[发明专利]一种用于应变传感器的复合机敏材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及道路检测装置技术领域，尤其涉及一种用于应变传感器的复合机敏材料及其制备方法和应用。所述复合机敏材料包括：按重量份计，双类型树脂80‑120份，非金属碳类材料0.5‑8份、活性稀释剂5‑15份、固化剂30‑70份、固化促进剂0‑4份、增韧剂5‑10份和分散剂5‑25份；所述双类型树脂由双酚A型环氧树脂和酚醛环氧树脂组成；所述多尺度非金属碳类材料由碳纳米管和碳黑组成。本发明提出的复合机敏材料具有精度高、使用寿命长、成活率高、耐高温(可达180℃)以及成本低等诸多优势，适合用于路面结构层的应变变化的检测。

技术领域

本发明涉及道路检测装置技术领域，尤其涉及一种用于应变传感器的复合机敏材料及其制备方法和应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

沥青混凝土路面结构层的施工及工作环境往往较为恶劣，常用的高精度、高灵敏度的传感器往往不适合道路沥青路面施工、运行过程的恶劣环境，导致成活率极低、与路面结构的兼容性差、小范围检测精度不够、工作寿命低于结构与材料服役时间等问题。但是，目前市面上较成熟的进口电阻式应变计检测系统虽然可以有效检测路面应变变化，但其价格较为昂贵，约5000-6000元/个，难以在科研、工程和未来智慧道路建设中大规模推广应用。

近年来，高分子化合物复合机敏材料的发展为解决应变传感器变形协调性差、长期工作性能不足的问题提供了一个新的思路。复合机敏材料是一种对自身所受力、变形、温度、湿度等外界因素作用具有自我感知能力的新型功能材料。复合机敏材料通常呈现出半导体或导体的电学特性，其材料本身的电阻率往往介于良导体和绝缘体之间，具有一定的导电性。当复合机敏材料受到外界因素作用时，其导电特性会发生改变，在宏观上表现出复合机敏材料输出电信号(如电阻)的变化，从而将外界因素与复合机敏材料输出的电信号建立一定相关性，进而获取被测量结构与材料的变形、受力等相关力学信息。例如，专利文献201810297973.4公开了一种监测沥青路面车辙压应变的应变传感器及其使用方法，该应变传感器包括柱体形条、分别安装在柱体形条两端的用于均匀导电的电极，所述柱体形条由PET复合机敏材料制成；电极外部需连接外接线路供测量使用，在电极外侧设置有封装层。该传感器具有灵敏度高、可靠性高以及耐久性好等特点，可以随时进行监测与信号收集，劳动强度低。但该专利所述传感器对微小应变的监测性能有待进一步改善。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种用于应变传感器的复合机敏材料及其制备方法和应用。经试验验证，本发明提出的复合机敏材料具有精度高、使用寿命长、成活率高、耐高温以及成本第等诸多优势，适合用于路面结构层的应变变化的检测。

本发明第一目的：提供一种用于应变传感器的复合机敏材料。

本发明第二目的：提供一种用于应变传感器的复合机敏材料的制备方法。

本发明第三目的：提供一种路面应变检测传感器。

本发明第四目的：提供所述用于应变传感器的复合机敏材料的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开一种用于应变传感器的复合机敏材料，其以双类型树脂为基体，多尺度非金属碳类材料为导电体，复配活性稀释剂、固化剂、固化促进剂、增韧剂和分散剂；其中，所述双类型树脂由双酚A型环氧树脂和酚醛环氧树脂组成；所述多尺度非金属碳类材料由碳纳米管和碳黑组成；按重量份计，所述基体为80-120份，非金属碳类材料为0.5-8份、活性稀释剂为5-15份、固化剂为30-70份、固化促进剂为0-4份、增韧剂为5-10份和分散剂为5-25份。

作为进一步的技术方案，所述双酚A型环氧树脂和酚醛环氧树脂的质量百分比为30:70-50:50。