[发明专利]一种用于高速铁路无砟轨道板健康状况实时监测的传感器材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于高速铁路无砟轨道板健康状况实时监测的传感器材料及其制备方法，所述传感器材料主要是由聚二甲基硅氧烷橡胶、固化剂、碳补强材料和有机溶剂制成，所述聚二甲基硅氧烷橡胶与固化剂的质量比为(5～15):1，碳补强材料掺量与聚二甲基硅氧烷橡胶质量比为(2～20):100。该传感器材料制备工艺简单、原料易得，对拉伸形变均有十分迅速的响应速度，且性能稳定，是良好的传感器材料。

技术领域

本发明涉及一种用于高速铁路无砟轨道板健康状况实时监测的传感器材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域以及传感器材料领域。

背景技术

截至2019年底，中国高铁运营里程突破3.5万公里，约占全球高铁网的七成，运营范围广泛，建设环境复杂，途经高寒、高盐、高湿地区等严酷环境。随着列车运行速度的不断提高，列车荷载产生的动力效应越来越明显，极易影响轨道板结构，其安全性能会大幅度下降并且出现很多安全隐患，从而影响到轨道板结构运行的稳定性，如若不能对其健康状况进行实时监测，会对人员和财产造成巨大的损失。

在早期及时发现隐蔽损伤，在有效时间内及时获得后期维修和加固的信息，可有效避免高速铁路事故的发生。随着科学研究不断深入，高铁健康监测技术在不断进步，一些新的监测技术、监测数据分析与处理方法等不断出现，但都存在着技术成本高、检测精准度不高、难以实时得到数据等很多缺点。达到这一目的的最大瓶颈在于如何高灵敏获得轨道板结构物的实时健康信息。采用高灵敏度柔性可拉伸复合形变传感器实现轨道板的实时监测是突破这一瓶颈的重要途径。具有耐久性、拉伸性能好、电阻率变化范围大等优点的导电高分子材料，在经过改性后，可作为柔性传感器材料应用到高速铁路无砟轨道板检测中去。

导电硅橡胶复合材料作为一种新型的传感材料，近年来已成为功能导电高分子材料的重要成员，其弹性和导电性良好，检测灵敏度高，且抗电磁干扰，倍受学者青睐。导电硅橡胶复合材料是将导电填料(碳纤维、炭黑、石墨粉、金属微粒等)填充在不导电的硅橡胶基体中所获得的柔性复合材料。目前，国内外关于硅橡胶复合材料性能的研究报道多集中于压敏材料，而对拉伸敏感特性及其应用的研究还较少，在交通工程领域利用硅橡胶复合材料采集拉敏信息并进行健康状况监测的报道更加鲜见。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于高速铁路无砟轨道板健康状况实时监测的传感器材料及其制备方法。本发明提供的用于高速铁路无砟轨道板健康状况实时监测传感器材料对拉伸形变具有优良的响应特性，对拉伸形变有十分迅速的响应速度，且性能稳定，是良好的传感器材料。

技术方案：为了实现上述目的，本发明公开了一种用于高速铁路无砟轨道板健康状况实时监测的传感器材料，工艺简单，并且材料具有良好的柔韧性和电阻变形特性。

一种用于高速铁路无砟轨道板健康状况实时监测的传感器材料，其主要是由聚二甲基硅氧烷橡胶、固化剂、碳补强材料和有机溶剂制成，所述聚二甲基硅氧烷橡胶与固化剂的质量比为(5～15):1，碳补强材料掺量与聚二甲基硅氧烷橡胶质量比为(2～20):100。

可根据改变碳补强材料与聚二甲基硅氧烷橡胶的质量比，从而调控拉伸传感器材料的拉伸敏感率，提高材料的拉伸相应速度。

作为优选方案：

所述碳补强材料选自炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种采用任意比例进行混合。

所述碳补强材料选自炭黑和碳纤维，其质量分别为聚二甲基硅氧烷橡胶质量的6％。

所述聚二甲基硅氧烷橡胶和固化剂选自包括聚二甲基硅氧烷橡胶和固化剂双组份的硅橡胶PDMS，型号184。

本发明还提供该用于高速铁路无砟轨道板健康状况实时监测的传感器材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚二甲基硅氧烷橡胶与固化剂合并溶于有机溶剂中，混合均匀形成均质体；