[發(fā)明專利]一種基于功能化微納米纖維微納結(jié)構(gòu)化排布的智能墊片制造方法

有效

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• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112408313B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣維濤;張雅君;劉紅忠;韓捷
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B81B7/04
• 分類號: B81B7/04;B81C1/00;B29C33/34;B29C51/18;B29C51/30;B29C51/44;B29C51/46
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 王晶

一種基于功能化微納米纖維微納結(jié)構(gòu)化排布的智能墊片制造方法，將微納米尺度的纖維置于基體溶液中，使纖維均勻分散，得到含有功能化微納米纖維的前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液置于墊片模具中；使模具中溶液自然流平；利用信號發(fā)生器及結(jié)構(gòu)叉指電極對模具中溶液施加結(jié)構(gòu)化交流電場，使溶液中纖維在電場力的作用下定向/定域排布；在溶液未固化之前，在模具的兩端引入導(dǎo)線；將容器中溶液固化成型，將排列好的纖維及導(dǎo)線全部固定在墊片內(nèi)部；對固化后的材料進(jìn)行脫模，得到智能墊片；將智能墊片應(yīng)用于螺栓連接中，當(dāng)螺栓預(yù)緊狀態(tài)發(fā)生變化時，智能墊片的輸出電信號發(fā)生改變，從而推斷出螺栓預(yù)緊力的變化。本發(fā)明具有制備工藝簡單、高效率、監(jiān)測準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于功能化微納米纖維微納結(jié)構(gòu)化排布的智能墊片制造方法。

背景技術(shù)

近年來大型土木工程項目越來越多,超高層建筑、大型跨海橋梁、新型大跨度體育場館、展覽會館,海洋平臺等結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用了鋼結(jié)構(gòu)。螺栓連接是鋼結(jié)構(gòu)連接形式中使用頻率最高的形式,同時面臨著各種極端環(huán)境的影響,一旦使用的時間達(dá)到一定程度,很容易發(fā)生螺栓松動、螺栓開裂等情況。如果關(guān)鍵部位的螺栓松動沒能及時發(fā)現(xiàn),進(jìn)行維護(hù)和更新,輕則導(dǎo)致部分結(jié)構(gòu)的失效,重則導(dǎo)致災(zāi)難性后果。所以對鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的螺栓進(jìn)行實時監(jiān)測是非常必要的措施,它能夠有效的避免結(jié)構(gòu)的破壞,以及不必要的經(jīng)濟(jì)損失和災(zāi)害危險。對重大的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時的健康監(jiān)測成為越來越熱門的研究項目，通過對工程結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測能及時有效的發(fā)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)的故障，并且進(jìn)行有針對的維護(hù)，延長工程結(jié)構(gòu)的使用壽命，將利效益最大化。隨著健康監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用到螺栓監(jiān)測中來，對螺栓的監(jiān)測方法可以分成主動監(jiān)測和被動監(jiān)測兩種，被動監(jiān)測主要捕捉結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷時產(chǎn)生的聲信號，或者利用環(huán)境因素激勵下結(jié)構(gòu)損傷導(dǎo)致的監(jiān)測信號的變化來進(jìn)行監(jiān)測。這種方法由于激勵來源未知，所以使用受到限制，而主動監(jiān)測方法采用自主發(fā)射激勵的方式，應(yīng)用范圍更加廣泛。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于功能化微納米纖維微納結(jié)構(gòu)化排布的智能墊片制造方法，可以用于實時判斷螺栓預(yù)緊狀態(tài)的變化，利用電信號主動監(jiān)測結(jié)構(gòu)損傷，具有制備工藝簡單、高效率、監(jiān)測準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于功能化微納米纖維微納結(jié)構(gòu)化排布的智能墊片制造方法，包括以下步驟；

(1)將微納米尺度的纖維置于基體溶液中，利用磁力攪拌及超聲波振蕩,使纖維均勻分散，得到含有功能化微納米纖維的前驅(qū)體溶液；

(2)將前驅(qū)體溶液置于墊片模具中；

(3)使模具中溶液自然流平；

(4)利用信號發(fā)生器及結(jié)構(gòu)叉指電極對模具中溶液施加結(jié)構(gòu)化交流電場，使溶液中纖維在電場力的作用下定向/定域排布；

(5)在溶液未固化之前，在模具的兩端引入導(dǎo)線；

(6)將容器中溶液固化成型，將排列好的纖維及導(dǎo)線全部固定在墊片內(nèi)部；

(7)對固化后的材料進(jìn)行脫模，得到含有整齊排列纖維的智能墊片；

(8)將智能墊片應(yīng)用于螺栓連接中，當(dāng)螺栓預(yù)緊狀態(tài)發(fā)生變化時，智能墊片的輸出電信號發(fā)生改變，從而推斷出螺栓預(yù)緊力的變化。

所述步驟(1)中的纖維直徑為100nm—10μm的碳納米管、碳纖維、碳化硅纖維、金屬纖維等添加炭黑、石墨、金屬粉或金屬化合物等導(dǎo)電介質(zhì)制得的高導(dǎo)電纖維。

所述步驟(1)中的基體溶液為可光固化的樹脂類材料或可熱固化的有機(jī)聚合物材料。

所述步驟(1)中的超聲波振蕩頻率為20KHz-40KHz。