专利摘要

本发明提供的是一种复合压电材料及其制备方法。材料由乳化沥青、压电陶瓷粉、水泥、砂浆流变剂、减水剂和水制备而成。制备方法包括：准备材料；乳化沥青的预处理；减水剂的预处理；混料；成型；粘结电极；极化等。本发明的材料可用来制作健康监测系统的传感器，用来监测无砟轨道的应力和变形。随时监测路面的安全状况，降低事故的发生；可制作微功率的压电发电单元，为监测系统提供用电，实现路面健康监测系统的能量自给；解决了现有的压电材料和CA砂浆兼容性差的问题；压电复合材料为高速行车荷载作用提供优良的降噪、减振及耗散损伤等性能，确保板式轨道高速行车的安全性和舒适性。为路面日后的维护工作提供了便利，大大节省了人力、物力。

权利要求

1.一种复合压电材料，其特征是：由重量份数为25～140份乳化沥青、400～600份压电陶瓷粉、80～200份水泥、1～5份砂浆流变剂、1～5份减水剂和15～60份水制备成。

2.根据权利要求1所述的复合压电材料，其特征是：所述的乳化沥青为阳离子乳化沥青或阴离子乳化沥青中的一种。

3.根据权利要求2所述的复合压电材料，其特征是：所述的压电陶瓷粉为有铅的压电陶瓷粉或无铅的压电陶瓷粉中的一种或者二者的混合物。

4.根据权利要求3所述的复合压电材料，其特征是：所述的水泥为水泥标号为32.5或32.5R及以上等级水泥中的一种。

5.根据权利要求4所述的复合压电材料，其特征是：所述的减水剂为萘系或聚羧酸减水剂。

6.一种复合压电材料的制备方法，其特征是包括如下步骤，所涉及的材料的组成均为重量份；

(1)乳化沥青的预处理：将1～5份砂浆流变剂放入25～140份乳化沥青中，在速度为50rpm～100rpm下搅拌2～10分钟；

(2)减水剂的预处理：将1～5份减水剂和15～60份水在速度为40rpm～80rpm下搅拌2～5分钟；

(3)混料：首先将400～600份压电陶瓷粉放入到湿润搅拌设备中，在速度为20rpm～80rpm慢搅0.5min～2min，然后加入步骤(1)得到的经预处理的乳化沥青在搅拌速度为40rpm～100rpm搅拌2min～5min，最后加入步骤(2)得到的经预处理的减水剂，在速度为40rpm～100rpm搅拌2min～5min；

(4)成型：将步骤(3)得到的混合料注入模具中，在室温下压实成型，养护后进行抛光处理；

(5)粘结电极：采用金属箔片并用导电胶粘结；或者采用低温导电银浆进行表面涂覆，形成电极；

(6)极化：将待极化材料放入30～80℃硅油中，并在电场强度为1.5KV/mm～5KV/mm下极化1min～25min。

7.根据权利要求6所述的复合压电材料的制备方法，其特征是：所述的养护是在标准养护条件下养护28天；或者是在相对湿度95％以上、温度60℃的养护箱中养护7天。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水泥复合压电材料及其制备方法，具体地说是一种压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料及其制备方法。

背景技术

无砟轨道具有平顺性好，稳定性好，使用寿命长，耐久性好的优点，是当今世界先进的轨道技术，可以减少维护、降低粉尘、美化环境，而且列车时速可以达到300公里以上，对铁路发展具有划时代的意义。

作为高速铁路轨道板铺设定位关键工序的CA砂浆的灌注、固化等是一项技术要求高、受外界环境影响较大的关键工序。

将压电复合材料埋入CA砂浆层中，当CA砂浆层由于荷载作用产生振动及变形时，压电材料将产生电信号，可用来制作传感器监测路面的安全状况，降低事故的发生；也可制作微功率的压电发电单元，为监测系统提供用电，实现路面健康监测系统的能量自给。通过压电材料利用振动和变形可实现能源的循环使用，还可以保证路面的健康，延长其功能和寿命。但是现有的压电材料和CA砂浆的兼容性差，易导致CA砂浆层的开裂和破坏，监测系统成本高更等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼容性好、成本低的复合压电材料。本发明的目的还在于提供一种复合压电材料的制备方法。

本发明的复合压电材料由重量份数为25～140份乳化沥青、400～600份压电陶瓷粉、80～200份水泥、1～5份砂浆流变剂、1～5份减水剂和15～60份水制备成。

所述的乳化沥青为阳离子乳化沥青或阴离子乳化沥青中的一种。

所述的压电陶瓷粉为有铅的压电陶瓷粉或无铅的压电陶瓷粉中的一种或者二者的混合物。

所述的水泥为水泥标号为32.5或32.5R及以上等级水泥中的一种。

所述的减水剂为萘系或聚羧酸减水剂。

本发明的复合压电材料的制备方法包括如下步骤，所涉及的材料的组成均为重量份；

(1)乳化沥青的预处理：将1～5份砂浆流变剂放入25～140份乳化沥青中，在速度为50rpm～100rpm下搅拌2～10分钟；

(2)减水剂的预处理：将1～5份减水剂和15～60份水在速度为40rpm～80rpm下搅拌2～5分钟；

(3)混料：首先将400～600份压电陶瓷粉放入到湿润搅拌设备中，在速度为20rpm～80rpm慢搅0.5min～2min，然后加入步骤(1)得到的经预处理的乳化沥青在搅拌速度为40rpm～100rpm搅拌2min～5min，最后加入步骤(2)得到的经预处理的减水剂，在速度为40rpm～100rpm搅拌2min～5min；

(4)成型：将步骤(3)得到的混合料注入模具中，在室温下压实成型，养护后进行抛光处理；

(5)粘结电极：采用金属箔片并用导电胶粘结；或者采用低温导电银浆进行表面涂覆，形成电极；

(6)极化：将待极化材料放入30～80℃硅油中，并在电场强度为1.5KV/mm～5KV/mm下极化1min～25min。

所述的养护是在标准养护条件下养护28天；或者是在相对湿度95％以上、温度60℃的养护箱中养护7天。

本发明是为了解决现有的压电材料和CA砂浆材料兼容性差和监测系统成本高的问题，而提出的一种压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料及其制备方法。

本发明具有以下优点：一、可用来制作健康监测系统的传感器，用来监测无砟轨道的应力和变形。因为压电复合材料在受到荷载作用时，可产生与荷载成正比的电压信号。随时监测路面的安全状况，降低事故的发生；二、可制作微功率的压电发电单元，为监测系统提供用电，实现路面健康监测系统的能量自给；三、具有和CA砂浆层相匹配的弹性模量，减小对CA砂浆层自身结构作用，解决了现有的压电材料和CA砂浆兼容性差的问题；四、压电复合材料为高速行车荷载作用提供优良的降噪、减振及耗散损伤等性能，确保板式轨道高速行车的安全性和舒适性。为路面日后的维护工作提供了便利，大大节省了人力、物力。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述：

具体实施方式一：本实施方式是一种压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料按重量份数由25～140份乳化沥青、400～600份压电陶瓷粉、80～200份水泥、1～5份砂浆流变剂、1～5份减水剂和15～60份水制备而成。优选由重量份数为40～50份乳化沥青、550～590份压电陶瓷粉、100～130份水泥、2～3份砂浆流变剂、2～3份减水剂和20～30份水制成。

本实施方式所述的压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料采用乳化沥青作为基体相，压电陶瓷粉作为陶瓷相。

本实施方式的压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料的使用方法：采用金属箔片并用导电胶粘结；或者采用低温导电银浆进行表面涂覆，得到待极化材料，然后放入30～80℃硅油中，并在电场强度为1.5kV/mm～5kV/mm下极化1min～25min。即得到作为制备传感器或微型压电发电单元的复合压电材料。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的乳化沥青为阳离子乳化沥青或阴离子乳化沥青中的一种。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的压电陶瓷粉为有铅的压电陶瓷粉和无铅的压电陶瓷粉中的一种或者二者的混合物。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或三之一不同点是：所述的水泥为水泥标号为32.5或32.5R及以上等级水泥中的一种。其他与具体方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一或四之一不同点是：所述的减水剂为萘系或聚羧酸减水剂。其他与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式是一种压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料的制备方式，具体是按以下步骤完成的：一、准备材料：首先按重量份数称取25～140份乳化沥青、400～600份压电陶瓷粉、80～200份水泥、1～5份砂浆流变剂、1～5份减水剂和15～60份水；优选的重量份数为40～50份乳化沥青、550～590份压电陶瓷粉、100～130份水泥、2～3份砂浆流变剂、2～3份减水剂和20～30份水。二、乳化沥青的预处理：将步骤一准备的1～5份砂浆流变剂放入25～140份乳化沥青中，在速度为50rpm～100rpm下搅拌2～10分钟；三、减水剂的预处理：将步骤一中准备的1～5份减水剂和15～60份水在速度为40rpm～80rpm下搅拌2～5分钟；四、混料：首先湿润搅拌设备，将步骤一称取的400～600份压电陶瓷粉放入设备中在速度为20rpm～80rpm慢搅0min～2min，然后放入步骤二中搅拌后的乳化沥青在搅拌速度为40rpm～100rpm搅拌2min～5min，最后放入步骤三中搅拌后的减水剂，在速度为40rpm～100rpm搅拌2min～5min；五、成型：将步骤四中得到的混合料注入模具中，在室温下压实成型，并在标准养护条件下养护28d，后者在相对湿度95％以上、温度60℃的养护箱中养护7d后进行抛光处理；六、粘结电极：采用金属箔片并用导电胶粘结；或者采用低温导电银浆进行表面涂覆，形成电极；七、极化：将待极化材料放入30～80℃硅油中，并在电场强度为1.5kV/mm～5kV/mm下极化1min～25min。即得到制备传感器或微型压电发电单元的复合压电材料。

本实施方式制备的压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料采用乳化沥青作为基体相，压电陶瓷粉作为陶瓷相；本实施方式步骤三中采用抛光处理去除成型表面的乳化沥青，露出压电复合材料的陶瓷相，即得到压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料。

本实施方式制备的压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料的使用方法：采用金属箔片并用导电胶粘结；或者采用低温导电银浆进行表面涂覆，得到待极化材料，然后放入30～80℃硅油中，并在电场强度为1.5kV/mm～5kV/mm下极化1min～25min。即得到制备传感器或微型压电发单单元的复合压电材料。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：步骤一中所述的乳化沥青为阳离子乳化沥青或阴离子乳化沥青中的一种。其他与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七之一不同点是：步骤一中所述的压电陶瓷粉为有铅的压电陶瓷粉和无铅的压电陶瓷粉中的一种或者二者的混合物。其他与具体实施方式六或七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同点是：所述的水泥为水泥标号为32.5或32.5R及以上等级水泥中的一种。其他与具体实施方式六至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同点是：所述的减水剂为萘系或聚羧酸减水剂。其他与具体实施方式六至九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式六至十之一不同点是：步骤五中所述的压实成型法具体操作步骤如下：在压强为2MPa～20MPa下压实1min～10min。其他与具体实施方式六至九相同。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：一种压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、准备材料：首先按重量份数称取45份乳化沥青、590份压电陶瓷粉、120份水泥、2.5份砂浆流变剂、2.0份减水剂和25份水制备而成；二、乳化沥青的预处理：将步骤一准备的1.5份砂浆流变剂放入45份乳化沥青中，在速度为50rpm～100rpm下搅拌5分钟；三、减水剂的预处理：将步骤一中准备的2.0份减水剂和25份水在速度为40rpm～80rpm下搅拌2分钟；四、混料：首先湿润搅拌设备，将步骤一称取的590份压电陶瓷粉放入设备中在速度为20rpm～80rpm慢搅1min，然后放入步骤二中搅拌后的乳化沥青在搅拌速度为40rpm～100rpm搅拌3min，最后放入步骤三中搅拌后的减水剂，在速度为40rpm～100rpm搅拌3min；五、成型：将步骤四中得到的混料注入模具中，在室温下压实成型，并在标准养护条件下养护28d，或者在相对湿度95％以上、温度60℃的养护箱中养护7d后进行抛光处理；六、粘结电极：采用金属箔片并用导电胶粘结；或者采用低温导电银浆进行表面涂覆，得到待极化材料；七、极化：将待极化材料放入70℃硅油中，并在电场强度为4.5kV/mm下极化15min。即得到制备传感器或微型压电发单单元的复合压电材料。

试验一步骤一中所述的压电陶瓷粉PZT压电陶瓷粉。

试验一步骤一中所述的沥青为阴离子乳化沥青。

试验一步骤五中所述的压实成型法具体操作步骤如下：压强为10MPa下压实3min。

采用乳化沥青混合料单轴压缩实验(圆柱体法)测试制备的压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料的弹性模量，可知试验一制备的压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料的弹性模量为8500MPa，而CA砂浆的弹性模量一般为6000MPa，因此试验一制备的压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料具有和CA砂浆相匹配的弹性模量，减小对CA砂浆自身结构作用，解决了现有压电材料和CA砂浆相容性差的问题。

性能检测：

在试验一制备的压电陶瓷粉-乳化沥青-水泥复合压电材料表面采用金属箔片并用导电胶粘结；或者采用低温导电银浆进行表面涂覆，得到待极化材料，然后放入70℃硅油中，并在电场强度为4.5kV/mm下极化15min，即得到压电陶瓷-乳化沥青-水泥复合压电材料；并对得到其进行检测，通过检测可知复合压电材料的压电应变常数d₃₃为45.8pC/N，复合压电材料的压电电压常数g₃₃为26.4×10^-3V·m/N，复合压电材料的介电损耗Tanδ为0.072。

一种复合压电材料及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。