智能复合材料中碳纳米管纱线参数设计及其变化特征

万振凯， 李 鹏， 贾敏瑞， 包玮琛， 裘旭光

(天津工业大学 信息化中心， 天津 300387)

三维编织复合材料是采用编织技术发展而来的一种新型结构材料，具有优异的力学性能。随着我国航天、舰船等精尖装备的快速需求，对三维编织复合材料的需求量越来越多，故对可靠性要求越来越高，对三维编织复合材料制件检测方法和状态健康监测技术的研究提出了迫切需求[1]。这些新材料和新工艺的应用，对传统的结构损伤、结构安全性的设计理论提出了新要求；对试件结构健康状态进行实时在线监测，以保证航天器的安全性、可靠性并延长使用寿命。开发智能三维编织复合材料将成为我国航天领域承载制件应用的必然要求。近年来，我国在碳纳米管纤维研究取得了重大进展，并可生产稳定的超长碳纳米管纱线，碳纳米管纱线与碳纤维纱线相比具有较好的力学性能[2]，采用三维编织工艺将碳纳米管纱线嵌入到预制件中，构建智能三维编织复合材料已成为可能。

已有很多文献对碳纳米管的特性进行了研究。Abot等研究分析了碳纳米管纱线传感器的压阻特性，碳纳米管纱线传感器可被集成到聚合物和复合材料中，在不增加质量或改变主体材料的完整性情况下，通过碳纳米管纱线电阻测量来分析复合材料应变，分析了新型应变式传感器的结构和压阻响应，研究表明：由碳纳米管纱线组成应变传感器比金属箔应变计具有更高灵敏度，适应于各种应变的测量[3]。……