一種傳感型土工格柵結構的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型設及±木工程領域,特別設及一種傳感型±工格柵結構。
【背景技術】
[0002] ±工格柵產生W來,已經在道路、水利、建筑等工程中得到了廣泛的利用,并取得 了巨大的社會經濟效益。±工格柵作為一種常用的±工加筋材料,是用聚丙締、聚氯乙締等 高分子聚合物經熱塑或模壓而成的二維網格狀或具有一定高度的=維立體網格屏柵,多用 于加筋±路基工程、地基處理和填方護坡工程。隨著社會對道路、建筑等工程質量要求的不 斷提高,工程對±工格柵性能及功能的要求也越來越高。然而目前,±工格柵產品通常只具 有單一的加筋效果,并且由于其自身的材料強度和設計的問題,導致±工格柵在實際工程 中的抗拉伸強度較低、摩阻力較差,實際起到的加筋效果有限;同時,現有的±工格柵加固 方法無法方便的對自身及其加固體的變形信息進行檢測,如若進行檢測則需要其他設備與 技術的支持,增加監測的難度及成本。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足,提供一種傳感型±工格柵結 構。
[0004] 為了達成上述目的,本實用新型采用如下技術方案:
[0005] -種傳感型±工格柵材料,包括聚合物基體,所述聚合物基體中添加碳納米管和 超導炭黑作為導電填料。
[0006] 本實用新型提出了一種添加碳納米管、超導炭黑的傳感型±工格柵材料。作為導 電高分子材料的填料,碳納米管是一種碳的新型結構物質,具有異常優良的力學、電學和化 學性能,并隨著碳納米管研究的深入,其應用前景不斷地展現出來;超導炭黑具有低電阻或 高電阻性能,能賦予制品導電作用,其特點為粒徑小,比表面積大且粗糖等。添加了碳納米 管和超導炭黑的±工格柵,可W利用導電高分子復合材料的拉敏效應,通過檢測格柵自身 的電阻變化即可方便的獲取格柵及加固體的變形信息,無需外部傳感器及其他設備的植 入,從而避免了對加固體的擾動和傳感器本身耐久性不足現象的發生,適用于全壽命周期 內±工結構的變形監測及安全預警。
[0007] 所述聚合物基體為高密度聚乙締基體,所述碳納米管占原料總質量的3%-7%,所 述超導炭黑占原料總質量的6%-14%。
[000引選用高密度聚乙締為聚合物基體,能夠得到高強度高導電性的復合材料。碳納米 管和超導炭黑作為填料滲加到高密度聚乙締基體中對基體性能的影響不同,碳納米管作為 填料時能同時提高聚合物的力學和導電性能,但經濟成本高,而添加超導炭黑在獲得復合 體的導電性能時卻降低了力學性能。碳納米管與超導炭黑在運種比例下,經濟成本較低,而 且可W獲得復合體良好的導電性和力學性能。
[0009]所述碳納米管與所述超導炭黑的質量比為1: 2。
[0010] 碳納米管和超導炭黑采用上述配比,可W獲得高強度高摩阻的±工格柵材料。
[0011] 所述導電填料中添加納米活性碳酸巧,所述納米活性碳酸巧占原料總質量的 10%-30%。
[0012] 單獨向基體聚合物中添加碳納米管或超導炭黑時,通常需要添加較多的碳納米管 或超導炭黑才能獲得理想的導電性,導致添加較多的碳納米管時復合材料的制造成本很 高,經濟可行性較低;添加較大含量的炭黑時復合材料的綜合強度較低,力學性能較差。因 此,本實用新型同時使用了碳納米管和超導炭黑作為導電填料,W碳納米管導電為主,超導 炭黑為輔,同時向基體中添加適量的無機粒子納米碳酸巧。納米碳酸巧在復合材料中首先 通過體積排除效應,促進碳納米管之間更加容易的相互搭接,從而提高了復合材料的導電 性能,同時還能通過無機固體顆粒與基體界面脫粘從而引發顆粒周圍基體發生劇烈塑性形 變耗散能量來達到增強增初目的。
[0013] 所述納米活性碳酸巧中添加鐵酸醋偶聯劑,所述鐵酸醋偶聯劑為所述納米活性碳 酸巧質量的2 %-5 %。
[0014] 為了使納米碳酸巧在基體中均勻分散,避免發生團聚現象影響復合體的性能,本 實用新型選用硬脂酸處理的納米活性碳酸巧,同時為了提高納米碳酸巧與聚合物基體之間 的分散性和粘結力使用鐵酸醋偶聯劑對納米碳酸巧進行表面改性,改善其與基體的相容 性。
[0015] -種傳感型±工格柵結構,包括由添加了導電填料的聚合物構成的主肋和輔肋, 所述主肋和輔肋在結點處連接,所述主肋的直徑大于所述輔肋的直徑;根據所述聚合物電 阻與變形之間的關系,通過測量所述聚合物的電阻值,獲取±工格柵結構的變形值。
[0016] 本實用新型利用了導電高分子復合材料的拉敏效應,通過檢測格柵自身的電阻變 化即可方便的獲取格柵及加固體的變形信息,無需外部傳感器及其他設備的植入,從而避 免了對加固體的擾動和傳感器本身耐久性不足現象的發生,適用于全壽命周期內±工結構 的變形監測及安全預警。
[0017] 所述主肋沿縱向平行布置,所述主肋上設有連續的凸起,所述凸起沿所述主肋的 表面折線型布置。
[0018] 所述結點上設有凸起,所述凸起沿所述結點的對角線線型布置。
[0019] 所述凸起沿所述主肋的表面呈波浪型布置。
[0020] 設置凸起可W增大格柵與加固體之間的接觸面積,W增大摩擦力,防止格柵在外 力施加的作用下由于摩擦不足而與加固體發生相對滑動的現象。
[0021] 所述凸起的高度為2-4mm。
[0022] 所述輔肋沿斜向與所述主肋交叉連接。
[0023] 所述輔肋與所述輔肋垂直連接。
[0024] 本實用新型的有益效果是:
[0025] 本實用新型提出了一種添加碳納米管、超導炭黑、納米碳酸巧的高強度、高摩阻的 傳感型±工格柵的制作方法,該類型±工格柵既克服了傳統±工格柵自身強度不夠的問 題,又利用了導電高分子復合材料的拉敏效應,通過檢測格柵自身的電阻變化即可方便的 獲取格柵及加固體的變形信息,無需外部傳感器及其他設備的植入,從而避免了對加固體 的擾動和傳感器本身耐久性不足現象的發生,適用于全壽命周期內±工結構的變形監測及 安全預警。針對現有±工格柵與加固體的摩阻力不足,格柵在加固體中滑動現象的發生,本 實用新型重新對格柵的外形特征進行了改進,增大了格柵與加固體之間的接觸摩擦。本實 用新型使用了大量價格低廉的無機非金屬材料,提高格柵性能的同時降低了生產成本,經 濟可行性高,有著極其廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0026] 圖1是聚合物滲濾現象示意圖;
[0027] 圖2是格柵網型圖;
[0028] 圖3是主肋與結點示意圖;
[0029] 圖4是歸一化電阻率隨應變的變化關系擬合曲線;
[0030] 圖中:1、主肋;2、輔肋;3、結點;4、主肋凸起;5、結點凸起。
【具體實施方式】
[0031 ]下面將結合附圖對本實用新型進行詳細說明。
[0032] 原理;
[0033] (1)填充復合型導電高分子材料是應用最廣泛的導電復合材料,它是在基體聚合 物中加入碳納米管、超導炭黑、碳纖維、石墨等導電填料復合而成。作為導電高分子材料的 填料,碳納米管是一種碳的新型結構物質,具有異常優良的力學、電學和化學性能,并隨著 碳納米管研究的深入,其應用前景不斷地展現出來;超導炭黑具有低電阻或高電阻性能,能 賦予制品導電作用,其特點為粒徑小,比表面積大且粗糖等。然而,單獨向基體聚合物中添 加碳納米管或超導炭黑時,通常需要添加較多的碳納米管或超導炭黑才能獲得理想的導電 性,導致添加較多的碳納米管時復合材料的制造成本很高,經濟可行性較低;添加較大含量 的炭黑時復合材料的綜合強度較低,力學性能較差。因此,本實用新型同時使用了碳納米管 和超導炭黑作為導電填料,W碳納米管導電為主,超導炭黑為輔,同時向基體中添加適量的 無機粒子納米碳酸巧。納米碳酸巧在復合材料中首先通過體積排除效應,促進碳納米管之 間更加容易的相互搭接,從而提高了復合材料的導電性能,同時還能通過無機固體顆粒與 基體界面脫粘從而引發顆粒周圍基體發生劇烈塑性形變耗散能量來達到增強增初目的。
[0034] (2)導電高分子復合材料具有典型的滲濾現象,表現為導電高分子復合材料隨著 填料含量的增加而電阻率急劇下降的過程,如圖