可测量表面变形和内部损伤的复合功能薄膜及其使用方法

摘要

一种可测量表面变形和内部损伤的复合功能薄膜及其使用方法，属于损伤测量的复合功能薄膜及其使用方法。该功能薄膜由保温层和测量层组成，保温层由中间设有空气夹层的双层薄膜组成，每层薄膜由B料混合并摊铺而成；测量层由A料和B料混合，并按照3到5层逐层摊铺；在测量层第1摊铺层与空心圆柱接触面中间布置若干柔性电极，在第1摊铺层和第2层中间布置导电炭黑-硅橡胶条；中间设有空气夹层的双层硅橡胶膜可有效降低自身导热系数，实现水平温度梯度控制精度的提高。测量层则采用功能梯度材料思想实现与被测量试样表面的紧密黏合与同步变形，辅助若干柔性电极和导电橡胶条，从而完成空心圆柱表面变形场和内部电阻率沿温度梯度方向的分布测量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种损伤测量的复合功能薄膜及其使用方法，特别是一种可测量表面变形 和内部损伤的复合功能薄膜及其使用方法。

背景技术

室内三轴试验中，试样表面变形场观测方法主要有两种：接触测量和非接触测量。接 触测量法中具有代表性的是表面电阻应变传感单元法，非接触测量方法中具有代表性的是 数字图像法(DIP)。接触测量法中电阻应变传感单元与土或冻土材料表面粘贴质量直接制 约测量结果的可靠性。传统粘贴方法中无法消除两种材料(传感材料和介质材料)间的界面 效应从而造成传感器和被测材料变形的不同步，而这种界面效应在冻土材料中体现的更为 明显。数字图像技术只能在单轴和透明压力室(液压油)条件下适用，受低温液压油的不透 明性影响，其在冻土三轴试验中应用受到一定限制。因此在冻土实验中DIP技术常被能够 获得材料内部结构损伤分布的CT技术所代替。

发明内容

本发明的目的是要提供一种可测量表面变形和内部损伤的复合功能薄膜及其使用方 法，解决传感单元材料与被测材料界面效应的问题，实现试样表面变形场和内部损伤场的 同步测量。

本发明的目的是这样实现的：该复合功能薄膜由保温层(1)和测量层(2)组成，复 合功能薄膜的厚度为3～5mm；保温层(1)由中间设有空气夹层(3)的两层薄膜组成，每 层薄膜由B料混合摊铺而成，所述的B料为液态硅橡胶和固化剂，固化剂用量为3％～5％， 厚度为200μm；测量层(2)由A料和B料混合，并按照3～5层逐层摊铺，每层厚度为 800～1000μm，总厚度为3000～5000μm；在测量层(2)第1摊铺层与空心圆柱(5)接触 面中间布置≥1个柔性电极(4)，在测量层(2)第1摊铺层和第2层中间布置≥1个导电 炭黑-硅橡胶条(6)，导电炭黑-硅橡胶条(6)厚度50～80μm，长度和宽度均为3～5mm； 测量层(2)、柔性电极(4)和导电炭黑-硅橡胶条(6)在空心圆柱(5)上下两个端面呈 对称布置；所述的A料为直径＜75μm的黏土颗粒；所述的B料为液态硅橡胶和固化剂， 固化剂用量为3％～5％；所述的A料和B料比为A:B介于50：50～20:80之间。

复合功能薄膜使用方法是：

a.在空心圆柱(5)上端面沿径向平行布置≥1个柔性电极(4)；

b.按照A:B从50：50-20:80，分3～5层过渡摊铺测量层(2)，在测量层(2)第1层 摊铺完成3～5分钟后，沿径向平行布置≥1个导电炭黑-硅橡胶条(6)，然后依次完成测 量层(2)2～5层的摊铺；

c.在步骤b的基础上，摊铺保温层(1)的第1层薄膜，待其固化20～30分钟后继续 摊铺保温层(1)的第二层薄膜；

d.当空心圆柱(5)上端面复合功能薄膜固化30min以上，在空心圆柱(5)的下端 面重复步骤a-步骤c，直至空心圆柱(5)上下两端面全部形成厚度3～5mm的复合功能薄 膜后，便可进行后续的试验和测量。

有益效果及优点：①硅橡胶薄膜自身导热系数约为冻土材料的1/4到1/3，而中间设 有空气夹层的双层保温薄膜可将自身导热系数再降低1倍左右。具体使用时，亦可以通过 多层(大于2层)复合，从而降低该方向的热流损失，提高冻结空心圆柱中水平温度梯度控 制的精度。②由于采用了功能梯度材料，让黏土颗粒质量含量从被测试样到测量层上表面 连续降低，提高测量薄膜与试样表面的粘贴质量以保证试样和测量层的同步变形，完成了 空心圆柱试样表面变形场的测量。③由于采用了上下对称布置柔性电极，可在变形测量的 同时获得梯度方向的电阻率变化与分布，从而评价试样内部的损伤场。

附图说明：

图1为本发明的可测量表面变形和内部损伤的复合功能薄膜平面图。

图2为图1的A-A向剖视结构图。

图中：1、保温层；2、测量层；3、空气夹层；4、柔性电极；5、空心圆柱；6、炭黑 -硅橡胶导电条。

具体实施方式

下面结合附图施例对本发明作进一步的描述：

在图1中，可测量冻结空心圆柱表面变形和内部损伤的复合功能薄膜由保温层1，测 量层2，空气夹层3,柔性电极4和炭黑-硅橡胶导电条6组成。保温层1由中间设有空气 夹层3的双层薄膜组成，每层薄膜由B料(液态硅橡胶,固化剂)搅拌均匀并摊铺而成，固 化剂用量为3％～5％，厚度约为200μm。测量层2由A料(直径＜75μm的黏土颗粒)和B料(液 态硅橡胶，3％～5％的固化剂)混合(A:B介于50：50～20:80之间)，并按照3到5层逐层摊 铺，每层厚度约为800～1000μm。在测量层2第1摊铺层与空心圆柱5接触面中间布置≥1 个柔性电极4，在测量层2第1摊铺层和第2层中间布置≥1个导电炭黑-硅橡胶条6，导 电炭黑-硅橡胶条6厚度50～80μm，长度和宽度均为3～5mm。柔性电极4和导电炭黑-硅 橡胶条6在空心圆柱5上下两个端面呈对称布置。

可测量冻结空心圆柱表面变形和内部损伤的复合功能薄膜使用方法如下：

a.在空心圆柱5上端面沿径向平行布置≥1个柔性电极4；

b.按照A:B从50：50到20:80分3到5层过渡摊铺浇筑测量层2，在测量层2第1 层摊铺完成3～5分钟后，沿径向平行布置≥1个导电炭黑-硅橡胶单元6，然后依次完成 2～5层的摊铺；

c.在步骤b的基础上，摊铺保温层1的第1层薄膜，待其完全固化20～30分钟后再 继续摊铺保温层1的第二层薄膜。

d.当空心圆柱5上端面复合功能薄膜固化30min以上，在空心圆柱5的下端面重复 步骤a至步骤c，直至空心圆柱5上下两端面全部形成具有厚度3～5mm的复合功能薄膜后， 便可进行后续的试验和测量。