【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器材料制备，具体涉及一种埋入式碳纳米复合材料柔性压阻传感器的制备及应用。
技术介绍
1、碳纤维增强复合材料(cfrp)为工程行业制造大型结构提供了多种解决方案，如超过50％的飞机结构材料由cfrp构成，这样可以有效减少单次飞行的燃油消耗量。由于连接结构通常是复合材料中最薄弱的点，因此在使用过程中，更容易发生损伤。因此，有必要发展无损检测(ndt)和结构健康监测(shm)技术，不仅可以在损坏的初始阶段提供警告，而且可以在整个使用寿命期间提供有关接头状况的有效可靠的信息必要时启动维修或更换。
2、由于碳纳米材料的优异机械性能和电导特性，由压阻材料和柔性基底组成的碳纳米复合材料压阻传感器具有高灵敏度，能够用于检测结构细微的应变或压力变化，这在结构健康监测(shm)应用中显示出巨大的潜力。柔性基底使得这种传感器可以贴合在各种曲面或不规则形状上，提供更为广泛的应用可能性；碳纳米复合材料和柔性基底的使用，使得这种传感器可以非常轻巧和小型化，有利于减少结构负载和碳纳米复合材料在温度，湿度等环境条件变化下具有很好的稳定性。与传统的应变或压力测量仪器相比，碳纳米复合材料压阻传感器在材料选择和生产工艺上具有更大的优势，可能以更低的成本实现大规模生产。
3、目前大部分研究仍倾向于独立制造这些传感器，独立制造和安装压阻传感器需要额外的时间和资源，而且在后期的监测中可能需要频繁的维护和更换，降低了效率；独立的压阻传感器难以全面精确地捕捉到结构内部的微妙变化，会影响监测的准确度；独立的压阻传感器可能需要和各种不同的
4、因此非常有必要开发一种埋入式碳纳米复合材料柔性压阻传感器。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种埋入式碳纳米复合材料柔性压阻传感器的制备及应用，连接结构的埋入式安装有助于保护传感器和导线，传感器的稳定性和寿命受恶劣环境的影响更小，同时由于埋入式传感器与结构紧密接触，在长期监测过程中比表面安装更加稳定。
2、为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之一为：一种埋入式碳纳米复合材料柔性压阻传感器的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)制备碳纳米复合材料传感器油墨：将表面活性剂、包含碳纳米材料的导电填料、基体材料添加到无水乙醇中，搅拌至完全溶解，得到碳纳米复合材料传感器油墨混合溶液；然后将所得混合溶液在室温下机械搅拌后再进行超声分散，最后经磁力搅拌得到碳纳米复合材料传感器油墨；
4、(2)制备树脂绝缘膜：将环氧导流树脂和快速固化剂按比例搅拌混合得到树脂混合溶液，然后将树脂混合溶液倒入模具中，再将模具闭合后在真空条件下固化后取出，最后从模具上取下薄膜并将薄膜裁剪成适合的尺寸；
5、(3)碳纳米复合材料传感薄膜喷涂成型：在步骤(2)得到的树脂绝缘膜表面多次喷涂步骤(1)得到的碳纳米复合材料油墨，以避免cfrp对传感器电阻的影响；每次喷涂完后需烘干后再进行下一次喷涂，最终得到基于碳纳米复合材料油墨的传感薄膜；
6、(4)制作柔性压阻传感器：在步骤(3)得到的传感薄膜表面涂覆导电银胶作为柔性电极，并分别引出两根导线，最后在柔性电极表面覆盖步骤(2)得到的树脂绝缘膜进行绝缘封装，形成基于碳纳米复合材料的柔性压阻传感器；
7、(5)碳纤维复合材料层合板的制备及柔性压阻传感器的埋入：将碳纤维预浸料(包括树脂基体和碳纤维)裁剪成适合的尺寸；然后在表面涂覆有脱模剂的模具上按照设定好的铺层顺序进行预浸料的铺叠，当预浸料的铺叠层数达到设定层数的一半时埋入步骤(4)得到的柔性压阻传感器并继续铺叠预浸料至设定层数；将模具闭合并在真空条件固化，固化结束自然冷却至室温后取出模具；从模具中取出固化成型的碳纤维复合材料层合板，并根据装配需要进行切削、钻孔等后加工。
8、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(1)中表面活性剂为sdbs、导电填料包括石墨烯(graphene)和碳纳米管(cnt)、基体材料为pvp，所述碳纳米复合材料传感器油墨中表面活性剂、石墨烯、碳纳米管、基体材料的浓度分别为0.1-0.3mg/ml、0.8-1mg/ml、2-4mg/ml、30-50mg/ml。导电填料中的石墨烯与碳纳米管的协同作用使得传感器受到应变后电阻变化明显提升了传感器的灵敏度。
9、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(1)中机械搅拌转速为700-900rpm，机械搅拌时间为2-4h，超声处理功率为200-400w，超声处理时间为0.5-1.5h，磁力搅拌转速为700-900rpm，磁力搅拌时间为2-4h。通过机械搅拌、超声处理和磁力搅拌将导电填料均匀分散在基体中。
10、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(2)中环氧导流树脂为in2，快速固化剂为at30，环氧导流树脂与快速固化剂的质量比为(8-12):(2-4)；环氧导流树脂与步骤(5)中的预浸料中树脂成分相同，固化埋入后对cfrp板的力学性能和结构没有影响。
11、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(3)中喷涂是使用喷枪喷涂，喷涂次数为3-8次，每次喷涂前均需将上次喷涂油墨烘干。
12、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(4)中电极长度3mm-4mm、宽度1mm-2mm，电极布置于传感薄膜表面，所述导线为铜导线。
13、在本专利技术一优选实施方式中，所述步骤(5)中碳纤维预浸料包括树脂基体和碳纤维，树脂基体和碳纤维的质量比为(3-4)：(2-1)。
14、为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之二为一种上述方法制得的碳纳米复合材料柔性压阻传感器。
15、为了实现以上目的，本专利技术的技术方案之三为一种碳纳米复合材料柔性压阻传感器在监测cfrp螺栓连接结构损伤上的应用。
16、本专利技术还提供了一种监测cfrp螺栓连接结构损伤的方法，采用上述碳纳米复合材料柔性压阻传感器监测cfrp螺栓连接结构损伤，所述数据采集装置具体为数字源表，通过测量电极对之间的信号变化来判断螺栓连接结构的损伤发生和严重程度。
17、测试件具体为由螺栓连接的两块cfrp层合板，板长135mm，宽36mm，厚3mm，端距18mm，孔径6mm；所述监测对象是碳纤维复合材料螺栓连接结构，监测的各种损伤发生位置是在螺栓孔周围；所述的碳纳米复合材料传感器位于一块cfrp层合板螺栓接头处。
18、本专利技术还提供了一种监测cfrp螺栓连接结构损伤的方法，其特征在于采用了上述的用于监测螺栓连接结构损伤的碳纳米复合材料柔性压阻传感器：所述数据采集装置具体为数字源表；通过测量电极对之间的信号变化来判断螺栓连接结构的损伤发生和严重程度。
19、本专利技术还提供了特殊的电极排布方法，该排布方法是根据螺栓连接结构的不同失效模式的特点进行对应的电极排布设计。对于拉伸失效，电极对垂直于试件的长边排布，分列于沿螺栓孔短边轴线两侧，并关于螺栓孔中心线对称；对于剪切失效，电极对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种埋入式碳纳米复合材料柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中表面活性剂为SDBS、导电填料包括石墨烯和碳纳米管、基体材料为PVP，表面活性剂、石墨烯、碳纳米管、基体材料的浓度分别为0.1-0.3mg/ml、0.8-1mg/ml、2-4mg/ml、30-50mg/ml。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中机械搅拌转速为700-900rpm，机械搅拌时间为2-4h，超声处理功率为200-400w，超声处理时间为0.5-1.5h，磁力搅拌转速为700-900rpm，磁力搅拌时间为2-4h。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中环氧导流树脂为IN2，快速固化剂为AT30，环氧导流树脂与快速固化剂的质量比为(8-12):(2-4)。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中喷涂是使用喷枪喷涂，喷涂次数为3-8次，每次喷涂前均需将上次喷涂油墨烘干。
6.如权利要求1所述的制备方法，其
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中碳纤维预浸料包括树脂基体和碳纤维，树脂基体和碳纤维的质量比为(3-4)：(2-1)。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的碳纳米复合材料柔性压阻传感器。
9.一种如权利要求8所述的碳纳米复合材料柔性压阻传感器在监测CFRP螺栓连接结构损伤上的应用。
10.一种基于权利要求8所述的碳纳米复合材料柔性压阻传感器监测CFRP螺栓连接结构损伤的方法，其特征在于，所述数据采集装置具体为数字源表，通过测量电极对之间的信号变化来判断螺栓连接结构的损伤发生和严重程度。
...【技术特征摘要】
1.一种埋入式碳纳米复合材料柔性压阻传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中表面活性剂为sdbs、导电填料包括石墨烯和碳纳米管、基体材料为pvp，表面活性剂、石墨烯、碳纳米管、基体材料的浓度分别为0.1-0.3mg/ml、0.8-1mg/ml、2-4mg/ml、30-50mg/ml。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中机械搅拌转速为700-900rpm，机械搅拌时间为2-4h，超声处理功率为200-400w，超声处理时间为0.5-1.5h，磁力搅拌转速为700-900rpm，磁力搅拌时间为2-4h。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中环氧导流树脂为in2，快速固化剂为at30，环氧导流树脂与快速固化剂的质量比为(8-12):(2-4)。
5.如权利要求1所述的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘琦牮，孙茂之，杨媛媛，秦浩轩，颜佳佳，王凯，卿新林，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。