炭黑-鋁銀粉填充導(dǎo)電橡膠的壓阻特性研究及傳感器設(shè)計(jì).pdf

1、在現(xiàn)代機(jī)器人的研究過程中，智能化是機(jī)器人重要的發(fā)展方向之一。針對發(fā)展機(jī)器人的敏銳感知能力提出了更精密更嚴(yán)苛的技術(shù)要求。這就急需研制出一種既具有良好柔韌性，又具有優(yōu)異導(dǎo)電特性的功能材料，由此導(dǎo)電硅橡膠應(yīng)運(yùn)而生。導(dǎo)電硅橡膠是由具有導(dǎo)電性能的粒子作為填料，填充到橡膠基體中，通過一定的工藝方法，得到一種復(fù)合型功能材料，其中導(dǎo)電填料對導(dǎo)電硅橡膠的性能有決定性作用。本文介紹了導(dǎo)電硅橡膠的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，分析了當(dāng)前導(dǎo)電硅橡膠的主要研究動(dòng)向，比較了導(dǎo)電

2、填料的各自優(yōu)缺點(diǎn)；針對導(dǎo)電填料的優(yōu)缺點(diǎn)，本文選用炭黑和鋁銀粉作為導(dǎo)電填料，對添加不同含量的兩種填料制得的導(dǎo)電硅橡膠進(jìn)行性能測試；并利用導(dǎo)電橡膠及壓阻傳感原理設(shè)計(jì)傳感器，驗(yàn)證這種新型敏感材料的可實(shí)用性。
　　主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）基于導(dǎo)電復(fù)合材料的宏觀和微觀兩種導(dǎo)電理論學(xué)說，研究了導(dǎo)電硅橡膠的導(dǎo)電機(jī)理、壓阻特性及電阻弛豫特性，并介紹了形成導(dǎo)電通路的三種滲流模型。結(jié)果顯示，當(dāng)導(dǎo)電填料的濃度較大時(shí)，以導(dǎo)電通路理論為主導(dǎo)；當(dāng)

3、導(dǎo)電填料的濃度較小時(shí)，以電子隧道效應(yīng)理論為主導(dǎo)，導(dǎo)電硅橡膠的導(dǎo)電性是由兩種理論共同作用。
　　（2）通過對原料種類和含量的分析，選擇107號硅橡膠為基膠，炭黑和鋁銀粉為導(dǎo)電填料，正己烷為有機(jī)溶劑，正硅酸乙酯為偶聯(lián)劑，二甲基硅油為稀釋劑及一些輔助添加劑，運(yùn)用溶液共混法制備出不同的實(shí)驗(yàn)試樣。利用測試儀器對試樣進(jìn)行性能測試，通過對測試結(jié)果進(jìn)行分析與討論，得出較佳的實(shí)驗(yàn)配比方案，從而制備出具有良好綜合性能的導(dǎo)電硅橡膠。
　　（3）研

4、究了不同試樣的導(dǎo)電性能和壓阻特性。對其導(dǎo)電性能分析得知：當(dāng)填料含量一定時(shí)，未添加鋁銀粉與添加少量的鋁銀粉比較得出，添加少量的鋁銀粉可以改變導(dǎo)電硅橡膠的導(dǎo)電性能，由此可知炭黑和鋁銀粉混合可以改善導(dǎo)電硅橡膠的導(dǎo)電性能，同時(shí)也減少了炭黑的用量，降低了成本。對其壓阻特性分析得知：添加不同含量的炭黑和鋁銀粉，制得的樣品壓阻特性曲線的變化趨勢大致相同，通過對比確定了A34（25％炭黑+3%鋁銀粉）、A35（28%炭黑+3%鋁銀粉）試樣不僅具有良好的

5、導(dǎo)電性能，又有較寬的壓阻范圍。通過電阻弛豫特性實(shí)驗(yàn)，研究試樣在恒定外力作用下電阻隨時(shí)間的變化，分析弛豫現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理以及施加不同外力對導(dǎo)電硅橡膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，弛豫特性的產(chǎn)生不僅與外加壓力、時(shí)間有關(guān)，還與導(dǎo)電填料的添加量有關(guān)，弛豫特性的研究對材料的穩(wěn)定性及變化敏感性研究極有意義。
　　（4）根據(jù)導(dǎo)電硅橡膠材料的特性及傳感器的設(shè)計(jì)需求，采用壓阻傳感原理并建立壓阻模型。通過對導(dǎo)電硅橡膠的性能研究與壓阻傳感器的外圍電路設(shè)計(jì)，進(jìn)