本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用碳納米紙傳感器監(jiān)測(cè)聚合物基復(fù)合材料固化度的方法。

背景技術(shù)：

熱固性材料的性能不僅取決于樹(shù)脂基體、固化劑和添加劑的結(jié)構(gòu)與性能，也取決于它們之間的固化成型歷程，與其固化程度密切相關(guān)。固化度是反映樹(shù)脂固化程度的一個(gè)重要指標(biāo)。復(fù)合材料在固化過(guò)程中的加熱溫度、加熱時(shí)間、保溫時(shí)間、冷卻速度及工裝條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素都會(huì)對(duì)復(fù)合材料固化度產(chǎn)生影響，從而影響復(fù)合材料的生產(chǎn)質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的復(fù)合材料固化度的測(cè)量方式都是非在線的，通過(guò)測(cè)量材料體系內(nèi)的剩余反應(yīng)熱的方法測(cè)量固化度（即DSC，差熱掃描量熱法），是一種耗時(shí)較長(zhǎng)，材料損失嚴(yán)重、成本較高的測(cè)量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種利用碳納米紙傳感器監(jiān)測(cè)聚合物基復(fù)合材料固化度的方法，目的是縮短固化度的測(cè)量時(shí)間，降低測(cè)量成本，提高測(cè)量精度。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的利用碳納米紙傳感器監(jiān)測(cè)聚合物基復(fù)合材料固化度的方法按照以下步驟進(jìn)行：

（1）將四根銅導(dǎo)線固定于長(zhǎng)方形碳納米紙表面，形成碳納米紙傳感器，將此碳納米紙傳感器埋入待測(cè)聚合物基復(fù)合材料預(yù)浸料的內(nèi)部，按照聚合物基復(fù)合材料預(yù)浸料的標(biāo)準(zhǔn)固化工藝制度固化成型得到聚合物基復(fù)合材料；

（2）固化過(guò)程中，采用四探針電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量埋入預(yù)浸料內(nèi)部的碳納米紙傳感器的電阻變化，采用光纖光柵測(cè)量預(yù)浸料固化過(guò)程的溫度變化，得到固化過(guò)程的碳納米紙電阻變化-溫度-時(shí)間關(guān)系曲線，對(duì)固化冷卻階段的碳納米紙電阻變化-溫度曲線進(jìn)行線性擬合，得到冷卻階段的碳納米紙的電阻溫度系數(shù)；

同時(shí)利用DSC法測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)固化工藝制度下聚合物基復(fù)合材料的固化度；

（3）分別在低于標(biāo)準(zhǔn)固化溫度5℃、10℃、15℃、20℃、25℃，以及高于標(biāo)準(zhǔn)固化溫度5℃、10℃時(shí)進(jìn)行聚合物基復(fù)合材料預(yù)浸料固化實(shí)驗(yàn)，重復(fù)步驟（2），分別獲得相應(yīng)的電阻溫度系數(shù)和固化度，得到聚合物基復(fù)合材料的固化度-電阻溫度系數(shù)關(guān)系曲線；

（4）實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)該聚合物基復(fù)合材料固化過(guò)程的冷卻階段碳納米紙電阻溫度系數(shù)，即根據(jù)步驟（3）中的固化度-電阻溫度系數(shù)關(guān)系曲線獲得相應(yīng)的固化度。

其中，所述的銅導(dǎo)線采用導(dǎo)電膠固定于長(zhǎng)方形碳納米紙表面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：

本發(fā)明中的碳納米紙是由碳納米管與其間空隙靠分子間范得華力相互作用而形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，碳納米紙之間空隙位于20-100nm間，屬于典型的介孔材料，樹(shù)脂與碳納米紙具有優(yōu)異的浸潤(rùn)特性，對(duì)樹(shù)脂相態(tài)變化具有非常高的靈敏度。在聚合物基復(fù)合材料固化過(guò)程中，樹(shù)脂交聯(lián)固化形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)樹(shù)脂固化度較低時(shí)，對(duì)溫度變化比較敏感。當(dāng)溫度降低時(shí)，交聯(lián)程度較低的樹(shù)脂收縮度較高，使電子在碳納米紙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)傳遞的勢(shì)壘降低，導(dǎo)致碳納米紙電阻變化對(duì)溫度的變化比較敏感。所以固化度越低，碳納米紙的電阻溫度吸收越高。

本發(fā)明的技術(shù)方案能夠布控在復(fù)合材料不同位置進(jìn)行實(shí)時(shí)在線工程應(yīng)用監(jiān)測(cè)，具有非常高的精準(zhǔn)度和可操作性，同時(shí)傳感器及解調(diào)系統(tǒng)成本低。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的碳納米紙傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1：四探針電阻測(cè)量?jī)x；2：導(dǎo)電膠；3：碳納米紙；4：銅導(dǎo)線；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中碳納米紙傳感器監(jiān)測(cè)復(fù)合材料固化過(guò)程的電阻變化-溫度-時(shí)間曲線；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中不同固化工藝制度下冷卻階段的碳納米紙電阻變化-溫度擬合曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例中涉及的碳納米紙是專利申請(qǐng)CN2012104391772（基于碳納米管三維網(wǎng)絡(luò)薄膜的溫度傳感器制備方法）中制備碳納米紙；

本發(fā)明實(shí)施例中的監(jiān)測(cè)對(duì)象是玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂，其預(yù)浸料購(gòu)買(mǎi)自威海光威有限公司（6509/G15000/33%）；

本實(shí)施例中使用的四探針電阻測(cè)量?jī)x型號(hào)為RTS-8，廣州四探針科技；

本實(shí)施例中使用的光纖光柵選用sm125靜態(tài)解調(diào)儀（美國(guó)MOI）；

本實(shí)施例中利用DSC法測(cè)量固化度采用的是耐馳DSC2002F3；

本實(shí)施例中對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合采用Origin軟件。

實(shí)施例

本實(shí)施例的利用碳納米紙傳感器監(jiān)測(cè)聚合物基復(fù)合材料固化度的方法按照以下步驟進(jìn)行：

（1）如圖1所示，將四根銅導(dǎo)線4固定于長(zhǎng)方形碳納米紙3表面，形成碳納米紙傳感器，將此碳納米紙傳感器埋入待測(cè)聚合物基復(fù)合材料預(yù)浸料的內(nèi)部，本實(shí)施例中待測(cè)聚合物基復(fù)合材料預(yù)浸料是玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料，按照預(yù)浸料是玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料的標(biāo)準(zhǔn)固化工藝制度固化成型得到玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂，具體過(guò)程是將玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料按照[0]₁₆的鋪層方式，鋪放在涂有脫模劑的模具上，其中碳納米紙傳感器和光纖光柵放在復(fù)合材料第8層和第9層中間，鋪有預(yù)浸料的模具封裝在真空袋里，一并放在烘箱里，抽真空，動(dòng)態(tài)升溫，動(dòng)態(tài)升溫工藝為：按照1℃/min的升溫速度從室溫升高到120℃，并保持120min；

（2）固化過(guò)程中，采用四探針電阻測(cè)量?jī)x測(cè)量埋入預(yù)浸料內(nèi)部的碳納米紙傳感器的電阻變化，采用光纖光柵測(cè)量預(yù)浸料固化過(guò)程的溫度變化，得到固化過(guò)程的碳納米紙電阻變化-溫度-時(shí)間關(guān)系曲線，如圖2所示，其中碳納米紙傳感器的初始電阻R₀，固化過(guò)程中電阻改變值為△R，以△R/ R₀表示固化過(guò)程的碳納米紙電阻變化，對(duì)固化冷卻階段的碳納米紙電阻變化-溫度曲線進(jìn)行線性擬合，如圖3所示，得到標(biāo)準(zhǔn)固化工藝下冷卻階段的碳納米紙的電阻溫度系數(shù)；

同時(shí)利用DSC法測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)固化工藝制度下聚合物基復(fù)合材料的固化度；

（3）分別在低于標(biāo)準(zhǔn)固化溫度5℃、10℃、15℃、20℃、25℃，以及高于標(biāo)準(zhǔn)固化溫度5℃、10℃時(shí)進(jìn)行玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料固化實(shí)驗(yàn)，重復(fù)步驟（2），分別獲得相應(yīng)的電阻溫度系數(shù)和固化度，得到聚合物基復(fù)合材料的固化度-電阻溫度系數(shù)關(guān)系曲線；

（4）實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)該聚合物基復(fù)合材料固化過(guò)程的冷卻階段碳納米紙電阻溫度系數(shù)，即根據(jù)步驟（3）中的固化度-電阻溫度系數(shù)關(guān)系曲線獲得相應(yīng)的固化度。