[发明专利]一种传感型塑料土工格栅的制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了一种添加超导电炭黑的传感型塑料土工格栅的制备方法，属于土木工程领域。

背景技术

加筋土结构系列产品以其经济、美观、抗震、耐久和易于施工等优点，在道路工程、水利工程、矿山工程中得到广泛应用，土工合成材料的开发与使用已有几十年的历史，高性能的原料赋予土工产品高的强度与耐用性，同时研究表明，在工程中使用土工合成材料约需要增加原投资的1％～2％，而在同等设计标准下，可降低20％～40％的工程造价，经济效益十分显著，土工格栅是加筋土结构系列产品的典型代表。然而，目前的土工格栅产品只是起到单一的加筋效果，无法对加固体的变形信息进行检测，如若检测则需另采用其他设备，增加了检测的难度和成本。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明基于机敏导电塑料的拉敏效应，提出一种添加超导电炭黑的传感型塑料土工格栅的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种传感型塑料土工格栅的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)选用高密度聚乙烯为基材，以添加超导电炭黑的导电母粒为填料，制作导电复合材料；

步骤(2)在室内进行导电复合材料的拉伸试验，测定复合材料的变形与电阻变化间的关系；

步骤(3)利用步骤(1)得到导电复合材料的制备传感型格栅；其中在机头的模具在进行编网时，中筒不旋转，内筒绕其定位轴旋转180度，外筒按照与内轴旋转方向相反的方向绕其定位轴也旋转180度，按照此规律内筒外筒不断往复运动；

步骤(4)确定传感型格栅的网型，即在传感型格栅平行的主筋列上添加规则的六边形辅筋。

所述的步骤(1)中导电复合材料的制备过程如下：

选用高密度聚乙烯为基材，以添加超导电炭黑的导电母粒为填料，以导电母粒占混合料质量分数为40％～60％的范围内将二者熔融混合，经多次混合塑化挤出后冷却造粒，得到导电复合材料。

所述的步骤(2)中复合材料的变形与电阻变化间的关系如下：

在室内进行导电复合材料的拉伸试验，测定复合材料的变形与电阻变化间的关系，可以得出二者间的函数关系：Ω/Ω₀＝F(ε)，其中Ω/Ω₀叫做归一化电阻率，ε为应变值。

所述的步骤(3)制备传感型格栅的工艺过程如下：

(3-1)将高密度聚乙烯和导电母粒按所定的配比搅拌混合均匀，倒入料斗中。

(3-2)通过吸料机将混合料吸入注塑机中，经过熔融加热后，将熔融态的混合结合料注入机头的模具中，进行编网。

(3-3)将生产出的格栅送入冷却池中冷却，定型，通过牵引设备牵引成卷。

本发明的有益效果如下:

首先，本发明提出的传感型塑料土工格栅的制备方法，该类型土工格栅利用导电塑料的拉敏特性，通过测试格栅本身的电阻来获得其自身的变形信息，无需在土体内部埋入传感器，避免了因为外部传感器的植入而引起的变形测试精度下降以及传感器耐久性不满足要求的现象，特别适用于全寿命周期内土工结构的变形监测与安全预警。

其次，现有格栅生产技术中，格栅网型会因辅筋的形状不规则而导致整个网型不齐整，影响格栅使用性能，因此需要改进编网定型工艺，提高格栅性能。现将工厂中模具的编网工艺加以改进：将常规格栅的内外筒反向圆周旋转编网方式改进为内外筒反向定位旋转，如图3所示。改进工艺后制备出的格栅较之常规生产出的格栅网型齐整，规律，使得格栅的传感性能更为精确。

另外，在现有格栅网型中，格栅网型会因辅筋的形状不规则而导致整个网型不齐整，影响格栅使用性能，如采用常规的单向、双向土工格栅经拉伸后定网则会使复合材料的原有变形-电阻关系函数产生变化，无法准确标定二者关系，因此没有合适的网型。为解决这个问题，根据蜂巢仿生学原理经优化设计，拟采用一种新型网型，即在平行的主筋列上添加规则的六边形辅筋，由于将作为蜂巢基本单元的六边形引入网格设计中，使得格栅的抗变形能力和自身稳定性大大增强。通过之前提到的模具工艺改进，可使这种新型网型的传感性能更高。新型网型如图4所示。

附图说明

图1导电聚合物渗滤现象示意图；

图2格栅制备流程图；

图3(1)模具编网的常规工艺；

图3(2)模具编网的改进工艺；

图4网型结构图；

图5归一化电阻率与应变关系；

图6归一化电阻率与应变关系；

图中：1外筒，2中筒，3内筒，4内筒定位轴，5外筒定位轴，6辅筋，7主筋。