一种用于拉伸变形测试的敏感材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及的用于拉伸变形测试的敏感材料及其制备方法，采用液态硅橡胶、短切碳纤维、导电炭黑、纳米ＳｉＯ２、固化剂及偶联剂为原料，在常温、常压下，依次将各原料搅拌混合、抽真空去除气泡、制模而成。所得到的用于拉伸变形测试的敏感材料具有良好的柔韧性、拉伸模量非常小，在测试时不会影响到测试结构或者测试材料的变形；同时具有较高的敏感性及性能稳定性，其制作方法简单，原材料来源较广，制作敏感材料的成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种敏感材料及其制备方法，尤其是一种适用于拉伸变形测试的敏感 材料及其制备方法。
技术介绍
在诸多工程领域中，如结构工程、水利工程、交通工程、岩土工程及桥梁工程等，其 材料或结构都会存在拉伸变形情况，而对这些变形的监测将直接关系到工程的安全性。目 前测试拉伸变形的方法大致有机械测试方法、应变仪测试法和应变片电测法等几种，采用 的仪器分别为千分表、应变仪和应变片等。千分表法测试法误差较大，使用较不方便；应变仪测试法和应变片电测法一般都 是用于小应变下的变形测试，而对于较大的变形测试，一般都需采用其他辅助方法，也带来 了不便。为此，开发一种能够满足较大变形测试的敏感材料作为制作传感器敏感元件的材 料是必要的。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种原材料来源较广、成本低，制备方法简单、试 验效果好的用于拉伸变形测试的敏感材料及其制备方法。技术方案本专利技术用于拉伸变形测试的敏感材料采用液态硅橡胶、短切碳纤维、导 电炭黑、纳米SiO2、固化剂及偶联剂为原料，质量配比如下液态硅橡胶100份；短切碳纤维10 50份；导电炭黑0 2份；纳米SiO2 :0 5 份；固化剂3 5.8份；偶联剂0· 4 0.8份。所述的固化剂采用二丁基二月桂酸锡；所述偶联剂的型号为KH-550或KH-560。本专利技术用于拉伸变形测试敏感材料的制备方法，步骤如下(1)按质量配比分别称取液态硅橡胶、短切碳纤维、导电炭黑、纳米SiO2、固化剂和 偶联剂；(2)先将液态硅橡胶倒入容器中进行搅拌，边搅拌边依次缓慢加入导电炭黑、短切 碳纤维、纳米SiO2;(3)继续搅拌20 40min后，再依次加入偶联剂和固化剂，继续搅拌1 2min ；(4)然后将容器放入真空箱内抽真空3 5分钟，去除气泡；(5)最后将容器中的混合液注入模具，在室温下固化成型，得到用于拉伸变形测试 的敏感材料。有益效果为了更好的提高敏感材料的柔韧性能，提高其变形测试敏感性，本专利技术选用固化后较柔软，拉伸模量非常小的液态硅橡胶作为基体材料；纳米SiO2的加入可以提 高材料的稳定性能，抗老化等性能；短切碳纤维作为主要的导电相可以明显提高其敏感性 能，即其电阻率随变形明显变化的性能；偶联剂KH-550或KH-560的加入特别是KH-550的 加入能明显提高敏感材料的固化成型速度。主要优点如下1、本专利技术的敏感材料柔韧性好，拉伸模量非常小，在测试时不会影响到测试结构 或者测试材料的变形；2、本专利技术采用状短切碳纤维作为主要的导电相，使敏感材料电阻值随变形变化非 常敏感；3、由于硅橡胶具有较高的弹性，所以在较大变形下，本专利技术的敏感材料都具有较 好的敏感性；4、本专利技术敏感材料的原材料来源较广，成本较理想；5、本专利技术的敏感材料的制备方法较简单，使用的加工设备也较简单，大大降低了 制作敏感材料的成本。6、本专利技术的敏感材料制备工艺，可根据需要调节制作周期，固化剂、偶联剂加入量 的增加及固化环境温度的提高都将大大减小固化成型的时间。附图说明图1是本专利技术的用于拉伸变形测试的敏感材料实例一的拉伸电阻-应变曲线；图2是本专利技术的用于拉伸变形测试的敏感材料实例二的拉伸电阻-应变曲线图3是本专利技术的用于拉伸变形测试的敏感材料实例三的拉伸电阻-应变曲线。具体实施例方式实施例一、按质量配比称量液态硅橡胶100份； 0. 2mm短切短切碳纤维50份；导电炭黑0份；纳米SiO2 0 份；固化剂:5· 5份;偶联剂0. 4份；制作步骤如下(1)分别质量配比称取100份的液态硅橡胶、50份的0. 2mm短切短切碳纤维、5. 5 份的固化剂(二丁基二月桂酸锡)和0.4份的偶联剂(KH-550)；(2)先将100份的液态硅橡胶加入搅拌机中进行搅拌，搅拌速度约为1200r/min ；(3)然后缓慢加入50份的0. 2mm短切短切碳纤维，继续搅拌；(4)搅拌约30分钟后，依次加入0. 4份的偶联剂(KH-550)和5. 5份的固化剂，继 续搅拌2分钟；(5)再将混合液放入真空箱抽真空3分钟，去除气泡；(6)最后将混合液浇注入模具，室温成型，固化时间约为6小时。为便于拉伸测试，把敏感材料制作成薄片形，并在浇注时在模具中放入两条条形铜丝网作为导电电极，使敏感材料与铜丝网电极固化为一体。待固化后，将带有铜丝网电极的薄片形敏感材料冲切成 铃形状，电极位于两 端进行电阻测试，将敏感材料试样的两端粘贴于弹性橡胶条上，进行拉伸测试，其拉伸电 阻-应变曲线如图1所示。实施例二、按质量配比称量液态硅橡胶100份；0. 2mm短切短切碳纤维35份；导电炭黑1份；纳米SiO2 :1 份；固化剂:5· 5份;偶联剂0.6份；制作步骤为(1)分别按质量配比称取100份的液态硅橡胶、35份的0.2mm短切短切碳纤维、 5. 5份的固化剂(二丁基二月桂酸锡)和0. 6份偶联剂(KH-550)；(2)先将100份的液态硅橡胶加入搅拌机中进行搅拌，搅拌速度约为1500r/min ；(3)然后缓慢加入1份导电炭黑，再缓慢加入35份0. 2mm短切短切碳纤维，继续搅 拌；(4)搅拌约40分钟后，依次加入0. 6份的偶联剂(KH-550)和5. 5份的固化剂，继 续搅拌约3分钟；(5)再将混合液放入真空箱抽真空4分钟，去除气泡；(6)最后将混合液浇注入模具，室温成型，固化时间约为6小时。为便于拉伸测试，把敏感材料制作成薄片形，并在浇注时在模具中放入两条条形 铜丝网作为导电电极，使敏感材料与铜丝网电极固化为一体。待固化后，将带有铜丝网电极的薄片形敏感材料冲切成 铃形状，电极位于两 端用于电阻测试，将敏感材料试样的两端粘贴于弹性橡胶条上，进行拉伸测试，其拉伸电 阻-应变曲线如图2所示。实施例三、按质量配比称量液态硅橡胶100份；0. 6mm短切短切碳纤维10份；导电炭黑0· 5份；纳米SiO2 :2 份；固化剂3份；偶联剂0. 4份。制作步骤为(1)分别按质量配比称取100份的液态硅橡胶、10份的0.6mm短切短切碳纤维、3 份的固化剂(二丁基二月桂酸锡)和0.4份的偶联剂(KH-550)；(2)将100份的液态硅橡胶加入搅拌机中进行搅拌，搅拌速度约为1500r/min ；(3)然后缓慢加入10份的0. 6mm短切短切碳纤维，再加入2份的纳米SiO2,继续 搅拌；(4)搅拌约40分钟后，依次加入0. 4份的偶联剂(KH-550)和3份的固化剂(二丁 基二月桂酸锡)，继续搅拌约3分钟；(5)再将混合液放入真空箱抽真空4分钟，去除气泡；(6)最后将混合液浇注入模具，室温固化成型，固化时间约为10小时。为便于拉伸测试，把敏感材料制作成薄片形，并在浇注时在模具中放入两条条形 铜丝网作为导电电极，使敏感材料与铜丝网电极固化为一体。待固化后，将带有铜丝网电极的薄片形敏感材料冲切成 铃形状，电极位于两端 用于电阻测试，对敏感材料试样直接进行拉伸测试，其拉伸电阻_应变曲线如图3所示。权利要求一种用于拉伸变形测试的敏感材料，其特征是采用液态硅橡胶、短切碳纤维、导电炭黑、纳米SiO2、固化剂及偶联剂为原料，质量配比如下液态硅橡胶100份；短切碳纤维10～50份；导电炭黑0～2份；纳米SiO20～5份；固化剂3～5.8份；偶联剂0.4～0.8份。2.根据权利1所述的用于拉伸变形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于拉伸变形测试的敏感材料，其特征是：采用液态硅橡胶、短切碳纤维、导电炭黑、纳米ＳｉＯ↓［２］、固化剂及偶联剂为原料，质量配比如下：　　液态硅橡胶：１００份；　　短切碳纤维：１０～５０份；　　导电炭黑：０～２份；　　纳米ＳｉＯ２：０～５份；　　固化剂：３～５．８份；　　偶联剂：０．４～０．８份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周国庆，廖波，赵光思，梁恒昌，刘卓典，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]