本發明屬于新型結構復合材料的制備技術領域，涉及一種透光連續纖維增強復合材料及其制備方法。

背景技術：

連續纖維增強的樹脂基復合材料具有高的比強度和比剛度，在航空航天、輸油管道、高壓容器、民用體育器材等領域具有越來越廣泛的應用。連續碳纖維增強的復合材料通常由層疊的連續纖維織物和樹脂復合而成，或者通過連續纖維纏繞形成預制體，再和浸漬其中的樹脂共固化得到復合材料結構體。

但通常碳纖維、芳綸纖維、聚酰亞胺纖維等高性能纖維由于分子間存在共軛、分子鏈存在各向異性等特性，因此是不透明也不透光的，利用這些纖維制備的復合材料更是不透光的，如連續碳纖維增強的樹脂基復合材料，通常展現給人們的形象是一塊黑色的板材，如芳綸纖維增強的復合材料通常是一塊黃色的板材，即使是對可見光吸收率很低的玻璃纖維，也會因復合材料內部存在大量的界面，呈現為很低的透光率。

在當前世界逐漸追求節能、美觀的前提下，如何使這種傳統的材料更具美觀，或者透光以節省能，也是發展的一個目標。

綜上，可以發展新型的技術，使連續纖維增強的復合材料具有一定的透光能力。

技術實現要素：

本發明的目的：本發明針對現有技術的問題，提出了一種透光復合材料的制備技術，即利用光纖導光的方法，將光纖按埋植到復合材料中，得到具有透光能力的復合材料，部分結構形式的透光復合材料中光纖還能起到Z向錨定的作用，可提高材料的抗分層能力。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種透光復合材料，透光復合材料及由連續纖維、浸漬整體的樹脂基體、定向分布的光纖組成，光纖纖芯直徑為30～200μm，光纖表面露出復合材料表面，光纖含量為0.1vol％～25vol％，光纖在復合材料表面可以是均勻分布，也可以是按所需圖案疏密分布，但最密處含量不超過50vol％。

光纖的定向分布方向平行于纖維方向。

光纖的定向分布方向垂直于纖維方向。

一種透光復合材料的制備方法，該制備方法包括以下兩類：(1)將連續纖維和光纖混束，得到混有光纖的連續纖維，光纖含量為0.1vol％～25vol％，再將混合纖維絲束和樹脂利用通常的復合材料制備工藝制備成復合材料，磨平或切割復合材料首末端，露出光纖，得到光纖的定向分布方向平行于纖維方向的透光復合材料；(2)采用三維編織的方法，將光纖作為Z向連接線和連續增強纖維編制成預制體，再注入樹脂固化成型，也可采用Z向植入的方法，將光纖植入到層疊連續纖維預制體的Z向，再注入樹脂固化成型，或將光纖植入到層疊連續纖維樹脂預浸料的Z向，再注入樹脂固化成型，最后磨平使光纖橫截面露出表面，得到光纖的定向分布方向垂直于纖維方向的透光復合材料。

透光復合材料的一個或兩個表面有一層圖案化涂料。

透光復合材料的一個或兩個表面有一層散射光的涂層。

透光復合材料的一個外表面有一層吸光涂層。

連續纖維包括碳纖維、芳綸纖維、尼龍纖維、聚酰亞胺纖維。

本發明的技術方案的核心是發明了一種使復合材料具有一定透光性的材料設計方法，利用這種方法可以使傳統意義上眾所周知不透光的復合材料具有透光性，因此可帶來美觀、節能等實際應用價值，彌補傳統復合材料的不足。

本發明的優點和特點是：

本發明提出了一種新型的透光連續纖維增強復合材料以及相應的復合材料，這種透光連續纖維增強復合材料打破了傳統連續纖維增強復合材料不透光的特點，具有節能、美觀等特點，而且其透光形態和表面目視特征可以通過調節光纖分布或表面涂層，可以通過控制光信號輸入等方法調節，具有諸多潛在的應用價值。

附圖說明

圖1.本發明透光復合材料的透光照片(遮蓋物位于材料背面)。

具體實施方式：

下面通過實施例對本發明的設計和制備技術做進一步詳細說明。

實施例1：

本發明技術方案的實施過程如下：

(1-1)采用三維編織的方法，將光纖作為Z向連接線和連續增強纖維T300碳纖維絲束編織成所需的預制體，使光纖垂直于厚度方向分布，即主要垂直于碳纖維分布，光纖用量為占預制體體積分數的2％或4％或12％或20％，光纖纖芯直徑為62.5μm或125μm或187μm。得到預制體后，利用RTM成型方法往預制體中注入環氧樹脂3266，最后按該樹脂固化工藝條件固化成型，冷卻脫模后得到Z向埋植光纖陣列的復合材料制件。磨去復合材料制件表面一層，使光纖橫截面露出表面，得到具有厚度方向透光能力的復合材料制件。

(1-2)將表面打磨光滑，此時透光率更高。

(1-3)在制件內側表面涂敷一層白色半透明的涂層，該涂層使透入的光可以在內表面發生散射，表現為外部透到里面的光更柔和。

(1-4)如上(1-1)所述的預浸料所用的碳纖維纖維可以換成芳綸纖維、聚酰亞胺纖維、滌綸纖維、T700碳纖維、T800碳纖維。

(1-5)對于(1-1)，也可以將帶有定型劑的T300單向織物先鋪疊成所需的預制體，再植入光纖或光纖束，其它同(1-1)，最后具有厚度方向透光能力的復合材料制件。

本實施例得到的復合材料，可以用于建筑的幕墻、交通工具外殼、大型廣告牌等，具有一定的透光率，同時具有很高的承載能力，具有區別于傳統的不透光復合材料的美觀外在特征。

附圖1.透光復合材料的透光照片，遮蓋物位于材料背面。

實施例2：

本發明技術方案的實施過程如下：

(2-1)取T700碳纖維環氧樹脂預浸料，或S2玻璃纖維環氧樹脂預浸料，按所需的大小裁剪和按所需的鋪層方式鋪疊成所需形狀的層疊復合材料預制體，再采用Z向植入的方法，將光纖植入到層疊連續纖維預制體的Z向，即光纖垂直于厚度方向形成陣列，光纖用量為占預制體體積分數的6％或4％，光纖纖芯直徑為40μm或62.5μm或125μm。再使用熱壓罐成型或模壓成型的方法，在樹脂固化工藝條件下固化成型，冷卻后拆除模具和輔助材料得到復合材料制件。磨平復合材料制件的表面層直到使光纖橫截面露出表面，此時復合材料具有Z向透光的能力，得到相應的透光碳纖維增強環氧樹脂復合材料或透光S2玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料制件。

(2-2)如上(2-1)所示Z向植入光纖時，在預制體表面規劃一塊特定區域，該區域植入的光纖含量為10vol％，該區域可為任何所需的形狀，如宣傳文字、圖形等，其他區域植入的光纖含量為0.5vol％，其余過程均和(2-1)相同。最后得到透光能力具有圖案化分布的復合材料制件。

(2-3)也可以將(2-1)所得到的透光復合材料的外表面或內表面刷涂一層涂料，使表面各區域涂層分布具有不同的透明度，同樣也得到透光能力具有圖案化分布的復合材料制件。

(2-4)如上(2-1)所述的預浸料所用的纖維可以換成芳綸纖維、聚酰亞胺纖維、滌綸纖維。

本實施例得到的透光材料可以為透光能力具有圖案化分布，因此可以制備各種美觀的創意復合材料，拓展復合材料的應用領域。

實施例3：

本發明技術方案的實施過程如下：

(3-1)將碳纖維絲束或芳綸纖維絲束或玻璃纖維絲束和光纖混束，所用光纖纖芯直徑為30μm或62.5μm或170μm，控制光纖的根數，使光纖的含量為0.5vol％或15vol％，得到混有光纖的碳纖維或芳綸纖維或玻璃纖維的連續纖維絲束，將絲束編織成單向帶。將單向帶按需要制備的復合材料的結構鋪疊成所需的復合材料預制體，在利用真空輔助RTM成型方法，吸注入低粘度苯并噁嗪樹脂或環氧樹脂，再在該樹脂的固化工藝條件下固化，冷卻后拆除輔助材料，得到相應的復合材料制件。磨平或切割復合材料首末端，露出光纖，得到透光的復合材料，該復合材料沿增強纖維方向具有良好的透光能力。

(3-2)以上(3-1)中，混束后得到的混有光纖的碳纖維或芳綸纖維或玻璃纖維的連續纖維絲束直接用樹脂預浸，得到預浸漬樹脂的混有光纖的連續纖維，將其制備成為預浸料。將預浸料按需要制備的復合材料的結構鋪疊成所需的復合材料預制體，再在所用的預浸樹脂的固化工藝條件下固化，冷卻后拆除輔助材料，得到相應的復合材料制件。磨平或切割復合材料首末端，露出光纖，得到透光的復合材料，該復合材料沿增強纖維方向具有良好的透光能力。

(3-3)以上(3-2)中，預浸漬樹脂的混有光纖的連續纖維也可直接纏繞或自動鋪貼得到所需的復合材料的預制體，再在相同條件下得到透光的復合材料。

基于光纖的光傳播性質，以上制備的復合材料無論長度多長，均具有良好的透光能力，特別適用于長距離傳導光信號的復合材料，譬如復合材料結構的光導設備、機器人的復合材料集成光纖定位能力的機械臂等。

實施例4：

本發明技術方案的實施過程如下：

(4-1)將碳纖維絲束或芳綸纖維絲束和光纖混束，所用光纖纖芯直徑為35μm或62.5μm，控制光纖的根數，使光纖的含量為3vol％或7vol％，得到混有光纖的碳纖維或芳綸纖維的連續纖維絲束預浸樹脂后，直接利用拉擠成型工藝牽引并固化得到復合材料光傳輸桿，切割去兩端，使光纖截面露出表面，得到透光的復合材料。光信號可在復合材料內部長距離傳輸。

(3-2)在復合材料的一個表面涂覆能吸收特定波長的涂料，制備得到可過濾某波長的透光復合材料。