[发明专利]一种基于功能化微纳米纤维微纳结构化排布的智能垫片制造方法

说明书

一种基于功能化微纳米纤维微纳结构化排布的智能垫片制造方法，将微纳米尺度的纤维置于基体溶液中，使纤维均匀分散，得到含有功能化微纳米纤维的前驱体溶液；将前驱体溶液置于垫片模具中；使模具中溶液自然流平；利用信号发生器及结构叉指电极对模具中溶液施加结构化交流电场，使溶液中纤维在电场力的作用下定向/定域排布；在溶液未固化之前，在模具的两端引入导线；将容器中溶液固化成型，将排列好的纤维及导线全部固定在垫片内部；对固化后的材料进行脱模，得到智能垫片；将智能垫片应用于螺栓连接中，当螺栓预紧状态发生变化时，智能垫片的输出电信号发生改变，从而推断出螺栓预紧力的变化。本发明具有制备工艺简单、高效率、监测准确等优点。

技术领域

本发明涉及微纳制造技术领域，特别涉及一种基于功能化微纳米纤维微纳结构化排布的智能垫片制造方法。

背景技术

近年来大型土木工程项目越来越多,超高层建筑、大型跨海桥梁、新型大跨度体育场馆、展览会馆,海洋平台等结构中广泛应用了钢结构。螺栓连接是钢结构连接形式中使用频率最高的形式,同时面临着各种极端环境的影响,一旦使用的时间达到一定程度,很容易发生螺栓松动、螺栓开裂等情况。如果关键部位的螺栓松动没能及时发现,进行维护和更新,轻则导致部分结构的失效,重则导致灾难性后果。所以对钢结构关键节点的螺栓进行实时监测是非常必要的措施,它能够有效的避免结构的破坏,以及不必要的经济损失和灾害危险。对重大的工程结构进行实时的健康监测成为越来越热门的研究项目，通过对工程结构的健康状况进行监测能及时有效的发现工程结构的故障，并且进行有针对的维护，延长工程结构的使用寿命，将利效益最大化。随着健康监测技术应用到螺栓监测中来，对螺栓的监测方法可以分成主动监测和被动监测两种，被动监测主要捕捉结构发生损伤时产生的声信号，或者利用环境因素激励下结构损伤导致的监测信号的变化来进行监测。这种方法由于激励来源未知，所以使用受到限制，而主动监测方法采用自主发射激励的方式，应用范围更加广泛。

发明内容

为了克服现有监测技术的缺点，本发明提供了一种基于功能化微纳米纤维微纳结构化排布的智能垫片制造方法，可以用于实时判断螺栓预紧状态的变化，利用电信号主动监测结构损伤，具有制备工艺简单、高效率、监测准确等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于功能化微纳米纤维微纳结构化排布的智能垫片制造方法，包括以下步骤；

(1)将微纳米尺度的纤维置于基体溶液中，利用磁力搅拌及超声波振荡,使纤维均匀分散，得到含有功能化微纳米纤维的前驱体溶液；

(2)将前驱体溶液置于垫片模具中；

(3)使模具中溶液自然流平；

(4)利用信号发生器及结构叉指电极对模具中溶液施加结构化交流电场，使溶液中纤维在电场力的作用下定向/定域排布；

(5)在溶液未固化之前，在模具的两端引入导线；

(6)将容器中溶液固化成型，将排列好的纤维及导线全部固定在垫片内部；

(7)对固化后的材料进行脱模，得到含有整齐排列纤维的智能垫片；

(8)将智能垫片应用于螺栓连接中，当螺栓预紧状态发生变化时，智能垫片的输出电信号发生改变，从而推断出螺栓预紧力的变化。

所述步骤(1)中的纤维直径为100nm—10μm的碳纳米管、碳纤维、碳化硅纤维、金属纤维等添加炭黑、石墨、金属粉或金属化合物等导电介质制得的高导电纤维。

所述步骤(1)中的基体溶液为可光固化的树脂类材料或可热固化的有机聚合物材料。

所述步骤(1)中的超声波振荡频率为20KHz-40KHz。