一种基于共混聚合物材料体系的张力自感应式绳索的制作方法

本发明涉及绳索技术领域，具体涉及一种基于共混聚合物材料体系的张力自感应式绳索。

背景技术：

利用绳索内置的压力传感器感知绳索外围对内部的侧向压力可转变为绳索的径向载荷力，能提前发出断裂警报，增加绳缆使用的安全性。传统的压力传感器是刚性的，具有固定的尺寸和形状，不能提供足够的灵敏度和挠性，无法适应绳索对于柔性的本质要求。

目前国内智能绳索的发明成果较少，起步较晚。利用现存的张力传感器无法内嵌在绳索内部以满足智能绳索在多种复杂环境的使用要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于共混聚合物材料体系的张力自感应式绳索，以解决现有传感器无法内嵌于绳索内部，对绳索所受张力无法进行实时监测的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于共混聚合物材料体系的张力自感应式绳索，包括张力组件、共混导电复合体系、储电及放点组件、电阻测量组件和信号调制及传输组件；所述共混导电复合体系位于所述张力组件的内部，其外形与所述张力组件的内部构造相契合；所述共混导电复合体系由外层的保护区域和内层的压阻感应区域构成；所述储电及放点组件、电阻测量组件和信号调制及传输组件位于所述共混导电复合体系的内层。

优选地，所述共混导电复合体系外层的保护区域由弹性橡胶集合物组成；所述共混导电复合体系内层的压阻感应区域由绝缘性聚合物材料、导电性碳材料和抗氧剂共混而成。

优选地，所述共混导电复合体系中所使用的导电性碳材料包括石墨、炭黑、短碳纤维及石墨烯材料中的一种或两种碳基材料，质量分数为所述共混导电复合体系的5%-10%。

优选地，所述共混导电复合体系中所使用的绝缘性聚合物材料包括聚酰亚胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种或两种，质量分数为所述共混导电复合体系的20%-30%。

优选地，所述共混导电复合体系中抗氧剂由1076、1010和hp-136按照重量比0.5：1：0.2组成；质量分数为所述共混导电复合体系的0.2%-1%。

优选地，所述的储电及放电组件为内嵌可移动式电源供应的高压振荡电路，放电电压为1kv-40kv。

优选地，所述电阻测量组件以布置在共混导电复合体系内部上下两侧的金属网作为电极，同时连接有电阻测量电路。

优选地，所述的信号调制及传输组件将感应阻值信号调试为绳索内向侧压力信号，转化为绳索轴向张力。

优选地，该张力自感应式绳索投入使用前施加3-10次的10%-30%的循环载荷。

优选地，所述信号调制及传输组件通过无线输出方式与外置的张力显示组件进行信号传输。

本发明的有益效果是：

本发明利用碳材料填充的聚合物共混导电复合体系，在压力状态下，碳材料经物理接触而形成导电网络是其导电的根源，同时搭配感应电路，可以有效对绳索的使用状态进行监测，且能够自适应绳索的拉伸与轻微弯折，不仅提升了作业的安全性，还扩大了智能绳索的应用场景。

附图说明

图1为本发明张力自感应绳索的组成结构示意图；

图2为本发明张力自感应绳索中共混导电复合体系随外界压力变化表现出的阻值变化图。

图中：1-张力组件，2-共混导电复合体系，3-储电及放电组件，4-电阻测量组件，5-信号调制及传输组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下、首、尾等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。以下结合具体实施例对本发明实现进行详细描述。

实施例1如图1所示，一种基于共混聚合物材料体系的张力自感应式绳索，包括张力组件1、共混导电复合体系2、储电及放点组件3、电阻测量组件4和信号调制及传输组件5；所述共混导电复合体系2位于所述张力组件1的内部，其外形与所述张力组件1的内部构造相契合；所述共混导电复合体系2由外层的保护区域和内层的压阻感应区域构成；所述储电及放点组件3、电阻测量组件4和信号调制及传输组件5位于所述共混导电复合体系2的内层。该张力自感应式绳索投入使用前施加3-10次的10%-30%的循环载荷。

其中，张力组件1可以采用超高分子量聚乙烯绳索，原料采用1680d的聚酰胺复丝纤维，绳索结构为12编，绳索直径为80mm，绳索线密度为3600g/m，绳索节距为640mm，绳索经水性聚氨酯涂层处理。

内部的共混导电复合体系外形契合12编绳索的内部构造，外层的保护区域采用橡胶挤压包覆，内部的压阻感应区域采用由绝缘性聚合物材料、导电性碳材料和抗氧剂共混而成。具体地，所述共混导电复合体系2中所使用的导电性碳材料包括石墨、炭黑、短碳纤维及石墨烯材料中的一种或两种碳基材料，质量分数为所述共混导电复合体系2的5%-10%。例如，导电性碳材料可以是短碳纤维，其规格为平均直径7μm，初始长度为5mm，电阻率为1.6×10-3ω·cm，其质量分数为5.5%。

共混导电复合体系2中所使用的绝缘性聚合物材料包括聚酰亚胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种或两种，质量分数为所述共混导电复合体系2的20%-30%。所述共混导电复合体系2中抗氧剂由1076、1010和hp-136按照重量比0.5：1：0.2组成；质量分数为所述共混导电复合体系2的0.2%-1%。

具体地，储电及放电组件3为内嵌可移动式电源供应的高压振荡电路，放电电压为1kv-40kv。例如，储电组件可以为2块18650型号串联锂电池，放电组件为电子振荡电路、三倍压整流电路组合而成，电子振荡电路和三倍压整流电路采用ne555集成块，其中电子振荡电路、或/和三倍压整流电路与现有的控制电路类似，其具体工作过程及工作原理可参考现有专利中的电蚊拍控制电路，在此不再作说明。

所述电阻测量组件4以布置在共混导电复合体系2内部上下两侧的金属网作为电极，同时连接有电阻测量电路。例如，可以是以布置在共混导电复合体系2内部上下两侧的铜网为电极，链接嵌入式高阻仪进行电阻测试。

所述的信号调制及传输组件5具体为采用信号调制传输电路将感应阻值信号调试为绳索内向侧压力信号，转化为绳索轴向张力，然后通过无线输出方式与外置的张力显示组件进行信号传输。其中该信号调制传输电路，其具体工作过程及工作原理可参考现有专利中一种电子设备、调制信号传输装置及其信号调制传输电路，在此不再作说明。

本发明利用碳材料填充的聚合物共混导电复合体系，在压力状态下，碳材料经物理接触而形成导电网络是其导电的根源，同时搭配感应电路，可以有效对绳索的使用状态进行监测，其中共混导电复合体系随外界压力变化表现出的阻值变化图可参照图2所示，且能够自适应绳索的拉伸与轻微弯折，不仅提升了作业的安全性，还扩大了智能绳索的应用场景，本发明较传统缆绳增加了张力自我监测的作用，有效增加绳缆使用的安全性并促使绳缆的使用位置及规格选用等更科学化。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。