導電硅橡膠復合材料的制備及其應變傳感行為的研究.pdf

1、用于應變傳感器的導電高分子復合材料(CPCs)已得到廣泛研究。不同應用中需要大范圍的應變靈敏度和高的重復性。本課題中，我們在甲基乙烯基硅橡膠(PMVS)中填充碳納米管(CNTA)和炭黑(CB)制得了導電復合材料，并系統(tǒng)研究了導電填料網(wǎng)絡、復合材料應變傳感行為和疲勞周期下電性能穩(wěn)定性的關系。我們研究了填料用量和體積配比對填料導電網(wǎng)絡、復合材料應變傳感行為和電性能穩(wěn)定性的影響，并試圖制備出一種兼具高靈敏度、重復性和疲勞周期下電性能穩(wěn)定性的導

2、電復合材料。
　　首先，我們選定剛開始逾滲時1.5vol.％，逾滲快結束時3vol.％和遠超過逾滲區(qū)6vol.％三個關鍵填料用量作為參考對象，并變換炭黑與碳納米管的體積配比（VCNTA/VCB=0∶10，4∶6，10∶0），研究了形成的導電復合材料的導電性能和力學性能。我們發(fā)現(xiàn)所有復合材料的斷裂伸長率均能達到78％以上，說明復合材料在用于應變傳感時能承受較大應變。通過橡膠加工分析儀(RPA)和電鏡對硅橡膠基體中填料的網(wǎng)絡進行了表征

3、，說明了復合材料導電性能隨填料體積分數(shù)和不同填料體積配比變化的原因。
　　我們發(fā)現(xiàn)，隨著填料體積分數(shù)及VCNTA/VCB的增加，復合材料的電阻-應變靈敏度降低;隨著填料體積分數(shù)的增加，復合材料應變傳感行為的重復性及疲勞周期下的電性能穩(wěn)定性提高。無論是硅橡膠基體中填充顆粒狀還是纖維狀的填料，填料含量在逾滲值附近，復合材料的電阻-應變靈敏度都是最高的，而復合材料應變傳感行為的重復性及疲勞周期下的電性能穩(wěn)定性是最差的;填料含量遠超逾滲值

4、，情況則恰恰相反。由于碳納米管的長徑比較大，相同填料含量下CNTA/PMVS復合材料比CB/PMVS復合材料的電性能好，但是CNTA/PMVS復合材料疲勞周期下的電性能穩(wěn)定性是最差的。所以依賴單一的碳納米管或者炭黑網(wǎng)絡很難同時獲得高的靈敏度、重復性和電性能穩(wěn)定性。
　　填料體積分數(shù)為3vol.％的CNTA/CB/PMVS復合材料同時表現(xiàn)出高靈敏度（60％的應變下應變系數(shù)GF為10），高重復性(max R/R0的相對標準偏差為3.5