导电高分子复合材料应力松弛监测基础研究

作     者：徐传国 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王璐珩

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：导电高分子复合材料 应力传感器 压阻时变性 电阻松弛 应力松弛 

摘      要：柔性压力传感器是一类具有广阔应用前景的新型传感器,但是由于作为其敏感元件的复合材料具有压阻时变性,严重降低了传感器的精度。因此有必要定量研究这种材料压阻效应的时间依赖性,通过对复合材料电阻松弛的监测实现对其应力松弛的监测,这种研究可以在不影响传感器柔韧性的前提下消除应力松弛的影响,具有重要意义。本文利用复合材料的松弛初始应力和加载速度对松弛过程的影响规律,设计了一种可实现应力松弛监测的电阻-应力转换算法。主要工作内容有以下五个方面：(1)设计并制备封闭“三明治式碳纳米管填充硅橡胶复合材料试样(质量比为0.04;1、0.08：1和0.12：1);(2)进行复合材料的压缩应力松弛实验(加载应力0.2MPa-0.4MPa,加载速度0.1 mm/min-5mm/min),获取试验中电阻、应力、应变随时间变化的数据;(3)定量研究加载过程和应力松弛过程中电阻-应力-应变-时间的变化特性,并研究碳纳米管与硅橡胶的质量比、松弛初始应力、加载速度对以上特性的影响;(4)在复合材料电阻松弛和应力松弛变化规律的基础上设计电阻-应力转换算法：(5)定性研究压缩应力松弛过程中复合材料内部结构与宏观电阻之间的关系。本文分析得到了复合材料的电阻和应力在荷载过程和应力松弛过程中的变化规律,初步推导了复合材料的导电机理,设计的电阻-应力转换算法实现了应力松弛的测量,应力松弛测量相对误差小于9%。