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2 实验结果与分析 2.1 固化温度的FBG监测结果与分析 固化过程分为两个阶段:第一阶段为在 80℃下保温30min,第二阶段为在130℃下保温60min,两个阶段所施加的压力均为0.5MPa.固化过程采用热模压成型方式,所用平板硫化机购自光越橡胶机械制造有限公司,尺寸规格为350mm*350mm.FBG传感器波长检测设备采用MOI公司的SM125,其采样频率为1Hz,波长精度为1pm,对应的温度精度为0.10℃,应变精度为0.83με.系统整体框图示于图4. 图4复合材料固化过程的FBG监测系统示意图 Fig.4 Diagram of the composite'

s curing process monitoring system with FBG sensors 为了用比较的方法分析复合材料固化特性,在固化加热结束后暂不卸压,使加热完成后的层合板在不开模的情况下自然冷却到一定温度,再升温至80℃且保温30min后升温至130℃并保温10min,紧接着在不开模的情况下自然冷却,得到整个过程中复合材料温度和应变的变化历程. 在固化全程中三组温度FBG传感器测得的温度-时间关系曲线如图5所示,T1-0-1/

2、T2-0-1/4以及T3-45-1/4分别表示0?方向1/2处FBG温度传感器、0?方向1/4处FBG温度传感器以及45?方向1/4处FBG温度传感器测得的温度.可见各个FBG温度传感器测得的温度-时间曲线基本一致.比较两次升温过程,可见两次升温具有基本相同的特点.在第一次热循环 图5 复合材料固化过程层合板内温度变化曲线 Fig.5 Temperature evolution of laminate during composite'

s curing process 工艺过程中,在130℃保温60min的时间段内出现了多次的升温、降温现象,这是由于所用平板硫化机的温度控制方式比较粗放:一旦电热器加热,温度就有一个快速升高过程;

一旦停止加热,则温度就有一个快速降低过程;

多个这样的顺序升、降温微过程就形成了波浪式的保温曲线. 2.2 固化应变的FBG监测结果与分析 在固化全程中三组FBG应变传感器的中心波长变化曲线如图6所示,从总的中心波长漂移量中减去FBG温度传感器测得的温度变化引起的中心波长漂移部分,从而得到FBG应变传感器的应变-时间关系曲线如图7所示. 图6 复合材料固化过程中FBG应变传感器的中心波长变化曲线 Fig.6 Central wavelength evolution of FBG strain sensors during composite'

s curing process 图7 复合材料固化过程层合板应变变化曲线 Fig.7 Strain evolution of laminate during composite'

s curing process 本文中规定FBG应变传感器测得的拉应变为正值,压应变为负值.可以看出,在0-7000s的时间段内,随着固化反应的进行,收缩应变逐渐增大,但是应变值变化幅度较小;

约在7000s之后复合材料压应变值快速增大.其原因如下:(1)如图8所示,在固化反应的初始阶段,环氧树脂处于粘流态,此时的树脂体系内还未形成三维交联网络结构,树脂模量低,与光纤光栅的界面结合弱,复合材料内的应变难以传递给光栅传感区;

(2)随着反应的进行,约在7000s的时刻树脂体系达到凝胶点,体系内开始有三维交联网络的形成,此时的树脂模量和收缩应变的绝对值快速增加,故FBG传感器测得的复合材料压应变值快速增大[13]. 图8 环氧树脂剪切模量和化学收缩应变的变化曲线 Fig.8 Curves of shear modulus and chemical shrinkage strain of epoxy resin 在加热阶段结束后,随着时间推移,复合材料温度不断降低,从图5可见较好的单调减的规律性;