双组分硫化导电硅橡胶导电性能的研究

摘要

随着机器人领域的快速发展，对机器人智能化的研究越来越广，应用于机器人智能皮肤的触觉传感器逐步发展起来。导电硅橡胶，作为触觉传感器的主要材质，由具有导电性质的填料粒子填充到橡胶基体中制得，既有橡胶的柔韧性，又具备一定的导电性能。本实验选择炭黑和铜粉为导电填料，对添加不同含量的两种填料制得的导电橡胶进行性能测试。主要研究内容、分析及结论如下：
　　（1）基于导电通路理论和隧道效应理论，研究了导电硅橡胶的导电机理、压阻特性及弛豫特性，另外还介绍了形成导电通路的三种渗流模型。研究显示：当导电填料的浓度低时，隧道效应理论起主导作用；当导电填料浓度高时，导电通路理论起主导作用。导电硅橡胶的导电性能是两种理论共同作用的结果。
　　（2）通过对原材料种类和含量的分析，选择双组分室温硫化硅橡胶为基体材料，炭黑和铜粉为导电填料，二甲基硅油为稀释剂，正硅酸乙酯为交联剂，二月桂酸二丁基锡为催化剂，硅烷偶联剂为偶联剂，正己烷为有机溶剂，运用溶液共混法制备出不同的实验样品，对样品的性能进行检测。通过对实验结果进行对比与分析，确定最佳配比方案，从而制备出具有良好综合性能的导电硅橡胶。
　　（3）研究了不同试样的导电性能和压阻特性。对其导电性能分析得知：当总含量一定时，添加铜粉后的试样电阻明显比未添加时的低，说明炭黑和铜粉的混合可以改善导电硅橡胶的导电性能，同时也减少了炭黑的用量，降低了成本。对其压阻特性分析得知：添加不同含量的炭黑和铜粉，制得的样品压阻特性曲线的变化趋势大致相同，通过对比确定了B2（15％炭黑+9%铜粉）、C2（18%炭黑+9%铜粉）试样不仅具有良好的导电性能，又有较宽的压阻范围。通过电阻弛豫特性实验，研究试样在恒定外力作用下电阻随时间的变化，分析弛豫现象产生的机理以及施加不同外力对导电硅橡胶内部结构的影响。研究发现，弛豫现象的研究对提高导电硅橡胶的稳定性和灵敏性具有重要的意义。
　　填料粒子的性质是影响导电硅橡胶导电性能的主要因素，常用的碳系填料不容易分散，金属系填料易氧化。本课题将两类填料并用，克服了单一填料的缺点，导电硅橡胶的综合性能得到提升，对触觉传感器的进一步实用化具有重要的意义。

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1绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的目的、意义及主要研究内容

2导电硅橡胶的理论基础

2.1 导电高分子材料简介

2.2 导电橡胶

2.3炭黑

2.4 铜粉

2.5 复合型导电高分子材料的导电机理

2.6本章小结

3导电硅橡胶的制备

3.1 实验材料

3.2 实验方案

3.3 分析测试

3.4 本章小结

4导电硅橡胶的压阻特性研究

4.1 导电橡胶的压阻效应

4.2 导电填料对导电硅橡胶导电性能的影响

4.3 导电填料对导电硅橡胶压阻性能的影响

4.4 本章小结

5导电硅橡胶的电阻弛豫特性研究

5.1 导电硅橡胶的弛豫特性

5.2 导电硅橡胶弛豫特性测试

5.3 本章小结

6总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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