CN107063341B - 一种加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件及其制作方法，该方法以玻璃纤维网格布为承托，预制出碳纤维‑玻璃纤维层；预制的碳纤维‑玻璃纤维层放入模具后涂刷环氧树脂胶体；环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料养护完成后两端切割整齐；用手工锡焊的方法将导线粘结于铜片表面，用导电银胶涂覆在制作完成的环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料端部和铜片粘贴后用电极保护套保护，本发明加入玻璃纤维材料可一定程度上提高此传感元件在压敏性和温敏性的灵敏度；利用玻璃纤维网格制作成碳纤维‑玻璃纤维层，可以实现一次刷胶后即可入模，大大提高了试验室制作传感元件的工作效率，一次刷胶成型方法可实现试验室制法中传感元件连续化生产。
Description
技术领域
本发明属于分析及控制测量技术研究领域，具体涉及一种加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件及其制作方法。
背景技术
碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer/plastic，简称CFRP)是一种高分子聚合物导电复合材料。它不仅综合了无机填料的导电性和聚合物材料优良的柔韧和加工性能，还具有单组分所不具有的新的物性，充分体现了复合材料的优点。CFRP具有智能特性、结构特性和发热特性。对于智能特性方面，CFRP具有力阻和温阻两种重要的智能传感特性，即可通过电阻变化对自身或周边外力、温度响应：建立力阻效应关系方程，可用于结构的工作环境、承受载荷、结构响应和调节性能监测；结构损伤积累与演化过程及结构抗力衰减规律动态监测；评定结构的安全状态，科学地对结构进行养护、维修和全寿命分析与设计。建立温阻效应关系方程，可及时掌控大体积混凝土环境及浇筑温度、温度分布范围与方式；实时监测极冷/热地区建筑结构内外温度变化，预防温度应力产生；智能调节桥面温度变化，主动抗冰融雪，减少传统方法对桥面损伤；对于结构特性方面，由于具有轻质、高强、耐腐蚀的特点，可有效减轻结构自重、在承载构件中使用、耐久性性能优越；对于发热特性方面，它是一种很好的热敏元件材料。综上，使用CFRP制作的传感元件不仅可以实现一系列智能监测，未来还可以兼顾结构性能和发热性能，切实可行地用于工程实际。
试验探究阶段中，由于客观因素的限制，传感元件的制作多数情况下需依靠手工完成，以往的实验室传感器手工制作方法均无法实现一次性将柔性碳纤维单丝用环氧树脂粘合制作成传感元件，即无法使得此传感元件一次成型。无法实现一次成型的难点，一是由于碳纤维单丝柔性高，且必须以顺直的方式入模，将缠绕的碳纤维单丝顺直过程较为繁琐；二是由于环氧树脂胶体初凝时间较短，无法实现边顺直碳纤维单丝边入模的工作。因此，目前制作传感器的方法将此过程分为两步，即第一步先将碳纤维单丝顺直固定于光滑工作台面后，刷第一层环氧树脂；等环氧树脂固化后，将碳纤维单丝周边多余的环氧树脂修剪，再进行第二次刷胶入模。因此，两次刷胶导致制作周期增加，从而整体试验周期增长。为了更加方便、快捷、优质地制作碳纤维智能传感元件，本发明方法能够使得传感元件一次刷胶成型。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件及其制作方法，通过手工制作方法，将柔性碳纤维单丝依附于玻璃纤维网格布上，所预制成的碳纤维-玻璃纤维层平铺入模，用环氧树脂胶封装，制作成一种碳纤维智能传感元件。
本发明以玻璃纤维网格布为承托，预制出碳纤维-玻璃纤维层；所述碳纤维-玻璃纤维层宽度与玻璃纤维网格布2格网孔宽度一致，每个网孔中穿入2根碳纤维单丝顺直张拉、同方向排列，所形成的碳纤维-玻璃纤维层一端网格套入工作台面的固定端，另一端用胶带固定碳纤维-玻璃纤维网格布；所述预制的碳纤维-玻璃纤维层放入模具后涂刷环氧树脂胶体，两端张拉养护；所述环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料养护完成后两端切割整齐；所述导电电极包括导线焊接于铜片上；所述已焊接完成的铜片另一面与环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料截面用导电银胶粘结，静置室温养护；所述导电电极保护装置为电极保护套，用于保护已制作完成的导电电极端部。
本发明的技术方案是：一种加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1、将玻璃纤维网格布按照模具的尺寸修剪成长条状，一端套入铁钉处，将柔性碳纤维单丝穿入玻璃纤维网格布的网格，每格穿入两根，并排紧凑放置，另一端用胶带纸固定于光滑平面上，如此反复制作多层碳纤维-玻璃纤维层；
步骤S2、准备好模具，并在模具内侧涂抹脱模剂，将预制完成的碳纤维-玻璃纤维层刷上环氧树脂胶体，平放入模具中，并且放置过程中尽量排尽气泡，将模具盖板插入顶部卡槽中；
步骤S3、全部放完后，盖模具上盖并室温养护一定时间后脱模，修整端部；
步骤S4、用手工锡焊的方法将导线粘结于铜片表面，用导电银胶涂覆在制作完成的环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料端部和铜片粘贴，养护一定时间；
步骤S5、养护完成后，用电极保护套保护，此碳纤维智能传感元件制作完成。
上述方案中，所述步骤S3中养护72小时后脱模。
上述方案中，所述步骤S4中养护72小时。
一种利用所述方法制作的加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件，包括环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料；
所述环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料包括多根碳纤维单丝、多层玻璃纤维网格布和环氧树脂；将碳纤维单丝穿入玻璃纤维网格布中形成碳纤维-玻璃纤维层，在碳纤维-玻璃纤维层上刷环氧树脂胶体；
所述环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料的两端均设有导电电极和电极保护装置；所述导电电极包括导电银胶、铜片、焊点和导线；
所述导电银胶涂覆在环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料端部和铜片粘贴，所述导线的一端通过手工锡焊粘结于铜片表面的焊点处；所述电极保护装置分别套在导电电极的两端，且导线的另一端穿过电极保护装置。
上述方案中，所述环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料包括80根碳纤维单丝和10层玻璃纤维网格布。
上述方案中，每格玻璃纤维网格布穿入两根碳纤维单丝顺直张拉、同方向排列，并排紧凑放置。
上述方案中，所述电极保护装置为电极保护套。
上述方案中，所述碳纤维单丝为PAN基碳纤维单丝。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明玻璃纤维材料自身强度很高，且在温度方面有着较高的敏感性，将此材料加入原有环氧树脂/碳纤维复合材料传感元件中可一定程度上提高此传感元件在压敏性和温敏性的灵敏度；另一方面，利用玻璃纤维网格制作成碳纤维-玻璃纤维层，可以实现一次刷胶后即可入模，大大提高了试验室制作传感元件的工作效率，本发明中采用的一次刷胶成型方法可实现试验室制法中传感元件连续化生产，有效提高了约50％左右的效率。
附图说明
图1为本发明一实施方式的中预制碳纤维-玻璃纤维层示意图。
图2为本发明一实施方式的中制做环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料示意图。
图3为本发明一实施方式的中脱模、整形后的环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料。
图4为本发明一实施方式的中制作端部电极示意图。
图中，1.碳纤维单丝；2.玻璃纤维网格；3.铁钉；4.胶带；5.碳纤维-玻璃纤维层；6.模具；7.模具盖板；8.卡槽；9.环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料；10.导电银胶；11.铜片；12.焊点；13.导线；14.电极保护套。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1、将玻璃纤维网格布2按照模具6的尺寸修剪成长条状，一端套入铁钉3处，将柔性碳纤维单丝1穿入玻璃纤维网格布2的网格，每格穿入两根，并排紧凑放置，另一端用胶带纸4固定于光滑平面上，如此反复制作多层碳纤维-玻璃纤维层5，如图1所示；
步骤S2、准备好模具6，并在模具6内侧涂抹脱模剂，将预制完成的碳纤维-玻璃纤维层5刷上环氧树脂胶体，平放入模具6中，并且放置过程中尽量排尽气泡，将模具盖板7插入顶部卡槽8中，如图2所示；
步骤S3、全部放完后，盖模具上盖并室温养护72小时后脱模，修整端部，如图3所示；
步骤S4、用手工锡焊的方法将导线13粘结于铜片11表面，用导电银胶10涂覆在制作完成的环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料9端部和铜片11粘贴，养护72小时；
步骤S5、养护完成后，用电极保护套14保护，此碳纤维智能传感元件制作完成。
图4所示为一种利用所述方法制作的加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件的一种实施方式，所述加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件包括环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料9；
所述环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料9包括多根碳纤维单丝1、多层玻璃纤维网格布2和环氧树脂；将碳纤维单丝1穿入玻璃纤维网格布2中形成碳纤维-玻璃纤维层5，在碳纤维-玻璃纤维层5上刷环氧树脂胶体；
所述环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料9的两端均设有导电电极和电极保护装置；所述导电电极包括导电银胶10、铜片11、焊点12和导线13；
所述导电银胶10涂覆在环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料9端部和铜片11粘贴，所述导线13的一端通过手工锡焊粘结于铜片11表面的焊点12处；所述电极保护装置分别套在导电电极的两端，且导线13的另一端穿过电极保护装置。
所述环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料9包括80根碳纤维单丝1和10层玻璃纤维网格布2；每格玻璃纤维网格布2穿入两根碳纤维单丝1上述方案中，并排紧凑放置。
所述电极保护装置为电极保护套14。
所述碳纤维单丝1为PAN基碳纤维单丝。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将玻璃纤维网格布(2)按照模具(6)的尺寸修剪成长条状，一端套入铁钉(3)处，将碳纤维单丝(1)穿入玻璃纤维网格布(2)的网格，每格玻璃纤维网格布(2)穿入两根碳纤维单丝(1)顺直张拉、同方向排列，并排紧凑放置，另一端用胶带纸(4)固定于光滑平面上，如此反复制作多层碳纤维-玻璃纤维层(5)；
步骤S2、准备好模具(6)，并在模具(6)内侧涂抹脱模剂，将预制完成的碳纤维-玻璃纤维层(5)刷上环氧树脂胶体，平放入模具(6)中，并且放置过程中尽量排尽气泡，将模具盖板(7)插入顶部卡槽(8)中；
步骤S3、全部放完后，盖模具上盖并室温养护一定时间后脱模，修整端部；
步骤S4、用手工锡焊的方法将导线(13)粘结于铜片(11)表面，用导电银胶(10)涂覆在制作完成的环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料(9)端部和铜片(11)粘贴，养护一定时间；
步骤S5、养护完成后，用电极保护套(14)保护，此碳纤维智能传感元件制作完成。
2.根据权利要求1所述的加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件的制作方法，其特征在于，所述步骤S3中养护72小时后脱模。
3.根据权利要求1所述的加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件的制作方法，其特征在于，所述步骤S4中养护72小时。
4.一种利用权利要求1所述方法制作的加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件，其特征在于，包括环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料(9)；
所述环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料(9)包括多根碳纤维单丝(1)、多层玻璃纤维网格布(2)和环氧树脂；将碳纤维单丝(1)穿入玻璃纤维网格布(2)中形成碳纤维-玻璃纤维层(5)，在碳纤维-玻璃纤维层(5)上刷环氧树脂胶体；
所述环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料(9)的两端均设有导电电极和电极保护装置；所述导电电极包括导电银胶(10)、铜片(11)、焊点(12)和导线(13)；
所述导电银胶(10)涂覆在环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料(9)端部和铜片(11)粘贴，所述导线(13)的一端通过手工锡焊粘结于铜片(11)表面的焊点(12)处；所述电极保护装置分别套在导电电极的两端，且导线(13)的另一端穿过电极保护装置。
5.根据权利要求4所述的加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件，其特征在于，所述环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维复合材料(9)包括80根碳纤维单丝(1)和10层玻璃纤维网格布(2)。
6.根据权利要求5所述的加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件，其特征在于，每格玻璃纤维网格布(2)穿入两根碳纤维单丝(1)顺直张拉、同方向排列，并排紧凑放置。
7.根据权利要求4所述的加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件，其特征在于，所述电极保护装置为电极保护套(14)。
8.根据权利要求4所述的加入玻璃纤维的碳纤维智能传感元件，其特征在于，所述碳纤维单丝(1)为PAN基碳纤维单丝。
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- 2017-03-17 CN CN201710159696.6A patent/CN107063341B/zh active Active
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