基于炭黑填充导电橡胶的压力传感器非线性特性

通过分析力敏炭黑填充导电橡胶(力敏导电炭黑/橡胶)"负电阻-压力系数"(NPCR)的主因,研究了基于炭黑填充导电橡胶的力传感器非线性特性。研究表明,当炭黑体积分数接近临界渗流体积分数时,NPCR非线性的主因为电阻率的非线性减小;炭黑体积分数在渗流区时,NPCR非线性的主因为电阻率的非线性减小和导电橡胶应力-应变关系的非线性;若炭黑体积分数在传导区时,NPCR非线性的主因为应力-应变关系的非线性。随着炭黑体积分数的增大,力敏导电炭黑/橡胶的NPCR非线性逐渐减弱。此外,由于界面压阻效应以及导电橡胶近似不可压缩体的性质,用于获取NPCR效应的电极分布形式也对NPCR效应的非线性特性存在影响。     

炭黑填充导电橡胶的温度传感器灵敏系数

以通用有效介质理论为基础,给出了炭黑填充导电橡胶(导电炭黑/橡胶)的温度传感器电阻-温度计算模型。利用该模型得出材料的灵敏系数计算公式,并结合形变和电阻率的变化对正电阻-温度特性(PTCR)的影响分析材料的灵敏系数特性。结果表明:在炭黑分布均匀、体积分数在渗流体积分数附近等条件下,电阻-温度计算模型与实验吻合,表现出一致的PTCR变化规律。导电炭黑/橡胶的PTCR效应主要源于基体膨胀导致炭黑体积分数的稀释作用,若炭黑体积分数在渗流区,导电炭黑/橡胶的灵敏系数为280~420;当炭黑体积分数在传导区时,其灵敏系数为32.5~62.0。导电炭黑/橡胶的PTCR效应是热-形变与形变-电导过程的乘积效应,导电炭黑/橡胶的灵敏系数高,但其体积膨胀系数低,使材料的电阻温度系数较低。     

基于炭黑填充导电橡胶的力敏传感器的灵敏度

以通用有效介质理论为基础,给出了,炭黑填充导电橡胶(炭黑/橡胶)的力敏传感器灵敏度计算方程.采用该方程并结合形变和压阻效应,分析了影响力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度的主要参数.结果表明:炭黑体积分数是影响力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度的主要参数.当炭黑体积分数在临界体积分数附近时,力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度为0.1～11.5 MPa-1,其敏感机制主要为压阻效应.当炭黑体积分数在渗流区时,灵敏度为0.2～3.6 MPa-1,其敏感机制还与接触压力的大小有关,压力较小时,主要为压阻效应;压力较大时,主要为应变效应.若炭黑体积分数在传导区,灵敏度为0.3～1.7 MPa-1,其敏感机制主要为应变效应.     

基于炭黑填充导电橡胶的力敏传感器的灵敏度

以通用有效介质理论为基础, 给出了炭黑填充导电橡胶(炭黑/橡胶)的力敏传感器灵敏度计算方程。采用该方程并结合形变和压阻效应, 分析了影响力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度的主要参数。结果表明: 炭黑体积分数是影响力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度的主要参数。当炭黑体积分数在临界体积分数附近时, 力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度为0.1～11.5 MPa^-1, 其敏感机制主要为压阻效应。当炭黑体积分数在渗流区时, 灵敏度为0.2～3.6 MPa^-1, 其敏感机制还与接触压力的大小有关, 压力较小时, 主要为压阻效应; 压力较大时, 主要为应变效应。若炭黑体积分数在传导区, 灵敏度为0.3～1.7 MPa^-1, 其敏感机制主要为应变效应。     

炭黑填充型导电橡胶的压力/温度特性研究

分析了导电橡胶的压阻效应和温度效应,实验制备了导电橡胶试样,并研究了试样添加不同导电粒子后的压阻特性和温度特性。研究表明,导电橡胶添加不同导电材料时呈现出不同的温度特性,随温度的升高,单独添加乙炔炭黑的导电橡胶在30～70℃之间呈现负温度效应,在70～120℃之间呈现正温度效应;乙炔炭黑与N472并用的导电橡胶随温度的升高呈现正温度效应;添加纳米Al2O3的导电橡胶随温度的升高呈现正温度效应和负温度效应。探讨了压力变化时电阻率与温度的相关性,分析了产生不同温度特性的主要原因。     

炭黑填充硅橡胶导电机制的研究

研究了炭黑填充液体硅橡胶电阻率随炭黑含量、拉力、温度的变化特性。发现受载时其阻值 的弛豫过程可用指数型弛豫议程描述。根据隧道导理论推算了其电阻随拉力的变化关系，可近似用二次多项式表示，将实验结果按此式拟合，符合得很好，根据拟合参可估算其弹性模量和导电粒子平均间隙的典型值。     

导电炭黑及在橡胶中的应用

用于橡胶基质的导电填充剂主要是炭黑,此外还有碳纤维、金属粉、金属箔、不锈钢细丝等。本文主要对导电炭黑的种类特点以及在橡胶中的应用进行阐述。     

炭黑填充导电橡胶的力敏传感器灵敏系数

以通用有效介质理论为基础, 给出了炭黑填充导电橡胶(炭黑/橡胶)的力敏传感器灵敏系数计算方程。采用该方程并结合应变和压阻效应对"负压力-电阻特性"(NPC)的影响程度, 分析了力敏导电炭黑/橡胶的灵敏系数和工作原理。结果表明: 炭黑体积分数在临界体积分数附近时, 力敏导电炭黑/橡胶的灵敏系数在2.5～13之间, 其工作原理主要为压阻效应。当炭黑体积分数在渗流区时, 灵敏系数在2.5～4.5之间, 其工作原理与接触压力的大小有关。压力较小时, 其工作原理主要为压阻效应; 压力较大时, 其工作原理主要为应变效应。炭黑体积分数在传导区时, 灵敏系数在2.0～2.5之间, 其工作原理主要为应变效应。      

橡胶/炭黑导电复合材料的压阻效应研究进展

综述了炭黑填充的压敏导电橡胶复合材料的压阻机理、压阻特性和压阻数学模型等方面的研究工作进展。讨论了加工工艺条件、填料性质、分散性等因素对压敏导电橡胶复合材料的压阻性能及压阻稳定性的影响。     

炭黑填充天然橡胶材料动态非线性特性研究

加入炭黑可以显著改善橡胶材料的各种力学性能,同时使材料表现出显著的动态非线性特性,即Payne效应。该文探索了炭黑填充天然橡胶材料的动态非线性特性,发现材料的非线性具有明显的温度依赖性。当温度低于0℃时,材料的非线性特性随温度的降低而增强;当温度高于0℃时,温度对材料非线性特性的影响降低。当幅值较小时,填充橡胶材料非线性动态力学性能的频率依赖性比幅值较大的情况更强。利用Maier-G?ritz模型探究了非线性动态力学特性温度和频率相关性的机理,结果显示,填料网络和结合胶随温度、加载频率的变化是影响材料动态非线性动态力学特性温度和频率依赖的主要原因。     

导电炭黑填充硅橡胶的电阻温度系数

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备导电复合材料。研究导电橡胶中炭黑质量分数对电阻温度系数的影响,并用填料对电阻温度系数的影响。以隧道效应理论为基础,给出了导电炭黑填充橡胶的电阻温度系数计算模型,结合实验得到温度对导电炭黑/硅橡胶电阻温度系数的影响主要体现在对其电阻率的影响;基体的体积热膨胀提高复合材料的电阻率,提高了正电阻温度系数;炭黑粒子间的隧道效应降低复合材料的电阻率,增强了负电阻温度系数;在炭黑/硅橡胶中加入少量碳纳米管,利用碳纳米管和炭黑的协同补强效应,使复合材料的导电性和稳定性提高。     

填充炭黑对柔性触觉传感器用导电硅橡胶性能的影响

炭黑添加到绝缘的硅橡胶中,制备具有压阻特性的导电硅橡胶是触觉传感器常用的一种材料。通过实验研究3种填充炭黑制成的导电硅橡胶的渗流现象、相同体积分数时压阻特性。显示3种炭黑填充的导电硅橡胶具有不同的渗流阈值,同体积分数下的压阻特性也不相同。相同种类炭黑的添加量改变时,在渗流阈值附近导电硅橡胶的压阻特性最明显。利用扫描电镜(SEM)分析导电硅橡胶的断面形貌,表明导电硅橡胶性能与填料炭黑的分布有关,而炭黑的分布又与其结构相关:粒径越小、表观密度和比表面积越大的高结构炭黑分散性越好,导电硅橡胶的渗流阈值越小,相同体积分数下所获得压阻特性越显著。     

炭黑/聚氨酯泡沫导电复合材料的开发

制备了以聚氨酯软泡为基体的炭黑 /聚氨酯泡沫导电复合材料 ,研究了炭黑的用量及交联剂、扩链剂、偶联剂等助剂对复合材料电学及力学性能的影响。     

低压缩永久变形导电炭黑/硅橡胶复合材料的制备与性能

为获得一种低压缩、永久变形及高回弹的导电屏蔽硅橡胶密封材料,以经偶联剂表面处理的炭黑作补强剂及导电填料,乙烯基硅橡胶生胶作基料,制备出一种导电炭黑/硅橡胶复合材料。研究了不同炭黑含量的导电炭黑/硅橡胶复合材料的力学性能、弹性、分散性以及电性能,采用SEM观察了炭黑在硅橡胶基体中的分布形貌,分析了导电炭黑/硅橡胶复合材料的导电机制及屏蔽机制。结果表明:随着炭黑含量的增加,导电炭黑/硅橡胶复合材料的Shore A硬度由31增至70;拉伸强度先由3.31 MPa增至5.28 MPa,而后趋于稳定;拉断伸长率先由198%增至297%,然后再减小至210%;恒定压缩永久变形量先减小后增大,瞬间回弹率逐渐减小;由于"炭黑簇"的形成及导电通路的完善,导电炭黑/硅橡胶复合材料的导电性能及屏蔽效能增强。