一种自监测BFRP柔性拉索及其制备方法与流程

本发明涉及拉索，具体涉及一种自监测bfrp柔性拉索及其制备方法。

背景技术：

1、传统系泊系统中系泊缆索主要包括钢丝绳和合成纤维绳两类，钢丝绳具有自重大、自由破断长度低、海洋环境下易腐蚀等不足，合成纤维绳索存在易磨损、蠕变率大、强度转化效率低等问题，两者均具有一定局限性。而玄武岩纤维增强复合材料（basalt fiberreinforced polymer，简称bfrp）作为一种新型材料，轻质高强，耐腐蚀、耐疲劳、易加工性等优秀物理、力学和化学特性，已在土木交通基础设施的加固和改造中得到了成功应用，目前正越来越多在新结构力学性能、耐久性提升等方面示范应用。由于bfrp材料的各向异性特征（即沿纤维纵向力学性能高，横向抗压和抗剪性能弱），复材拉索结构被认为是最适宜发挥bfrp高性能的结构形式。但与此同时bfrp拉索弯曲性能差，基体易弯曲开裂，不适于反复弯曲盘卷，且延性差、呈现脆性破坏。为解决基体易开裂、弯曲盘卷难问题，实现bfrp在新型系泊系统的应用，有必要设计一种易弯曲盘卷的bfrp柔性绳索，并实现对其应力状态和损伤程度进行长期的实时监测和及时反馈。

2、bfrp克服了钢丝与合成纤维的部分缺陷，可根据实际需要进行优化设计，在深海系泊系统中具有广阔的应用前景。因此，可结合钢丝绳、合成纤维绳索与bfrp拉索的结构构造特点，以优化设计bfrp绳索，形成安全、高效、长寿命的缆索系统，推进新型全海深、无泵送、大产能海洋系泊系统的研究。

3、目前已有的自监测拉索研究中，多是针对于钢拉索的应用而设计，无法适用于bfrp柔性绳索在施工阶段的较大变形，同时其传感器集成方法无法适用于正在服役的拉索且对拉索有一定结构上的削弱，其传感方式上的点式测量可能会带来一定程度的测量偏差。因此，需要研发一种新型自监测bfrp柔性绳索。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供一种自监测bfrp柔性拉索。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种自监测bfrp柔性拉索，包括bfrp拉索本体以及设置在bfrp拉索本体上的至少一个石墨烯改性树脂传感器；

4、所述bfrp拉索本体由若干根bfrp柔性绳股按照一定的方式排列组合后捻制而成,

5、所述石墨烯改性树脂传感器包括：由包覆在bfrp拉索本体表面的石墨烯改性树脂薄膜、涂敷在石墨烯改性树脂薄膜表面两端的两个导电银浆层，分别绑扎在两个导电银浆层上的两根导线，以及分别固定套装在两个导电银浆层外部用于使导线与导电银浆层紧密接触连接的两个固定件。

6、进一步地，所述固定件为铝管。

7、进一步地，所述石墨烯改性树脂薄膜由涂敷在bfrp拉索本体表面的石墨烯改性水性环氧树脂，在未添加交联剂的条件下，高温固化形成。

8、进一步地，所述bfrp柔性绳股的树脂基体中添加有10±2wt%的增韧剂。

9、进一步地，所述树脂基体为er7121环氧树脂，所述增韧剂为qs-va-3奇士增韧剂。

10、进一步地，所述bfrp柔性绳股的方式排列为：除中心绳股外，其余各bfrp绳股均采用正六边形逐层排列在中心绳股的周围。

11、进一步地，所述bfrp柔性绳股的捻距为单根bfrp柔性绳股的公称直径的12~20倍。

12、进一步地，单根bfrp柔性绳股的公称直径为1~5 mm。

13、本发明还提供一种自监测bfrp柔性拉索的制备方法，包括以下步骤：

14、（1）将单根bfrp柔性绳股按照正六边形排列并使其两端穿过两块定位板；

15、（2）根据设定的捻距及绳索全长计算加捻圈数，控制两块定位板按照相反方向进行旋转对绳索进行捻制，形成bfrp拉索本体；

16、（3）在bfrp拉索本体的两端采用编织纤维护套进行包裹；

17、（4）用砂纸打磨bfrp拉索本体表面，然后用酒精擦拭；

18、（5）将石墨烯改性水性树脂与水按比例混合后涂覆在bfrp拉索本体中间段位置，并将其放入烘箱中高温固化，形成石墨烯改性树脂薄膜；

19、（6）将导电银浆涂敷在石墨烯改性树脂薄膜的两端，保证石墨烯改性树脂薄膜中间自由测试段长度不低于200mm，用热风枪使导电银浆快速固化；

20、（7）将两根导线绑扎在导电银浆的表面，并将铝管紧密的压在bfrp拉索本体和导线的连接处，完成自监测bfrp柔性拉索的制备。

21、进一步地，所述石墨烯改性水性树脂为含有10±2wt%石墨烯的水性环氧树脂。

22、本发明的有益效果：

23、1、本发明的自监测bfrp柔性绳索具有易弯曲、可反复盘卷的特点。作为bfrp常用的基体材料，环氧树脂固化反应形成的三维网状交联结构而呈脆性特性，在弯曲疲劳过程中，树脂基体易发生开裂，使bfrp绳索产生断丝等破坏现象，不利于绳索的长期使用。因而，降低树脂基体的弹性模量、提高基体韧性可以使bfrp材料有效提高弯曲疲劳性能。本发明通过在环氧树脂基体内添加增韧剂，增韧剂在固化过程中会自动生成微米级弹性橡胶球，并均匀分布于固化物中，形成具有“海岛结构”的环氧树脂合金，可大幅提高环氧树脂固化物的韧性，抵抗裂纹扩展，从而制备出低弹性模量、高韧性树脂基体。

24、2、本发明的自监测bfrp柔性绳索具有长期使用性能优异的特点。与传统钢丝绳和合成纤维绳索相比，bfrp柔性绳索具有更强的抗拉性能、耐腐蚀性能和韧性，bfrp在酸、碱、盐、紫外线等腐蚀环境中具有良好的耐久性，在海洋恶劣腐蚀环境中，frp结构的预测服役寿命可达100年以上。此外，bfrp的疲劳强度与承载的疲劳荷载应力幅都远高于钢材和合成纤维。

25、3、本发明的自监测bfrp柔性绳索具有无损伤、可实时监测的特点。石墨烯改性水性环氧树脂制作导电复合薄膜，其在15000με以下电阻变化率与应变具有良好的线性关系，在设计量程0~12000με中，电阻响应曲线的线性回归系数超过0.999。在正常磨损程度10%情况，复合薄膜应变传感系数变化率与摩擦损伤程度呈线性关系，线性回归系数仍接近于1。复合薄膜具有良好的长期使用性能，可满足结构设计的长寿命需求。

26、4、本发明的自监测bfrp柔性绳索制备方法简单，易于实现。

技术特征：

1.一种自监测bfrp柔性拉索，其特征在于，包括bfrp拉索本体以及设置在bfrp拉索本体上的至少一个石墨烯改性树脂传感器；

2.根据权利要求1所述的一种自监测bfrp柔性拉索，其特征在于，所述固定件为铝管。

3.根据权利要求1所述的一种自监测bfrp柔性拉索，其特征在于，所述石墨烯改性树脂薄膜由涂敷在bfrp拉索本体表面的石墨烯改性水性环氧树脂，在未添加交联剂的条件下，高温固化形成。

4.根据权利要求1所述的一种自监测bfrp柔性拉索，其特征在于，所述bfrp柔性绳股的树脂基体中添加有10±2wt%的增韧剂。

5.根据权利要求4所述的一种自监测bfrp柔性拉索，其特征在于，所述树脂基体为er7121环氧树脂，所述增韧剂为qs-va-3奇士增韧剂。

6.根据权利要求1所述的一种自监测bfrp柔性拉索，其特征在于，所述bfrp柔性绳股的方式排列为：除中心绳股外，其余各bfrp绳股均采用正六边形逐层排列在中心绳股的周围。

7.根据权利要求1所述的一种自监测bfrp柔性拉索，其特征在于，所述bfrp柔性绳股的捻距为单根bfrp柔性绳股的公称直径的12~20倍。

8.根据权利要求7所述的一种自监测bfrp柔性拉索，其特征在于，单根bfrp柔性绳股的公称直径为1~5 mm。

9.根据权利要求1~8任意一项所述自监测bfrp柔性拉索的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯改性水性树脂为含有10±2wt%石墨烯的水性环氧树脂。

技术总结
本发明公开了一种自监测BFRP柔性拉索及其制备方法，包括BFRP拉索本体以及设置在BFRP拉索本体上的至少一个石墨烯改性树脂传感器；所述BFRP拉索本体由若干根BFRP柔性绳股按照一定的方式排列组合后捻制而成，所述石墨烯改性树脂传感器包括：由包覆在BFRP拉索本体表面的石墨烯改性树脂薄膜、涂敷在石墨烯改性树脂薄膜表面两端的两个导电银浆层，分别绑扎在两个导电银浆层上的两根导线，以及分别固定套装在两个导电银浆层外部用于使导线与导电银浆层紧密接触连接的两个固定件。本发明的拉索耐久性能好、长期使用性能优异、使用寿命长、施工性能好。

技术研发人员：顾天一,成佃虎,于彬,陶丹露,丁里宁,解佳展
受保护的技术使用者：江苏科能电力工程咨询有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/23