[发明专利]一种测量电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种测量电极的制备方法。针对纤维增强复合材料作为敏感材料的新型分布式压力传感器，在材料内部碳纤维上集成用于导线连接的电极：首先，在纤维增强织物的制造阶段中，在芯轴或支架上固定预先制备的电极底座，并控制所需测量的碳纤维落在底座上，织物制造完成后，将电极顶盖安装在底座上，使碳纤维固定；其次，在树脂注塑阶段中，电极顶盖表面可以与模具内表面完全重合，在树脂固化后，用砂纸去除电极表面残余树脂即可进行导线连接。本发明能够有效解决在复合材料内部制备电极的困难，操作简便，可以与现有复合材料制造过程结合，能够在基本不改变复合材料整体强度的情况下，提供长期有效的测量电极连接。

技术领域

本发明涉及电极制备方法，尤其是涉及一种纤维增强复合材料上测量电极的制备方法。

背景技术

在过去几十年的发展中，纤维增强复合材料技术愈发成熟，采用纤维增强复合材料代替传统金属从而实现轻量化的方法在国民经济的各个部门，如汽车船舶、航空航天、风力发电等领域也得到越来越多的应用。然而，纤维增强复合材料在取得广泛应用的同时，也面临着诸多挑战，其中安全性是首要问题。纤维增强复合材料逐渐取代了金属，在许多重要环节作为结构件使用，这些部件或是本身不断受到冲击，或是发生损坏时将会造成重大的安全事故。

而与金属材料相比，复合材料既在内部受到了更大的损坏，又在外部表现出更少的变形，这使得复合材料结构件在使用过程中，对其内部损伤情况的监测变得十分重要。对复合材料内部损伤情况最为直观和准确的检测方法是将其剖开进行显微拍摄，但这显然只能作为事后分析的手段，而为了能在不破坏结构的前提下确定复合材料内的损伤情况，相关领域的研究者们已经实现了多种非破坏式检测方法。

研究者们发现：复合材料中的碳纤维在聚合物基体中表现出了电阻值随着材料内部损伤的产生而改变的特性，这种“结构功能一体化”的特点使得碳纤维电阻测量法能够在不额外增加传感器的情况下实现复合材料损伤的监测。

而碳纤维在复合材料中处于聚合物基体的保护中，所以如何对其进行电阻测量带来的“接线难”的问题。在实验中，为了方便，引线与碳纤维间往往只是通过导电银胶连接，外部再用绝缘胶带保护。这种连接虽然简便，但显然不适合需要长期稳定工作、环境更为复杂的实际应用场合。为此，电镀技术被应用到也碳纤维接线中，即先通过物理与化学方法去除表面聚合物，将碳纤维暴露，再通过电镀在其表面形成金属层，最后引线用焊接的方法固定在表面。这种方法制备的引线更为牢固，但工艺也变得更为复杂。这种内部纤维的引线连接往往都是在复合纤维成型后再进行改造，因此，存在接线难的缺陷。

发明内容

针对现有纤维增强复合材料内部碳纤维电极连接中“接线难”的缺陷，本申请从增强织物阶段入手，在此时完成引线接入，不但可以得到稳定的引线连接，而且能够减少额外的工艺流程。本申请提供一种简便可靠的电极制备方法。采用这种方法在碳纤维上制备金属电极与纤维增强复合材料现有制造过程兼容，并且可以降低电极对复合材料整体机械性能的负面影响，形成稳定可靠的电极连接。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种测量电极的制备方法，针对纤维增强复合材料作为敏感材料的新型分布式压力传感元件：在纤维增强织物的织造过程中，在芯轴或支架等维持织物形状的支撑结构表面，将电极底座固定在所需位置；在织造开始后，控制需要连接电极的碳纤维落在电极底座上的切口中；织造结束后，将电极顶盖安装在底座上，确保碳纤维被固定在电极中。在树脂注塑阶段，将表面制备好纤维增强织物的芯轴或支架放入注塑模具中，确保电极高度能够使其顶盖表面与模具内表面完全重合；注塑结束后，等树脂固化后将复合材料从模具中取出并与芯轴或支架分离，然后用砂纸将电极表面残余的树脂去掉，用焊接的方法将测量导线与电极连接。

进一步的，作为优选：

电极可以通过如下方法设计制造：电极材料选用金属铜或铝，并设计成底座与顶盖两个部分。