工程科学学报，第40卷，第6期：714-720,2018年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.40,No.6:714-720,June 2018 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.009:http://journals.ustb.edu.cn 碳纳米纸复合材料的拉伸应变协同性 霍庆生12》，金嘉琦”，王晓强”，卢少微，马克明，张璐2”，徐 涛) 1)沈阳工业大学机械工程学院，沈阳1108702)沈阳航空航天大学航空航天工程学部，沈阳110136 ☒通信作者，E-mail:shaowei9132@sina.com 摘要由于碳纳米纸与复合材料具有良好的界面结合性能，以及良好的导电导热性能，因此可以被用于复合材料的全寿命 健康监测.本文制备了碳纳米纸及其传感器，以及在不同位置嵌入碳纳米纸传感器的复合材料，并进行拉伸加载卸载测试. 获得了碳纳米纸传感器电阻变化率随传统应变片测得的复合材料层合板应变的变化趋势，拟合得到了碳纳米纸传感器的应 变传感系数，阐明了复合材料在变形时的协同性，证明了碳纳米纸传感器可以用于复合材料的拉伸疲劳损伤监测. 关键词碳纳米纸：传感器；应变传感：复合材料：拉伸疲劳损伤 分类号TG142.71 Tensile strain synergistic of carbon nanotube buckypaper composites HUO Qing-sheng,JIN Jia-qi,WANG Xiao-qiang?,LU Shao-we,MA Ke-ming?,ZHANG Lu,XU Tao? 1)School of Mechanical Engineering,Shenyang University of Technology,Shenyang 110870,China 2)Faculty of Aerospace Engineering,Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China Corresponding author,E-mail:shaowei9132@sina.com ABSTRACT As carbon nanotube buckypaper composites have a good interfacial properties,conductivity,and thermal conductivity, they can be used for whole-life health monitoring of composite materials.In this paper,carbon nanotube buckypaper and its sensors have been prepared.Meanwhile,composites samples with the buckypaper sensors at different positions were obtained.Tensile loading and unloading tests were performed.By analyzing changes in the buckypaper resistance change rate and composite strain,a strain-sens- ing coefficient was obtained to clarify the synergistic deformation of composite materials.The results of this study demonstrate that buck- ypaper sensor can be used to monitor the tensile fatigue damage of composites. KEY WORDS buckypaper:sensor:strain sensing;composites;tensile fatigue damage 目前航空航天飞行器的大部分结构件均由树脂层的环境等各种因素的影响导致的复合材料结构件 基复合材料制作而成，这些结构件的疲劳损伤会直 的损伤.因此，对飞机结构进行全寿命的健康监测， 接决定其使用寿命，同时还会影响到飞行器的飞行 从而可以在事故之前给出预判，减少或者避免灾难 安全四.最近几年，航空领域的事故发生率有所增 性事件发生，显得格外重要回.近几年，世界各国的 加，比如飞行器在飞行中控制失灵，甚至坠机.除了 科研工作者不停地探索，开始考虑将性能优良的碳 恐怖袭击等偶然因素以外，另外大部分原因是飞机 纳米管作为一种纳米级的填充物添加到树脂基体中 在长期的飞行过程中疲劳、腐蚀、材料老化以及大气 形成导电网络，使得绝缘的树脂基体具有适当优良 收稿日期：201708-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目(11602150，U1733123):航空科学基金资助项目(2016ZA54004):辽宁省高等学校优秀人才支持计划资 助项目(LR2015048):沈阳市国际科技合作项目(F16-212600):沈阳科学计划重点科技研发计划资助项目(17-208900)：辽宁省自然科学 基金资助项目(20170540695)工程科学学报，第 40 卷，第 6 期: 714--720，2018 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 40，No． 6: 714--720，June 2018 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2018． 06． 009; http: / /journals． ustb． edu． cn 碳纳米纸复合材料的拉伸应变协同性 霍庆生1，2) ，金嘉琦1) ，王晓强2) ，卢少微2) ，马克明2) ，张 璐2) ，徐 涛2) 1) 沈阳工业大学机械工程学院，沈阳 110870 2) 沈阳航空航天大学航空航天工程学部，沈阳 110136 通信作者，E-mail: shaowei9132@ sina． com 摘 要 由于碳纳米纸与复合材料具有良好的界面结合性能，以及良好的导电导热性能，因此可以被用于复合材料的全寿命 健康监测． 本文制备了碳纳米纸及其传感器，以及在不同位置嵌入碳纳米纸传感器的复合材料，并进行拉伸加载卸载测试． 获得了碳纳米纸传感器电阻变化率随传统应变片测得的复合材料层合板应变的变化趋势，拟合得到了碳纳米纸传感器的应 变传感系数，阐明了复合材料在变形时的协同性，证明了碳纳米纸传感器可以用于复合材料的拉伸疲劳损伤监测． 关键词 碳纳米纸; 传感器; 应变传感; 复合材料; 拉伸疲劳损伤 分类号 TG142. 71 收稿日期: 2017--08--30 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 11602150，U1733123) ; 航空科学基金资助项目( 2016ZA54004) ; 辽宁省高等学校优秀人才支持计划资 助项目( LＲ2015048) ; 沈阳市国际科技合作项目( F16--212--6--00) ; 沈阳科学计划重点科技研发计划资助项目( 17--208--9--00) ; 辽宁省自然科学 基金资助项目( 20170540695) Tensile strain synergistic of carbon nanotube buckypaper composites HUO Qing-sheng1，2) ，JIN Jia-qi1) ，WANG Xiao-qiang2) ，LU Shao-wei2)  ，MA Ke-ming2) ，ZHANG Lu2) ，XU Tao2) 1) School of Mechanical Engineering，Shenyang University of Technology，Shenyang 110870，China 2) Faculty of Aerospace Engineering，Shenyang Aerospace University，Shenyang 110136，China Corresponding author，E-mail: shaowei9132@ sina． com ABSTＲACT As carbon nanotube buckypaper composites have a good interfacial properties，conductivity，and thermal conductivity， they can be used for whole-life health monitoring of composite materials． In this paper，carbon nanotube buckypaper and its sensors have been prepared． Meanwhile，composites samples with the buckypaper sensors at different positions were obtained． Tensile loading and unloading tests were performed． By analyzing changes in the buckypaper resistance change rate and composite strain，a strain-sens￾ing coefficient was obtained to clarify the synergistic deformation of composite materials． The results of this study demonstrate that buck￾ypaper sensor can be used to monitor the tensile fatigue damage of composites． KEY WOＲDS buckypaper; sensor; strain sensing; composites; tensile fatigue damage 目前航空航天飞行器的大部分结构件均由树脂 基复合材料制作而成，这些结构件的疲劳损伤会直 接决定其使用寿命，同时还会影响到飞行器的飞行 安全［1］． 最近几年，航空领域的事故发生率有所增 加，比如飞行器在飞行中控制失灵，甚至坠机． 除了 恐怖袭击等偶然因素以外，另外大部分原因是飞机 在长期的飞行过程中疲劳、腐蚀、材料老化以及大气 层的环境等各种因素的影响导致的复合材料结构件 的损伤． 因此，对飞机结构进行全寿命的健康监测， 从而可以在事故之前给出预判，减少或者避免灾难 性事件发生，显得格外重要［2］． 近几年，世界各国的 科研工作者不停地探索，开始考虑将性能优良的碳 纳米管作为一种纳米级的填充物添加到树脂基体中 形成导电网络，使得绝缘的树脂基体具有适当优良