[發明專利]一種敏感性相似材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010255720.4
• 申請日: 2010-08-13
• 公開（公告）號: CN101914292A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 周國慶;廖波;梁恒昌;趙光思;劉卓典;陳國舟
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C08L91/06
• 分類號: C08L91/06;C08L21/00;C08K13/04;C08K7/06;C08K3/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐惠芬

技術領域

本發明涉及一種相似材料及其制備方法，尤其是一種適用于模擬巖土彈脆性及彈塑性材料的敏感性相似材料及其制備方法。

背景技術

相似模擬試驗是按一定的幾何、物理關系，用模型代替原型進行測試研究，并將研究結果用于原型的試驗方法。它是一種重要的科學研究手段，是在實驗室內按相似原理制作與原型相似的模型，借助測試儀表觀測模型內力參數及其分布規律，利用在模型上研究的結果，借以推斷原型中可能發生的力學現象以及巖體壓力分布的規律，從而解決巖體工程生產中的實際問題。這種研究方法具有直觀、簡便、經濟、快速以及試驗周期短等優點。而且能夠根據需要，通過固定某些參數，改變另一些參數來研究實際工程中的應力隨時間的變化規律，這些都是在現場條件下難以實現的。

相似材料是相似試驗成功與否的關鍵，而在進行相似模型試驗時，對模型變形信息的測試又是根本任務，試驗的數據是進行科學研究的根本依據。

目前，用于相似試驗的相似材料有很多種，按其膠結材料不同，分為石蠟、石膏、松香、水泥等相似材料。而這些相似材料基本都是抗壓強度較大，且在測試中都需要安裝專門的測試儀表來測試相關變形的。至今，還未有將相似材料制作成敏感性相似材料的，所以在模型試驗時，都需專門設有測試儀器進行相關的測試，而往往又由于測試儀器的原因不能得到一些關鍵數據，如模型內部變形等。為此開發一種具有敏感性的智能相似材料是必要的。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種原材料來源廣、制備方法簡單、價格低廉的敏感性相似材料及其制備方法。

技術方案：本發明的敏感性試驗材料，采用凡士林、石蠟、導電炭黑、短切碳纖維及粉末橡膠為原料，經混合均勻制備而成，其質量配比如下：

凡士林??????????100份；

導電炭黑????????1～10份；

石蠟????????????80～200份；

短切碳纖維????????0～50份；

粉末橡膠??????????0～100份。

本發明的敏感性相似材料的制備方法步驟如下：

(1)按質量配比稱取凡士林、石蠟、導電炭黑、短切碳纖維、粉末橡膠；

(2)先將凡士林和石蠟放入金屬容器內，再放入烘箱中加溫融化；

(3)待凡士林和石蠟全部融化為液體后，取出金屬容器，將其放入超聲波分散器的水浴槽中；

(4)打開超聲波使金屬容器內的溶液震蕩，對溶液進行手工攪拌，邊攪拌邊加入導電炭黑后，超聲波震蕩20～60min；

(5)將金屬容器取出，放在加熱爐上加溫，用攪拌機進行攪拌，然后依次緩慢加入短切碳纖維和粉末橡膠，繼續攪拌至均勻；

(6)將攪拌均勻的混合料注入模具，常溫下冷卻約24h固化，即得到敏感性試驗材料。

所述放入烘箱中加溫融化的溫度為80～140℃；所述的水浴槽水溫約為90℃；所述放在加熱爐上加溫的溫度為100～140℃。

有益效果：本敏感性相似材料有如下特點：

(1)該相似材料具有敏感性，可以直接通過宏觀的電阻測試獲得模型試驗的變形信息，無需額外的測試儀器，大大方便了試驗中的測試工作；

(2)其強度較低，較小加壓荷載下便可完成試驗，加壓設備簡單；

(3)力學范圍可調，可以分別模擬彈脆性材料和彈塑性材料，有較大的理論研究價值；

(4)其原材料來源廣，非常易于加工、不需養護，且可以實現重復利用，大大減少了試驗成本。

材料中采用的凡士林在常溫下為較粘的半固體，石蠟在常溫下為固體，兩者通過加溫(溫度高于約70度)便都變為液態，此時便可在其中加入其它原料混合成新的材料，再去除高溫條件，室溫下冷卻成型。

附圖說明：

圖1為本發明敏感性相似材料實例一的應力-應變及電阻-應變曲線；

圖2為本發明敏感性相似材料實例二的應力-應變及電阻-應變曲線；

圖3為本發明敏感性相似材料實例三的應力-應變及電阻-應變曲線；

圖4為本發明敏感性相似材料實例四的應力-應變及電阻-應變曲線。

具體實施方式

實施例一、按質量配比稱量：

凡士林??????100份；

石蠟????????200份；

短切碳纖維??40份；

導電炭黑????5份；

粉末橡膠????100份；

短切碳纖維采用0.2mm長的短切碳纖維。