石墨镍粉PET基复合机敏材料的制备及其性能研究

摘要

导电复合材料作为一种功能材料，其导电性能往往受到外场作用而具有力敏、温敏、非线性等功能特性，是当前材料科学与工程界的前沿与重要课题。本研究以PET(聚对苯甲二酸乙二醇酯)为基质材料，石墨、镍粉为导电相功能填料，制备了石墨镍粉PET基复合机敏材料，并对其力学性能、导电性能、压敏性能进行了系统的室内试验研究与理论分析，研究成果可为该材料的进一步研究及其工程应用提供理论依据与技术支撑。主要研究内容与结论如下:
　　 1.进行了PET含量、集料级配、导电相的掺量以及种类对PET基复合材料力学性能的影响分析。试验结果表明:PET∶集料=1∶3，采用偏粗连续级配的复合材料力学性能较为优异;石墨的掺加降低了复合材料的力学性能，而镍粉对复合材料的力学性能能有效地改善。
　　 2.研究了不同掺量的石墨与镍粉对PET基复合材料导电性能的改善效果。结果表明:镍粉对复合材料导电性能改善效果要比石墨好;石墨掺量由8％至12％变化时，材料电阻率由3.5×106Ω·m降到了46.45Ω·m;镍粉掺量由15％至40％变化时，材料电阻率由3.3×104Ω·m降到了0.09Ω·m。
　　 3.通过PET基复合材料的力电响应试验，分析了导电相掺量与材料压敏性之间的关系。结果显示:导电相掺量过低或过高时，复合材料都未表现出理想的压敏性;导电相掺量接近渗滤阈值时，复合材料的压敏性能优异。
　　 4.分析了压应力级位、加载速率对PET基复合材料压敏性能的影响。分析表明:石墨/PET基复合材料对较小级位的压应力较为敏感，镍粉/PET基复合材料对较大的压应力较为敏感;加载速率对石墨/PET基复合材料的压敏性能影响显著，而镍粉/PET基复合材料的压敏性受加载速率影响不大。
　　 5.对PET基复合机敏材料的传感器性能研究表明:PET基复合机敏材料表现出较为理想的满度值，较小的非线性误差，较大的灵敏度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 水泥基机敏材料的研究现状

1．2．1 石墨水泥基机敏材料

1．2．2 炭黑水泥基机敏材料

1．2．3 碳纤维水泥基机敏材料

1．2．4 碳纳米管水泥基机敏材料

1．2．5 镍粉水泥基机敏材料

1．3 沥青基机敏材料的研究现状

1．4 聚合物基机敏材料的研究现状

1．5．主要研究内容及拟解决的关键问题

1．5．1 研究思路

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

第2章 PET基复合机敏材料的组成设计

2．1 引言

2．1 原材料

2．1．1 PET

2．1．2 集料

2．1．3 导电相材料

2．2 材料的组成设计

2．2．1 集料级配

2．2．2 PET用量

2．2．3 导电相材料掺量

2．3 PET基复合机敏材料的制备

2．3．1 制备方法

2．3．2 制备工艺

2．3．3 PET基复合机敏材料试件电极的制作

2．3．4 PET基复合机敏材料试件电阻的测试方法

第3章 PET基复合机敏材料的力学性能与导电性能

3．1 引言

3．1 材料的力学性能试验研究

3．1．1 试验方法与测试系统

3．1．2 PET含量对复合材料力学性能的影响

3．1．3 集料级配对复合材料力学性能的影响

3．1．3 导电相掺量对复合材料力学性能的影响

3．2 材料的导电性能试验研究

3．2．1 试验方法与测试系统

3．2．2 石墨掺量对复合材料导电性能的影响

3．2．3 镍粉掺量对复合材料导电性能的影响

3．3 本章小结

第4章 PET基复合机敏材料的压敏性能研究

4．1 引言

4．1 试验设计

4．1．1 材料制备

4．1．2 加载设备与加载方式

4．1．3 数据采集记录系统

4．2 导电相掺量对复合材料压敏性能的影响

4．2．1 石墨掺量对复台材料压敏性能的影响

4．2．2 镍粉掺量对复合材料压敏性能影响

4．2．3 不同导电相种类下复合材料的压敏性能

4．3 静态荷载下材料的电阻变化规律

4．3．1 石墨／PET基复合材料的电阻变化

4．3．2 镍粉／PET基复合材料的电阻变化

4．3．3 静态荷载下材料电阻变化机理的讨论

4．4 等幅台阶式循环荷载下材料的电阻变化规律

4．4．1 石墨／PET基复合材料的电阻变化

4．4．2 镍粉／PET基复合材料的电阻变化

4．4．3 复合材料对各级压应力响应状态分析

4．5 加载速率对材料电阻变化的影响

4．5．1 加载速率对石墨／PET基复合材料电阻的影响

4．5．2 加载速率对镍粉／PET基复合材料电阻的影响

4．5．3 不同加载速率下材料ΔR／R0与σ拟合分析

4．5．4 不同加载速率下材料ΔR／R0与ε拟台分析

4．6 本章小结

第5章 PET基复合机敏材料传感器性能研究

5．1 引言

5．2 满度值

5．2 灵敏度

5．2．1 单位应力下材料Δ(ΔR／R0)分析

5．2．2 单位应变下材科Δ(ΔR／R0)分析

5．3 线性度

5．3．1 石墨／PET基复合材料线性度分析

5．3．2 镍粉／PET基复台材料线性度分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 后续工作的建议

参考文献

致谢

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