碳纤维/纳米碳黑复合材料的电性能及应用研究

【摘要】：本文对不同含水量的水泥基复合材料的电性能进行了大量试验研究，发现：材料的含水量很高和很低时，其压敏特性表现为负压敏性，否则表现为正压敏性。在不同含水量阶段，其导电方式不同，且电阻变化曲线也各自具有不同特征。含水量很高时，压敏幅度很小；含水量较低时，压敏幅度与慢极化相对变化率大小有关，慢极化相对变化率越大，压敏幅度就越大。同时，水泥基复合材料压敏性和损伤测试结果表明，水泥基复合材料的压敏不可逆性与含水量和损伤有关，且在不同应力水平，其主导地位不同。 通过对环涂在钢筋表面的碳纤维／纳米碳黑环氧树脂基复合材料的机敏性试验研究发现：碳纤维／纳米碳黑环氧树脂复合材料的导电性随着导电填料掺入量的增大而增强。在合适掺量下，碳纤维／纳米碳黑环氧树脂基复合材料的表面电阻随钢筋的拉伸应变而单调变化，因而可以作为一种新型的钢筋应变传感元件。试验表明，其灵敏系数高于普通金属应变片。碳纤维／环氧树脂复合材料在固化前期的灵敏系数很大，但稳定性差，且完全固化后，其机敏性消失。纳米碳黑／环氧树脂复合材料中，由于纳米碳黑具有小尺寸效应，与基体树脂粘结牢固，因而具有稳定的机敏性，固化期越长，灵敏系数越大，且加载速度影响越小。 对上述材料的研究，可以在钢筋混凝土结构中实现智能结构系统。