一种多电极CFRP传感筋及其制备系统与制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多电极CFRP传感筋及其制备系统与制备方法，该系统包括上胶单元、辊挤单元和成型单元，上胶单元用于对CFRP原丝涂覆环氧胶并且能够调节浸胶时间，辊挤单元用于对上胶后的CFRP原丝进行辊挤，进而控制CFRP原丝的渗透率；最后通过成型单元制备处CFRP传感筋。基于上述系统，本申请还提出了CFRP传感筋的制备方法；本发明专利技术通过对CFRP原丝的渗透率进行有效控制，进而有效提高CFRP智能传感筋在纤维体积分数、电阻率、电阻变化率

【技术实现步骤摘要】
一种多电极CFRP传感筋及其制备系统与制备方法


[0001]本专利技术属于土木工程桥梁缆索的智能监测领域，尤其涉及一种多电极CFRP传感筋及其制备系统与制备工艺。

技术介绍

[0002]随着中国经济的快速发展，为方便运输联通世界，大跨度桥梁越来越受到工程师的青睐。但工程实践表明大跨桥梁的钢制缆索因较大的结构自重严重制约跨度提升，易腐蚀性导致劣化而被更换，结构检测存在损伤结构、成本高、操作复杂等缺陷，导致后期维护成本较高。研究表明CFRP(Carbon Fiber Reifoced Polymer，碳纤维增强复合材料)既具有比强度高、耐腐蚀好、承载力强、耐久性好等优势，亦具有自感知、自监测、自传感特性。上述优势使得CFRP不仅能够实现承载功能，亦可作为结构自身的传感元件以实现动态、全时域的在线损伤自检测功能，因此集承载与传感特性于一体的CFRP缆索(筋/绞线)在大跨桥梁结构中逐渐兴起。
[0003]CFRP筋作为结构构件，承载方面以拉伸强度和拉伸模量为评价指标，用以衡量强度、刚度、稳定性等方面的要求；传感方面以线性度、重复性和灵敏度为评价指标，用以衡量自感知、自监测、自传感等方面的要求。目前，对CFRP筋的生产方式是如图1和图2所示在实验室条件下运用真空工艺与运用刷胶工艺所制备的CFRP筋，但是采用这两种方式制备的CFRP筋未能对CFRP原丝11的渗透率进行有效控制。因此上述两种方案所制备的CFRP筋在纤维体积分数、电阻率、电阻变化率
‑
应变、灵敏度、制备效率等方面均存在不足，制约着CFRP智能传感筋的制备性能与经济效益。
[0004]因此，需要一种能有效提高CFRP智能传感筋在纤维体积分数、电阻率、电阻变化率
‑
应变、灵敏度等方面的性能与制备效率的CFRP传感筋制备方案。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种多电极CFRP传感筋及其制备系统与制备方法，从环氧胶的渗透率(渗透率是描述纤维织物对流体流动阻力的物理参数，反映了树脂在纤维层中流动的难易程度，是多孔介质一种固有的材料属性)机理出发，并通过控制辊挤制备工艺中基体(环氧胶)与增强相(CFRP原丝)的体积比，进而获得性能更优异的CFRP智能传感筋。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种多电极CFRP传感筋制备系统，包括依次设置的上胶单元、辊挤单元和成型单元，
[0008]所述上胶单元包括滚轴、环氧胶池；所述环氧胶池内装有环氧胶；所述滚轴设置若干个，一部分滚轴设置在环氧胶池内，一部分设置在环氧胶池外，环氧胶池内、外的滚轴交错设置，将CFRP原丝浸没在环氧胶池内；
[0009]所述辊挤单元包括依次设置的CFRP纤维转向控制棒、挤胶装置；CFRP纤维转向控
制棒可转动安装，用于调节从环氧胶池内传输出的CFRP原丝角度；所述挤胶装置包括副挤胶辊筒、主挤胶辊筒，所述辊挤单元配有辊挤驱动单元；
[0010]成型单元将经过上胶、辊挤处理后的CFRP原丝加工制成CFRP筋传感元件。
[0011]进一步，所述CFRP纤维转向控制棒安装在支架上，该支架与转向控制棒装置连接，转向控制棒装置包括转轴固定圈、转轴和支撑杆；转轴和转轴固定圈依次套装在第一支撑杆外部，第一支撑杆与转轴之间固定连接，转轴和转轴固定圈之间可转动连接；支撑杆与CFRP纤维转向控制棒的支架固定连接；转轴固定圈通过多个均匀分布的固定螺丝固定在工作台上。
[0012]进一步，主挤胶辊筒设置1个，副挤胶辊筒设置2个，副挤胶辊筒分别位于主挤胶辊筒的两侧，三者位于同一直线上。
[0013]进一步，主挤胶辊筒可转动安装在辊筒焊接装置上，辊筒焊接装置的底部焊接在工作台上；
[0014]副挤胶辊筒可转动安装在第二支撑杆，在每个第二支撑杆的底部设置副辊筒滑动控制装置，通过副辊筒滑动控制装置可以调节2个副挤胶辊筒与1个主挤胶辊筒在工作台上的相对距离。
[0015]进一步，在工作台上开设轨道，轨道与辊筒两侧的滑轮相对应。
[0016]进一步，辊挤驱动单元包括电动机，电动机的动力输出端与主挤胶辊筒动力连接。
[0017]进一步，在挤胶辊筒的上部设有矩形漏池，矩形漏池装有环氧胶，矩形漏池内的环氧胶13通过漏孔滴落在副挤胶辊筒、主挤胶辊筒上。
[0018]进一步，在挤胶辊筒的下部设有矩形收集池，利用矩形收集池对经副挤胶辊筒、主挤胶辊筒辊挤出的多余环氧胶进行回收。
[0019]一种多电极CFRP传感筋制备工艺，包括如下步骤：
[0020]步骤1，CFRP原丝沿着滚轴浸润在由环氧胶池所盛环氧胶中，静置至原丝之间无气泡冒出；
[0021]步骤2，CFRP原丝经过牵引进入CFRP纤维转向棒，有效的掠去CFRP原丝表面多余的环氧胶。再通过调节上胶单元内滚轴，控制CFRP原丝浸胶时间；以及调节副挤胶辊筒与主挤胶辊筒之间的距离，控制CFRP原丝的渗透率：
[0022][0023]其中，d
gt
为副、主挤胶辊筒之间的距离；t
gt
为副、主挤胶辊筒之间CFRP原丝的浸胶时间；K为渗透率；k为直线斜率，v
cfrp
为CFRP原丝的体积，ΔP为进入辊筒的压力差；为CFRP原丝11的孔隙率，μ为环氧胶粘度；s为主副挤胶辊筒折算的平面面积，C为CFRP原丝经过副、主挤胶辊筒的位移；
[0024]步骤3，将浸润过环氧胶并经过辊挤后的CFRP原丝置入模具中成型，制备CFRP筋；
[0025]步骤4，将制备好的CFRP筋两端断面切割整齐，并打磨平整后清除断面残屑；
[0026]步骤5，制备电极；
[0027]步骤6，在电极处均匀涂抹环氧胶，待固化完成后形成电极保护。
[0028]一种多电极CFRP传感筋，采用上述系统制备而成。
[0029]本专利技术的有益效果如下：
[0030]1、本专利技术针对一种多电极CFRP智能传感结构的制备工艺进行优化，较其它制备工艺，本优化工艺对CFRP原丝的渗透率进行有效控制，使得传感元件的纤维体积分数、电阻率、电阻变化率
‑
应变、灵敏度、制备效率等参数更优，有效提高智能筋的传感特性。
[0031]2、本专利技术针对一种多电极CFRP智能传感结构的制备工艺进行优化，且本系统整体结构简单成本低、可批量生产，系统通过设置的转向控制棒32、挤胶装置对CFRP原丝的渗透率进行有效控制，较其它制备工艺，本系统简单可控。
[0032]3、本专利技术针对一种多电极CFRP智能传感结构的制备工艺进行优化，较其他制备工艺，本制备工艺针对CFRP的渗透率并辅之以理论推导，提出一套工艺原理、工艺流程及操作方法，使得制备工艺科学、合理。
[0033]本专利技术针对上述两种制备工艺中的成型工艺原理、工艺流程、操作方法、不同工艺使用的设备、原料辅料等技术方面进行优化后提出一种辊挤制备工艺的方法与技术理论并进行试验测试，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电极CFRP传感筋制备系统，其特征在于，包括依次设置的上胶单元、辊挤单元和成型单元，所述上胶单元包括滚轴(31)、环氧胶池(14)；所述环氧胶池(14)内装有环氧胶(13)；所述滚轴(31)设置若干个，一部分滚轴(31)设置在环氧胶池(14)内，一部分设置在环氧胶池(14)外，环氧胶池(14)内、外的滚轴(31)交错设置，将CFRP原丝(11)浸没在环氧胶池(14)内；所述辊挤单元包括依次设置的CFRP纤维转向控制棒(32)、挤胶装置；CFRP纤维转向控制棒(32)可转动安装，用于调节从环氧胶池(14)内传输出的CFRP原丝(11)角度；所述挤胶装置包括副挤胶辊筒(33)、主挤胶辊筒(34)，所述辊挤单元配有辊挤驱动单元；成型单元将经过上胶、辊挤处理后的CFRP原丝(11)加工制成CFRP筋传感元件(76)。2.根据权利要求1所述的一种多电极CFRP传感筋制备系统，其特征在于，所述CFRP纤维转向控制棒(32)安装在支架上，该支架与转向控制棒装置(43)连接，转向控制棒装置(43)包括转轴固定圈(51)、转轴(53)和支撑杆(55)；转轴(53)和转轴固定圈(51)依次套装在第一支撑杆(55)外部，第一支撑杆(55)与转轴(53)之间固定连接，转轴(53)和转轴固定圈(51)之间可转动连接；支撑杆(55)与CFRP纤维转向控制棒(32)安的支架固定连接；转轴固定圈(51)通过多个均匀分布的固定螺丝(52)固定在工作台(42)上。3.根据权利要求1所述的一种多电极CFRP传感筋制备系统，其特征在于，主挤胶辊筒(34)设置1个，副挤胶辊筒(33)设置2个，副挤胶辊筒(33)分别位于主挤胶辊筒(34)的两侧，三者位于同一直线上。4.根据权利要求3所述的一种多电极CFRP传感筋制备系统，其特征在于，主挤胶辊筒(34)可转动安装在辊筒焊接装置(47)上，辊筒焊接装置(47)的底部焊接在工作台(42)上；副挤胶辊筒(33)可转动安装在第二支撑杆(65)，在每个第二支撑杆(65)的底部设置副辊筒滑动控制装置(46)，通过副辊筒滑动控制装置(46)可以调节2个副挤胶辊筒(33)与1个主挤胶辊筒(34)在工作台(42)上的相对距离。5.根据权利要求2或4所述的一种多电极CFRP传感筋制备系统，其特征在于，在工作台(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：经正男，刘荣桂，刘聃，李十泉，刘煜，经守友，
申请(专利权)人：南通理工学院，
类型：发明
国别省市：