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导电硅橡胶复合材料压缩敏感性研究

来源于上海凯茵化工

2020.11.24

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在现场工程及室内试验中,应变或应力的量测是获得工程及试验信息的基本内容。目前使用的应变片主要包括金属薄膜应变片与半导体应变片。其中,金属薄膜应变片利用金属压阻效应的原理,其灵敏系数一般较低,为2左右;半导体应变片则是利用半导体的压阻原理,灵敏系数较高,一般为50-200,但其成本一般较高。两种应变片作为应变测试元件使用时均有一定的局限性,导电复合材料的出现为研制新型压阻性敏感元件提供了新的途径。Chang等利用导电聚合物复合材料制作了3×柔性传感器阵列,用于结构弯曲变形测试;并认为导电聚合物复合材料具有柔韧性、加工方便及灵活性,在特定的应用领域有可能取代常规的测试元件。Pha等研究了碳纳米管填充的有机玻璃复合材料的拉伸敏感性能,试验发现,随着应变的增大,试样的表面电阻率不断增大。Dang等研究了碳纳米管-硅橡胶导电复合材料的压阻特性,试验发现该种材料具有优越的压阻特性,经拟合处理可获得线性的压力-电阻相对值曲线。Wang等对炭黑充填硅橡胶基复合材料的压阻特性进行了较为系统的研究,试验研究表明,不同含量的炭黑充填时,复合材料表现出不同的压阻特性赵等根据GEM模型获得填加炭黑的导电橡胶压阻计算模型,并由层积模型获得填加石墨的导电橡胶电阻温度计算模型,并对其理论模型进行了验证。通过实验得出以炭黑和石墨作为主要导电填料的导电橡胶可用于复合式柔性触觉传感器的压力与温度的检测。黄英等分析了测量炭黑/硅橡胶导电复合材料压阻特性时电极位置对实验数据的影响。试验发现,电极外贴于导电橡胶表面的传感器结构可获得较高的力灵敏度。其团队对柔性触觉传感器用炭黑填充硅橡胶复合材料进行了较深入研究。国内的吴菊英、万影等也都对橡胶/炭黑复合材料进行了压敏性的研究。在导电聚合物复合材料领域,对炭黑填充的复合材料研究较多,而对碳纤维填充导电复合材料的敏感性研究还较少。 现有研究以硅橡胶为基体、碳纤维及炭黑作为导电填料制作了两种导电橡胶复合材料,分别对其进行了单次与循环压缩试验,重点对其压缩敏感性和可重复性进行了对比分析。 橡胶绝缘体中充填导电纤维或炭黑均可获得优良的导电性,并均具有较好的压缩敏感性,特别是碳纤维填充时基本具有线性的压阻特性。纤维充填的复合材料的灵敏度要高得多,而炭黑硅橡胶复合材料的可重复性要强得多。纤维之间的电子隧道跃迁传递及相对炭黑粒子之间较少的“节点”数是其灵敏度较高的主因;纤维与橡胶之间的弹模差距巨大造成了较差的可重复性。使用橡胶、导电碳纤维或炭黑复合成导电敏感材料,具有加工简单、成本低及形状任意的优点,具有巨大开发潜力。

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