專利名稱：一種天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料及其制備方法，尤其是涉及一種具有自我診斷和監(jiān)測(cè)功能的天然竹纖維光纖智能復(fù)合板材及其制備方法。
背景技術(shù)：
智能材料與結(jié)構(gòu)的研究興起于20世紀(jì)80年代中期，起源于航空航天領(lǐng)域。很快， 智能材料在土木工程領(lǐng)域得到了研究與應(yīng)用。智能材料的應(yīng)用與發(fā)展意味著工程結(jié)構(gòu)功能的增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)使用效率的提高，結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化和結(jié)構(gòu)維護(hù)成本的降低。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)橋梁與建筑等的安全性要求逐漸提高，使得智能材料與結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)越來越顯示出其發(fā)展的潛力和生命力。對(duì)于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土而言，其健康監(jiān)測(cè)的實(shí)施一般是在施工過程中對(duì)其預(yù)埋合適的傳感器，或在完工后安裝相應(yīng)的傳感器。對(duì)于竹木結(jié)構(gòu)而言，由于其材料的日益工業(yè)化和模數(shù)化，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般為預(yù)制，給構(gòu)件的智能化處理提供了方便?？v觀國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合材料光纖傳感器的研究，大多集中在高分子材料、復(fù)合金屬材料(如飛機(jī)機(jī)身材料)等方面，而對(duì)光纖傳感器在建筑方面的應(yīng)用也主要是針對(duì)大型混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋傳感器進(jìn)行監(jiān)控。天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料將光纖傳感器引入到新型建筑材料中，使天然竹纖維復(fù)合材料的智能化成為可能。一種天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料這種天然纖維材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用受到國(guó)內(nèi)外的日益關(guān)注。國(guó)內(nèi)外的相關(guān)科研工作者對(duì)光纖光柵傳感器做了大量的研究，并在很多工程上應(yīng)用了光纖光柵傳感器這種新技術(shù)。但目前均是使用高分子材料或智能混凝土材料，這些材料存在能耗較高，對(duì)環(huán)境也有污染，成本也較高，加工過程也較復(fù)雜等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種低能耗、低污染、低成本、原料廣泛、加工簡(jiǎn)單，同時(shí)具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、損傷自檢、力學(xué)性能自測(cè)性能的天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明之天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料，其由竹膠合篾底層、光纖應(yīng)變傳感器和竹膠合篾面層構(gòu)成，所述光纖應(yīng)變傳感器位于竹膠合篾底層和竹膠合篾面層之間。所述光纖應(yīng)變傳感器可為有線光纖應(yīng)變傳感器或無線光纖應(yīng)變傳感器；當(dāng)光纖應(yīng)變傳感器為帶有傳感導(dǎo)線的有線光纖應(yīng)變傳感器時(shí)，傳感導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)伸出竹膠合篾底層和竹膠合篾面層的邊沿之外。本發(fā)明之天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟
(1)按照設(shè)計(jì)要求，將若干層天然竹篾層膠合并壓制成規(guī)定厚度的膠合竹篾層，作為竹膠合篾底層；⑵根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件監(jiān)測(cè)要求選定預(yù)埋光纖應(yīng)變傳感器的型號(hào)； (3)根據(jù)對(duì)構(gòu)件抗壓信號(hào)和/或抗拉信號(hào)監(jiān)測(cè)的要求，確定預(yù)埋光纖應(yīng)變傳感器的位置；當(dāng)光纖應(yīng)變傳感器為有線光纖應(yīng)變傳感器時(shí)，還應(yīng)確定傳感導(dǎo)線引出位置； ⑷對(duì)準(zhǔn)備預(yù)埋的光纖應(yīng)變傳感器進(jìn)行測(cè)試，以確定其性能；
(5)對(duì)竹膠合篾底層準(zhǔn)備預(yù)埋光纖應(yīng)變傳感器位置進(jìn)行平整化處理，并均勻涂抹一層固化膠；
(6)按步驟⑶確定的位置將所需埋入的光纖應(yīng)變傳感器按構(gòu)件長(zhǎng)度方向排布，并用固化膠固定；
(7)對(duì)布置好光纖應(yīng)變傳感器的半成品繼續(xù)刷膠并排布天然竹篾纖維層至設(shè)計(jì)厚度， 作為竹膠合篾面層；
(8)在固化壓力機(jī)上，固化熱壓成型，放置至常溫后，對(duì)板材邊部做整齊化處理。本發(fā)明天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料為一種能夠感受和傳導(dǎo)特定結(jié)構(gòu)構(gòu)件中壓力或拉力信號(hào)的智能材料，為智能竹纖維復(fù)合材料建立結(jié)構(gòu)損傷主動(dòng)、在線和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供方便，應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)提供了可能。膠合竹材作為一種復(fù)合材料，具有強(qiáng)度高、耐候性好等特點(diǎn)，而光纖光柵具有靈敏度高、精度好、可靠性高、抗電磁干擾、抗腐蝕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小的特點(diǎn)。將這兩者在生產(chǎn)過程中有機(jī)結(jié)合且能在使用中發(fā)揮各自的特性，將使膠合竹材這種天然纖維竹材的發(fā)展邁出智能化的步伐。這種綠色智能復(fù)合建筑材料的誕生和推廣，有望取代目前的一些人造纖維智能復(fù)合材料，使智能材料更為環(huán)保和節(jié)能。相比目前的一些智能混凝土材料和高分子材料，本發(fā)明天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料具有低能耗、低污染、低成本、原料廣泛、加工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)， 不但在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，也有望在土木工程施工包裝、汽車等行業(yè)發(fā)揮綠色智能材料的作用。


圖1是本發(fā)明天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料實(shí)施例的光纖應(yīng)變傳感器預(yù)埋位置圖2是圖1所示實(shí)施例分層結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1
參照附圖，本天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料實(shí)施例由竹膠合篾底層1、光纖應(yīng)變傳感器 2、竹膠合篾面層4構(gòu)成，光纖應(yīng)變傳感器2設(shè)有傳感導(dǎo)線3，光纖應(yīng)變傳感器2位于竹膠合篾底層1和竹膠合篾面層4之間，傳感導(dǎo)線3伸出竹膠合篾底層1和竹膠合篾面層4邊沿之外。制備方法
(1)按照設(shè)計(jì)要求，將若干層天然竹篾纖維層膠合并壓制成規(guī)定厚度的膠合竹篾層，作為竹膠合篾底層1 ；
⑵根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件監(jiān)測(cè)要求選定預(yù)埋光纖應(yīng)變傳感器2的型號(hào)；
(3)根據(jù)對(duì)構(gòu)件上端抗壓信號(hào)及下端抗拉信號(hào)監(jiān)測(cè)的要求，確定板材中預(yù)埋光纖應(yīng)變傳感器2的位置及傳感導(dǎo)線3引出位置
⑷對(duì)準(zhǔn)備預(yù)埋的光纖應(yīng)變傳感器2進(jìn)行測(cè)試，以確定其性能；
(5)對(duì)竹膠合篾底層1準(zhǔn)備預(yù)埋光纖應(yīng)變傳感器2位置進(jìn)行平整化處理，并均勻涂抹一層固化膠；
(6)按步驟⑶確定的位置將所需埋入的光纖應(yīng)變傳感器2按構(gòu)件長(zhǎng)度方向排布，并用固化膠固定；
(7)對(duì)布置好光纖應(yīng)變傳感器2及傳感導(dǎo)線3的半成品繼續(xù)刷膠并排布天然竹篾纖維層至設(shè)計(jì)厚度，作為膠合竹篾面層4 ；
(8)在固化壓力機(jī)上，在固化壓力3MPa，熱壓溫度150°C條件下，熱壓15min，放置至常溫后，對(duì)板材邊部做整齊化處理。本實(shí)施例之天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料為一種能夠感受和傳導(dǎo)特定結(jié)構(gòu)構(gòu)件中壓力或拉力信號(hào)的智能材料，為天然竹纖維建筑材料應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)提供了可能。膠合竹材作為一種復(fù)合材料，具有強(qiáng)度高、耐候性好等特點(diǎn)，而光纖光柵具有靈敏度高、精度好、可靠性高、抗電磁干擾、抗腐蝕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小等特點(diǎn)。本發(fā)明將這兩者在生產(chǎn)過程中有機(jī)結(jié)合，且能在使用中發(fā)揮各自的特性，將使膠合竹材這種天然纖維材料的發(fā)展邁出智能化的步伐。
權(quán)利要求
1.一種天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料，其特征在于，由竹膠合篾底層、光纖應(yīng)變傳感器和竹膠合篾面層構(gòu)成，所述光纖應(yīng)變傳感器位于竹膠合篾底層和竹膠合篾面層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料，其特征在于，所述光纖應(yīng)變傳感器為無線光纖應(yīng)變傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料，其特征在于，所述光纖應(yīng)變傳感器為有線光纖應(yīng)變傳感器，有線光纖應(yīng)變傳感器的傳感導(dǎo)線伸出竹膠合篾底層和竹膠合篾面層的邊沿之外。
4.種如權(quán)利要求1所述天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)按照設(shè)計(jì)要求，將若干層天然竹篾層膠合并壓制成規(guī)定厚度的膠合竹篾層，作為竹膠合篾底層；⑵根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件監(jiān)測(cè)要求選定預(yù)埋光纖應(yīng)變傳感器的型號(hào)；(3)根據(jù)對(duì)構(gòu)件抗壓信號(hào)和/或抗拉信號(hào)監(jiān)測(cè)的要求，確定預(yù)埋光纖應(yīng)變傳感器的位置；當(dāng)光纖應(yīng)變傳感器為有線光纖應(yīng)變傳感器時(shí)，還應(yīng)確定傳感導(dǎo)線引出位置；⑷對(duì)準(zhǔn)備預(yù)埋的光纖應(yīng)變傳感器進(jìn)行測(cè)試，以確定其性能；(5)對(duì)竹膠合篾底層準(zhǔn)備預(yù)埋光纖應(yīng)變傳感器位置進(jìn)行平整化處理，并均勻涂抹一層固化膠；(6)按步驟⑶確定的位置將所需埋入的光纖應(yīng)變傳感器按構(gòu)件長(zhǎng)度方向排布，并用固化膠固定；(7)對(duì)布置好光纖應(yīng)變傳感器的半成品繼續(xù)刷膠并排布天然竹篾纖維層至設(shè)計(jì)厚度， 作為竹膠合篾面層；(8)在固化壓力機(jī)上，固化熱壓成型，放置至常溫后，對(duì)板材邊部做整齊化處理。
全文摘要
一種天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料及其制備方法，該天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料由竹膠合篾底層、光纖應(yīng)變傳感器、竹膠合篾面層構(gòu)成，光纖應(yīng)變傳感器位于竹膠合篾底層和竹膠合篾面層之間。本發(fā)明還包括所述天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料制備方法。本發(fā)明天然竹纖維光纖智能復(fù)合材料繼承了普通竹纖維膠合材料強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)具有損傷自檢、力學(xué)性能自測(cè)的性能，為智能竹纖維復(fù)合材料建立結(jié)構(gòu)損傷主動(dòng)、在線和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供方便，可應(yīng)用于建筑業(yè)、包裝業(yè)等行業(yè)。
文檔編號(hào)B32B21/02GK102152549SQ201010592
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者楊瑞珍, 肖巖 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙凱森竹木新技術(shù)有限公司