一种测量电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种测量电极的制备方法。针对纤维增强复合材料作为敏感材料的新型分布式压力传感器，在材料内部碳纤维上集成用于导线连接的电极：首先，在纤维增强织物的制造阶段中，在芯轴或支架上固定预先制备的电极底座，并控制所需测量的碳纤维落在底座上，织物制造完成后，将电极顶盖安装在底座上，使碳纤维固定；其次，在树脂注塑阶段中，电极顶盖表面可以与模具内表面完全重合，在树脂固化后，用砂纸去除电极表面残余树脂即可进行导线连接。本发明专利技术能够有效解决在复合材料内部制备电极的困难，操作简便，可以与现有复合材料制造过程结合，能够在基本不改变复合材料整体强度的情况下，提供长期有效的测量电极连接。

A preparation method for measuring electrode

The invention discloses a preparation method for measuring electrodes. The fiber reinforced composite material as a new type of distributed pressure sensor sensitive materials, in the material on the carbon fiber electrode for integrated wire connection: first, in the stage production of fiber reinforced fabric, the mandrel is fixed on the bracket or pre made base electrode preparation, and control of carbon fiber to measure falls on the base on the fabric manufacturing is completed, the electrode cover is installed on the base, the fixed carbon fiber; secondly, the resin injection stage, can cover the surface and the inner surface of the mould electrode is completely coincident in the resin after curing, the residual resin can remove the surface electrode with sandpaper wire connection. The invention can effectively solve the difficulty of making electrodes inside the composite material, and is easy to operate, and can be combined with the existing composite manufacturing process. It can provide long-term and effective measuring electrode connection without changing the overall strength of the composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种测量电极的制备方法
本专利技术涉及电极制备方法，尤其是涉及一种纤维增强复合材料上测量电极的制备方法。
技术介绍
在过去几十年的发展中，纤维增强复合材料技术愈发成熟，采用纤维增强复合材料代替传统金属从而实现轻量化的方法在国民经济的各个部门，如汽车船舶、航空航天、风力发电等领域也得到越来越多的应用。然而，纤维增强复合材料在取得广泛应用的同时，也面临着诸多挑战，其中安全性是首要问题。纤维增强复合材料逐渐取代了金属，在许多重要环节作为结构件使用，这些部件或是本身不断受到冲击，或是发生损坏时将会造成重大的安全事故。而与金属材料相比，复合材料既在内部受到了更大的损坏，又在外部表现出更少的变形，这使得复合材料结构件在使用过程中，对其内部损伤情况的监测变得十分重要。对复合材料内部损伤情况最为直观和准确的检测方法是将其剖开进行显微拍摄，但这显然只能作为事后分析的手段，而为了能在不破坏结构的前提下确定复合材料内的损伤情况，相关领域的研究者们已经实现了多种非破坏式检测方法。研究者们发现：复合材料中的碳纤维在聚合物基体中表现出了电阻值随着材料内部损伤的产生而改变的特性，这种“结构功能一体化”的特点使得碳纤维电阻测量法能够在不额外增加传感器的情况下实现复合材料损伤的监测。而碳纤维在复合材料中处于聚合物基体的保护中，所以如何对其进行电阻测量带来的“接线难”的问题。在实验中，为了方便，引线与碳纤维间往往只是通过导电银胶连接，外部再用绝缘胶带保护。这种连接虽然简便，但显然不适合需要长期稳定工作、环境更为复杂的实际应用场合。为此，电镀技术被应用到也碳纤维接线中，即先通过物理与化学方法去除表面聚合物，将碳纤维暴露，再通过电镀在其表面形成金属层，最后引线用焊接的方法固定在表面。这种方法制备的引线更为牢固，但工艺也变得更为复杂。这种内部纤维的引线连接往往都是在复合纤维成型后再进行改造，因此，存在接线难的缺陷。
技术实现思路
针对现有纤维增强复合材料内部碳纤维电极连接中“接线难”的缺陷，本申请从增强织物阶段入手，在此时完成引线接入，不但可以得到稳定的引线连接，而且能够减少额外的工艺流程。本申请提供一种简便可靠的电极制备方法。采用这种方法在碳纤维上制备金属电极与纤维增强复合材料现有制造过程兼容，并且可以降低电极对复合材料整体机械性能的负面影响，形成稳定可靠的电极连接。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种测量电极的制备方法，针对纤维增强复合材料作为敏感材料的新型分布式压力传感元件：在纤维增强织物的织造过程中，在芯轴或支架等维持织物形状的支撑结构表面，将电极底座固定在所需位置；在织造开始后，控制需要连接电极的碳纤维落在电极底座上的切口中；织造结束后，将电极顶盖安装在底座上，确保碳纤维被固定在电极中。在树脂注塑阶段，将表面制备好纤维增强织物的芯轴或支架放入注塑模具中，确保电极高度能够使其顶盖表面与模具内表面完全重合；注塑结束后，等树脂固化后将复合材料从模具中取出并与芯轴或支架分离，然后用砂纸将电极表面残余的树脂去掉，用焊接的方法将测量导线与电极连接。进一步的，作为优选：电极可以通过如下方法设计制造：电极材料选用金属铜或铝，并设计成底座与顶盖两个部分。电极底座与芯轴或支架表面连接，电极底座底部下表面形状与表面需要布置电极的位置一致，二者以双面胶带粘接；底座上部为一表面有螺纹的圆筒，一个垂直切口将圆筒分为左右两半；电极底座安装时，需确保切口方向与碳纤维轴向方向一致，使碳纤维在织造过程中可以顺利落在切口中。电极顶盖与注塑模具内表面连接，因此顶盖上表面形状与模具内表面所要接触的位置保持一致；顶盖下部为一内表面胡螺纹的圆筒，且螺纹各尺寸能与底座螺纹配合。电极底座与顶盖安装在一起后，可以将碳纤维固定在切口中，底座固定在芯轴或支架表面，顶盖上表面与模具内表面贴合。电极表面需要经过如下处理：电极底座的底部上表面、电极顶盖的顶部下表面及圆筒外表面喷涂绝缘漆，以防止电极与周围相邻的碳纤维意外接触，造成测量误差。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术从增强织物阶段入手，在注塑工艺之前，直接在编织好的纤维织物上进行碳纤维电极制备，不仅工艺简单、稳定可靠，而且经过合理的位置设计后，电极对结构件强度的影响也可以降低至可接受范围。附图说明图1是用于复合材料管件的电极结构示意图；图2是电极在纤维增强织物上的集成示意图；图3是典型的接触电阻测量结果。图中：1、绝缘漆，2、电极顶盖上部，3、电极顶盖圆筒，4、电极顶盖，5、切口，6、电极底座圆筒，7、电极底座底部，8、电极底座，9、电极，10、Kevlar-29纤维，11、碳纤维。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步的说明。图1所示的是一组针对纤维增强复合材料管件上碳纤维的测量电极结构。电极底座底部7用于固定圆柱形芯表面，电极顶盖4上部表面形状和模具圆柱形内表面相同。电极整体高5毫米与管件厚度一致，可以保证顶盖上表面刚好与模具内表面重合。电极底座圆筒6结构中央切口5宽度1毫米，可以让碳纤维从中穿过，电极底座圆筒6表面为M4螺纹，与电极顶盖圆筒3内表面螺纹配合；上述结构中，电极顶盖上部2与电极顶盖圆筒3构成电极顶盖4，切口5、电极底座圆筒6和电极底座底部7形成电极底座8，电极底座圆筒6中部设置柱形槽，电极底座8与电极顶盖4安装时，电极顶盖圆筒3插入该柱形槽中。如图1所示，在电极底座底部7上面表、电极顶盖圆筒3外表面和电极顶盖上部2下表面喷涂绝缘漆1，以防止其他碳纤维与电极接触造成测量误差。本实例采用的是环形编织方法将24股Kevlar-29纤维10编织在直径25mm的圆柱形芯轴上，并用4股东丽T700-12K碳纤维11作为轴纱编入织物中作为敏感纤维，每股碳纤维两端各接一个铜电极。在编织开始前，先将所有电极底座用双面胶带固定在轴纱所要编入的位置，并使切口5与轴纱编织方向（即芯轴轴向）一致。随后开始编织，过程中确保碳纤维落入切口5中，其他纤维围绕在圆筒周围。编织结束后，将电极顶盖4安装在电极底座8上，使碳纤维与电极紧密连接，如图2所示。然后将增强织物连同芯轴一起放入圆柱形模具中，进行树脂注塑，固化后再将复合材料取出，除去芯轴。如果电极顶盖4上表面有树脂残留，则用细砂纸将树脂去掉，露出的金属表面即可进行导线连接。图3为对安装在4股碳纤维11上各个电极与初始位置电极间的电阻测量结果，电极间距为10cm，每根碳纤维上电极数目为五个，对数据进行线性拟合，拟合直线与Y轴交点即为理论上的接触电阻值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）在纤维增强织物的织造过程中，在支撑结构表面，将电极底座固定在所需位置；在织造开始后，控制需要连接电极的碳纤维，使之落在电极底座上的卡槽中；织造结束后，将电极顶盖安装在底座上，并确保碳纤维被固定在电极中；（2）在树脂注塑阶段，将表面制备好纤维增强织物的支撑结构放入注塑模具中，确保电极高度能够使其顶盖表面与模具内表面完全重合；注塑结束后，等树脂固化后将复合材料从模具中取出并与支撑结构分离，然后用砂纸将电极表面残余的树脂去掉，并将测量导线与电极连接。

【技术特征摘要】
1.一种测量电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）在纤维增强织物的织造过程中，在支撑结构表面，将电极底座固定在所需位置；在织造开始后，控制需要连接电极的碳纤维，使之落在电极底座上的卡槽中；织造结束后，将电极顶盖安装在底座上，并确保碳纤维被固定在电极中；（2）在树脂注塑阶段，将表面制备好纤维增强织物的支撑结构放入注塑模具中，确保电极高度能够使其顶盖表面与模具内表面完全重合；注塑结束后，等树脂固化后将复合材料从模具中取出并与支撑结构分离，然后用砂纸将电极表面残余的树脂去掉，并将测量导线与电极连接。2.根据权利要求1所述的一种测量电极的制备方法，其特征在于，所述的电极可以通过如下方法设计制造：（1）电极材料选用金属铜或铝，包括底座与顶盖两个部分；（2）电极底座与支撑结构表面连接，电极底座底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓颖，周洪水，吴震宇，胡旭东，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33