上海人和科學儀器有限公司
TRILOS三輥機在鋼筋混凝土結構裂縫監測傳感器的應用
檢測樣品：碳納米管/石墨烯材料
檢測項目：分散均質穩定性
方案概述：一種由CNT/PU復合材料組成的智能皮膚，可用于檢測鋼筋混凝土結構中的裂縫。但是CNT在PU材料中的分散性是一大難題。與其他混合技術相比，三輥機具有明顯的優勢。在分散過程中使用三輥機能確保產品通過兩個剪切區。要制作CNT/PU復合材料，沒有比三輥機更有效的工具了。所以我們采用TRILOSTR50M三輥機來分散CNT/PU復合材料。
鋼筋混凝土（RC）結構支撐橋梁、高層建筑和水壩等關鍵設施，對現代基礎設施至關重要。盡管它們具有高強度和耐用性，但這些結構容易因環境因素，負載變化和材料老化而開裂。所以這些裂縫的早期檢測和監測對于保持結構完整性和確保安全至關重要。傳統結構健康監測（SHM）方法，如目視檢查和標準傳感技術，已被證明是不夠的。這些方法很難檢測可能導致重大后果的小裂縫，且不能進行持續的實時監測。因此，迫切需要先進的實時監控RC結構的SHM技術，來確保基礎設施的安全。
近年來，隨著碳基納米復合材料的智能傳感技術的發展，SHM技術取得了顯著進展。碳納米材料，如碳納米管（CNTs）、石墨烯、石墨碳和混合納米結構，因其熱穩定性和機械穩定性以及電氣和電子性能而得到廣泛使用。其中，碳納米管以其細長束形狀的結構特征，可提供更高的機械強度和彈性。此外，與其他材料相比，它的成本效益可使其作為關鍵納米材料應用于大型結構，如民用、航空和空間基礎設施中的SHM應用。其中，一種由CNT/PU復合材料組成的智能皮膚，可用于檢測鋼筋混凝土結構中的裂縫。但是CNT在PU材料中的分散性是一大難題。與其他混合技術相比，三輥機具有明顯的優勢。在分散過程中使用三輥機能確保產品通過兩個剪切區。要制作CNT/PU復合材料，沒有比三輥機更有效的工具了。所以我們采用TRILOS TR50M三輥機來分散CNT/PU復合材料。
TRILOS TR50M三輥機為基本型三輥機。特別針對處理量相對較少，精度要求相對較低的客戶而進行開發的超小型研磨設備。結構設計簡潔，尺寸較小，體積輕便，采用無極調速控制流量，機械方式調節間距。
圖1 TRILOS TR50M 三輥機
實驗步驟：
智能皮膚是通過將CNT均勻分散在PU基質中制成的，如圖2所示。首先，用50ml丙酮作為分散劑溶解高粘度PU樹脂，使用超聲波破碎儀，以脈沖模式（打開15s，關閉15s）運行80min，將CNT分散在PU基質中。為了盡量減少超聲波破碎儀的過熱影響，將含混合物的燒杯放置在裝滿冰的大燒杯中。然后，將分散后的混合物放置在60℃的加熱板上24h，以蒸發丙酮。將PU硬化劑加入到混合物中，并使用TRILOS TR50M三輥機將其充分分散。將混合物涂覆至0.7 mm的厚度，并將其真空干燥24h。最后，將硬化后的樣品切成70mmⅹ10mm的樣品。我們制備了CNT濃度在0-7 wt%范圍內變化的樣品，并對智能皮膚進行電導率等性能的測量。
圖2 智能皮膚的制備過程
結果與討論：
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