一种用于拉伸变形测试的敏感材料及其制备方法 技术领域 本发明涉及一种敏感材料及其制备方法， 尤其是一种适用于拉伸变形测试的敏感 材料及其制备方法。
背景技术 ：
在诸多工程领域中， 如结构工程、 水利工程、 交通工程、 岩土工程及桥梁工程等， 其 材料或结构都会存在拉伸变形情况， 而对这些变形的监测将直接关系到工程的安全性。目 前测试拉伸变形的方法大致有机械测试方法、 应变仪测试法和应变片电测法等几种， 采用 的仪器分别为千分表、 应变仪和应变片等。
千分表法测试法误差较大， 使用较不方便 ； 应变仪测试法和应变片电测法一般都 是用于小应变下的变形测试， 而对于较大的变形测试， 一般都需采用其他辅助方法， 也带来 了不便。为此， 开发一种能够满足较大变形测试的敏感材料作为制作传感器敏感元件的材 料是必要的。 发明内容
技术问题 ： 本发明的目的是提供一种原材料来源较广、 成本低， 制备方法简单、 试 验效果好的用于拉伸变形测试的敏感材料及其制备方法。
技术方案 ： 本发明用于拉伸变形测试的敏感材料采用液态硅橡胶、 短切碳纤维、 导 电炭黑、 纳米 SiO2、 固化剂及偶联剂为原料， 质量配比如下 ：
液态硅橡胶 ： 100 份 ；
短切碳纤维 ： 10 ～ 50 份 ；
导电炭黑 ： 0～2份；
纳米 SiO2 ： 0～5份；
固化剂 ： 3 ～ 5.8 份 ；
偶联剂 ： 0.4 ～ 0.8 份。
所述的固化剂采用二丁基二月桂酸锡 ； 所述偶联剂的型号为 KH-550 或 KH-560。
本发明用于拉伸变形测试敏感材料的制备方法， 步骤如下 ：
(1) 按质量配比分别称取液态硅橡胶、 短切碳纤维、 导电炭黑、 纳米 SiO2、 固化剂和 偶联剂 ；
(2) 先将液态硅橡胶倒入容器中进行搅拌， 边搅拌边依次缓慢加入导电炭黑、 短切 碳纤维、 纳米 SiO2 ；
(3) 继续搅拌 20 ～ 40min 后， 再依次加入偶联剂和固化剂， 继续搅拌 1 ～ 2min ；
(4) 然后将容器放入真空箱内抽真空 3 ～ 5 分钟， 去除气泡 ；
(5) 最后将容器中的混合液注入模具， 在室温下固化成型， 得到用于拉伸变形测试 的敏感材料。
有益效果 ： 为了更好的提高敏感材料的柔韧性能， 提高其变形测试敏感性， 本发明选用固化后较柔软， 拉伸模量非常小的液态硅橡胶作为基体材料 ； 纳米 SiO2 的加入可以提 高材料的稳定性能， 抗老化等性能 ； 短切碳纤维作为主要的导电相可以明显提高其敏感性 能， 即其电阻率随变形明显变化的性能 ； 偶联剂 KH-550 或 KH-560 的加入特别是 KH-550 的 加入能明显提高敏感材料的固化成型速度。主要优点如下 ：
1、 本发明的敏感材料柔韧性好， 拉伸模量非常小， 在测试时不会影响到测试结构 或者测试材料的变形 ；
2、 本发明采用状短切碳纤维作为主要的导电相， 使敏感材料电阻值随变形变化非 常敏感 ；
3、 由于硅橡胶具有较高的弹性， 所以在较大变形下， 本发明的敏感材料都具有较 好的敏感性 ；
4、 本发明敏感材料的原材料来源较广， 成本较理想 ；
5、 本发明的敏感材料的制备方法较简单， 使用的加工设备也较简单， 大大降低了 制作敏感材料的成本。
6、 本发明的敏感材料制备工艺， 可根据需要调节制作周期， 固化剂、 偶联剂加入量 的增加及固化环境温度的提高都将大大减小固化成型的时间。 附图说明
图 1 是本发明的用于拉伸变形测试的敏感材料实例一的拉伸电阻 - 应变曲线 ； 图 2 是本发明的用于拉伸变形测试的敏感材料实例二的拉伸电阻 - 应变曲线 图 3 是本发明的用于拉伸变形测试的敏感材料实例三的拉伸电阻 - 应变曲线。具体实施方式
实施例一、 按质量配比称量 ：
液态硅橡胶 ： 100 份 ；
0.2mm 短切短切碳纤维 ： 50 份 ；
导电炭黑 ： 0份；
纳米 SiO2 ： 0份；
固化剂 ： 5.5 份 ；
偶联剂 ： 0.4 份 ；
制作步骤如下 ：
(1) 分别质量配比称取 100 份的液态硅橡胶、 50 份的 0.2mm 短切短切碳纤维、 5.5 份的固化剂 ( 二丁基二月桂酸锡 ) 和 0.4 份的偶联剂 (KH-550) ；
(2) 先将 100 份的液态硅橡胶加入搅拌机中进行搅拌， 搅拌速度约为 1200r/min ；
(3) 然后缓慢加入 50 份的 0.2mm 短切短切碳纤维， 继续搅拌 ；
(4) 搅拌约 30 分钟后， 依次加入 0.4 份的偶联剂 (KH-550) 和 5.5 份的固化剂， 继 续搅拌 2 分钟 ；
(5) 再将混合液放入真空箱抽真空 3 分钟， 去除气泡 ；
(6) 最后将混合液浇注入模具， 室温成型， 固化时间约为 6 小时。
为便于拉伸测试， 把敏感材料制作成薄片形， 并在浇注时在模具中放入两条条形铜丝网作为导电电极， 使敏感材料与铜丝网电极固化为一体。
待固化后， 将带有铜丝网电极的薄片形敏感材料冲切成哑铃形状， 电极位于两 端进行电阻测试， 将敏感材料试样的两端粘贴于弹性橡胶条上， 进行拉伸测试， 其拉伸电 阻 - 应变曲线如图 1 所示。
实施例二、 按质量配比称量 ：
液态硅橡胶 ： 100 份 ；
0.2mm 短切短切碳纤维 ： 35 份 ；
导电炭黑 ： 1份；
纳米 SiO2 ： 1份；
固化剂 ： 5.5 份 ；
偶联剂 ： 0.6 份 ；
制作步骤为 ：
(1) 分别按质量配比称取 100 份的液态硅橡胶、 35 份的 0.2mm 短切短切碳纤维、 5.5 份的固化剂 ( 二丁基二月桂酸锡 ) 和 0.6 份偶联剂 (KH-550) ；
(2) 先将 100 份的液态硅橡胶加入搅拌机中进行搅拌， 搅拌速度约为 1500r/min ；
(3) 然后缓慢加入 1 份导电炭黑， 再缓慢加入 35 份 0.2mm 短切短切碳纤维， 继续搅 拌；
(4) 搅拌约 40 分钟后， 依次加入 0.6 份的偶联剂 (KH-550) 和 5.5 份的固化剂， 继 续搅拌约 3 分钟 ；
(5) 再将混合液放入真空箱抽真空 4 分钟， 去除气泡 ；
(6) 最后将混合液浇注入模具， 室温成型， 固化时间约为 6 小时。
为便于拉伸测试， 把敏感材料制作成薄片形， 并在浇注时在模具中放入两条条形 铜丝网作为导电电极， 使敏感材料与铜丝网电极固化为一体。
待固化后， 将带有铜丝网电极的薄片形敏感材料冲切成哑铃形状， 电极位于两 端用于电阻测试， 将敏感材料试样的两端粘贴于弹性橡胶条上， 进行拉伸测试， 其拉伸电 阻 - 应变曲线如图 2 所示。
实施例三、 按质量配比称量 ：
液态硅橡胶 ： 100 份 ；
0.6mm 短切短切碳纤维 ： 10 份 ；
导电炭黑 ： 0.5 份 ；
纳米 SiO2 ： 2份；
固化剂 ： 3份；
偶联剂 ： 0.4 份。
制作步骤为 ：
(1) 分别按质量配比称取 100 份的液态硅橡胶、 10 份的 0.6mm 短切短切碳纤维、 3 份的固化剂 ( 二丁基二月桂酸锡 ) 和 0.4 份的偶联剂 (KH-550) ；
(2) 将 100 份的液态硅橡胶加入搅拌机中进行搅拌， 搅拌速度约为 1500r/min ；
(3) 然后缓慢加入 10 份的 0.6mm 短切短切碳纤维， 再加入 2 份的纳米 SiO2， 继续 搅拌 ；(4) 搅拌约 40 分钟后， 依次加入 0.4 份的偶联剂 (KH-550) 和 3 份的固化剂 ( 二丁 基二月桂酸锡 )， 继续搅拌约 3 分钟 ；
(5) 再将混合液放入真空箱抽真空 4 分钟， 去除气泡 ；
(6) 最后将混合液浇注入模具， 室温固化成型， 固化时间约为 10 小时。
为便于拉伸测试， 把敏感材料制作成薄片形， 并在浇注时在模具中放入两条条形 铜丝网作为导电电极， 使敏感材料与铜丝网电极固化为一体。
待固化后， 将带有铜丝网电极的薄片形敏感材料冲切成哑铃形状， 电极位于两端 用于电阻测试， 对敏感材料试样直接进行拉伸测试， 其拉伸电阻 - 应变曲线如图 3 所示。