發(fā)明采用雙光柵監(jiān)測技術(shù)，其中不銹鋼毛細(xì)管封裝光柵用于監(jiān)測溫度，反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器與聚合物基復(fù)合材料直接接觸，通過光柵反射光譜峰值光強(qiáng)變化反映復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。光柵溫度傳感器的光柵中心波長與溫度的關(guān)系方程為
權(quán)利要求
1.聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的光柵監(jiān)測方法，其步驟如下(1)制作雙光柵傳感器裸光柵位于光纖端部，用不銹鋼毛細(xì)管套在光纖的端部，不銹鋼毛細(xì)管的邊緣部分用硅橡膠封裝，制成光柵溫度傳感器，另一個(gè)裸光柵位于光纖的中部， 作為反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器，光纖首先連接耦合器，耦合器連接光柵解調(diào)儀，光柵解調(diào)儀連接計(jì)算機(jī)；(2)采用油浴法利用水銀溫度計(jì)對光柵溫度傳感器的溫度傳感系數(shù)Kt進(jìn)行標(biāo)定；(3)聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料鋪層過程中，帶有雙光柵傳感器的光纖埋入聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料間，光纖與聚合物基復(fù)合材料的制備模具出入口位置預(yù)留部分石英護(hù)套；(4)聚合物基復(fù)合材料的制備工藝適用濕法、干法成型工藝；(5)固化工程成型過程中，監(jiān)測光柵溫度傳感器的中心波長變化，根據(jù)溫度傳感系數(shù)Kt 計(jì)算溫度變化，監(jiān)測反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器的反射光譜峰值光強(qiáng)變化值；(6)作聚合物基復(fù)合材料固化過程的反射光譜峰值光強(qiáng)與溫度關(guān)系曲線，其擬合直線的斜率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩條擬合直線交點(diǎn)對應(yīng)的溫度值，即為聚合物基復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。
2.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的光柵監(jiān)測方法，其特征在于帶有光柵溫度傳感器與反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器的光纖盡量位于與增強(qiáng)纖維平行的方向。
3.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的光柵監(jiān)測方法，其特征在于光柵溫度傳感器封裝用的不銹鋼毛細(xì)管直徑為0. 6-1. 0mm。
4.如權(quán)利要求1所述的聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的光柵監(jiān)測方法，其特征在于聚合物基復(fù)合材料的制備工藝為熱壓釜成型、模壓成型及樹脂傳遞模塑成型工藝。
全文摘要
聚合物基復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的光柵監(jiān)測方法，其步驟如下1、制作雙光柵傳感器；2、采用油浴法利用水銀溫度計(jì)對光柵溫度傳感器的溫度傳感系數(shù)KT進(jìn)行標(biāo)定；3、聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料鋪層過程中，帶有雙光柵傳感器的光纖埋入聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料間；4、聚合物基復(fù)合材料的制備工藝適用濕法、干法成型工藝；5、固化工程成型過程中，監(jiān)測光柵溫度傳感器的中心波長變化，根據(jù)溫度傳感系數(shù)KT計(jì)算溫度變化，監(jiān)測反射光譜峰值光強(qiáng)傳感器的反射光譜峰值光強(qiáng)變化值。6、作聚合物基復(fù)合材料固化過程的反射光譜峰值光強(qiáng)與溫度關(guān)系曲線，其擬合直線的斜率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩條擬合直線交點(diǎn)對應(yīng)的溫度值，即為聚合物基復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。
文檔編號(hào)G01N21/25GK102445419SQ201110284688
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者盧少微, 張海軍, 王柏臣, 王繼杰, 王赫男, 高禹 申請人:沈陽航空航天大學(xué)