纳米改性材料对导电硅橡胶防腐特性的改善研究

利用纳米SiO2和石墨与炭黑并用填充硅橡胶基体制备了导电硅橡胶,利用酸、碱、汽油和甲苯对3种导电硅橡胶试样进行腐蚀处理,研究了纳米改性材料添加前后,导电硅橡胶试样机械性能和导电性能在腐蚀前后的变化情况。研究表明:导电硅橡胶耐强酸腐蚀能力较弱;添加改性材料后,导电硅橡胶试样抗腐蚀能力增强,机械性能稳定性增加;添加改性材料后,导电硅橡胶试样的压阻特性、弛豫性以及回滞性等性能腐蚀前后的变化程度降低,稳定性增加。     

改性材料对炭黑填充压敏硅橡胶导电性能的影响

针对纳米材料具有改善导电橡胶填料分散性、体系压阻特性及稳定性的效果,通过将2%的纳米白炭黑(SiO2)、非纳米白炭黑、纳米α-三氧化二铝(α-Al2O3)3种改性材料与不同含量炭黑并用填充硅橡胶,制备了导电硅橡胶。测试并研究了导电硅橡胶的渗滤阈值、压阻特性及压阻范围。讨论了导电硅橡胶的迟滞及弛豫性能。通过扫描电镜照片,分析了纳米材料对导电硅橡胶的改性机理。研究表明,添加纳米材料后,导电硅橡胶的渗滤阈值降低,压阻范围及压力敏感区间明显扩大;炭黑在导电硅橡胶中分散更加均匀;导电硅橡胶电阻弛豫时间显著缩短并且迟滞性降低。     

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。     

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。     

SiO2纳米粉对炭黑／硅橡胶复合材料的压阻,阻温特性的影响

研究了添加导电炭黑和ＳｉＯ２纳米粉的硅橡胶复合材料的导电机理、压阻及阻温效应。发现：添加１５ｇ导电炭黑的硅橡胶（硅橡胶为１００ｇ，下同）的压阻效应，随着纳米Ｓｉ２量的增加显著提高。在一定压力范围内，电阻随压力增加而呈线性增加。只添加１５ｇ导电炭黑的硅橡胶材料的电阻率随温度升高而略为降低，而加入纳米级气相法生产的ＳｉＯ２的炭黑／硅橡胶复合材料的电阻随温度增加而增加。且其导电机制为欧姆导电。其电导率受     

烯丙基离子液体修饰炭黑/硅橡胶复合材料的压阻特性

为改善炭黑在硅橡胶中的界面性质,通过机械研磨法,采用1-烯丙基-3-甲基-咪唑氯盐对炭黑进行表面修饰,再与硅橡胶混炼制备炭黑填充硅橡胶柔性复合压阻材料,研究了修饰炭黑对复合材料的导电渗流和压阻行为、压阻松弛和循环特性的影响。扫描电镜表明,与未经修饰的炭黑对比,修饰炭黑在硅橡胶基体中形成炭黑离子凝胶结构。由于炭黑离子凝胶的增塑作用及在靠近时相互排斥和在远离时相互吸引作用,离子液体修饰炭黑/硅橡胶复合材料较炭黑/硅橡胶具有更敏感的正压阻效应和更短的压阻松弛时间,并且循环压缩测试结果表明离子液体修饰炭黑/硅橡胶复合材料电阻变化具有更好的可重复性。     

炭黑填充粒子对导电硅橡胶压阻特性的影响

阐述了复合型导电高分子材料的导电机理,分析了4种导电炭黑填充量对导电硅橡胶导电特性的影响,实验分析了相同导电填料、不同质量分数情况下的导电硅橡胶压阻特性,分析了相同质量分数、不同导电填料对复合材料压阻特性的影响。研究表明,随着炭黑填充量的不断增加,复合材料体积电阻率均呈下降趋势;4种炭黑填充的导电硅橡胶渗流阀值较接近;导电硅橡胶的电阻-压力变化规律符合隧道效应理论模型;为保证导电硅橡胶具有良好的压阻特性,应根据原料控制好导电炭黑的添加量。     

导电橡胶复合材料压力传感特性研究

基于填充型导电高分子柔性复合材料压阻效应,研究导电橡胶压力传感过程中的特殊性能。确定了实验材料与合成工艺,实验室制备出了炭黑填充型导电硅橡胶柔性复合材料,研究了复合材料压力传感特性主要影响因素。分别采用气相法和液相法对炭黑粒子进行表面氧化改性,可有效提高炭黑在基体材料中的分散性,从而改善和提高压力传感性能。双组分基体材料压阻特性优于单组分材料,粘度越大,压阻特性越好,压力传感过程中的电阻弛豫时间越短,电阻迟滞特性系数越小。炭黑与多壁碳纳米管并用,可增强复合材料力敏效应,提高复合材料压力传感性能。     

乙炔炭黑表面氧化改性及对硅橡胶压阻特性的影响

采用气相法和液相法分别对炭黑表面进行氧化预处理,通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜能谱分析等分析手段对处理后炭黑的结构进行了表征,并将其填充到硅橡胶中制成导电橡胶复合材料。通过扫描电镜对试样进行形貌分析,并以压阻试验台测试了所制试样的压阻性能。实验结果表明,在橡胶基质中气相法处理的炭黑分散性好于液相法,结果与炭黑在水溶性基质中的分散性相反。在200℃通O2氧化1h得到的炭黑表面修饰的羟基、羧基等含量高,在硅橡胶中的分布均匀,处理后炭黑的填充导电橡胶电阻降低1个数量级,并且呈良好压阻特性,进一步提高了基于导电橡胶的柔性压力传感器的应用范围。     

导电硅橡胶基体粘度及组分对导电性能的影响

硅橡胶基体黏度及组分的不同,对导电橡胶填料的分散性、体系压阻特性及稳定性影响不同。通过将单组份室温硫化硅橡胶GD401、不同黏度的双组份室温硫化硅橡胶107以及双组份室温硫化硅橡胶GMX-331D与乙炔炭黑反应制备了导电硅橡胶。研究了导电硅橡胶的渗滤阀值、压阻特性及压阻范围。讨论了导电硅橡胶的迟滞及弛豫性能。研究表明,导电硅橡胶的渗滤阀值为6%炭黑填充质量分数,渗滤区间为6%~10%之间;基体硅橡胶的粘度越高,压阻特性越好,电阻弛豫时间越短,电阻迟滞性系数越小;双组份基体比单组份基体压阻特性曲线的光滑度好,电阻弛豫时间短,电阻迟滞性系数小。     

炭黑/硅橡胶导电复合材料微观结构及其导电特性

对炭黑/硅橡胶导电复合材料的微观结构及导电特性进行了研究。以液体硅橡胶为绝缘基体、纳米导电炭黑颗粒为填充材料制作的复合材料具有优良的导电特性,通过实验测试获得了不同炭黑含量下复合材料的电阻率,当炭黑质量分数4%时,可获得较好的导电性。利用电子扫描系统对炭黑颗粒在硅橡胶基体中的微观结构分布进行了观察,观察发现纳米炭黑颗粒主要以"团聚体"及与之相连的"链条"结构两种形式存在,并不是均匀规则的。将"团聚体"与"链条"结构简化为可变形的"大颗粒",在此基础上建立了相应的导电模型。     

碳系填料对聚氨酯弹性体导电性能的影响

为改善柔性传感器基体材料的力传感性能,利用物理共混的方式将碳系填料(乙炔炭黑、超导炭黑、碳纳米管、纳米石墨)填充到聚醚型聚氨酯预聚体中,经过扩链、硫化形成导电聚氨酯弹性体。分析了碳系填料在基体中的分布情况,测试了导电聚氨酯弹性体的渗滤阈值、压阻特性及压阻范围,讨论了导电聚氨酯弹性体的迟滞性与弛豫性。研究表明,乙炔炭黑在基体中分散性最好;超导炭黑填充型导电聚氨酯弹性体的导电性能与电阻弛豫性最好;纳米石墨填充型导电聚氨酯弹性体的压阻范围最小;乙炔炭黑填充型导电聚氨酯弹性体电阻迟滞性最优。     

双导电相硅橡胶力敏材料的制备与电性能分析

为了获得具有较好压阻稳定性和重复性的力敏复合材料,在炭黑/硅橡胶复合体系中加入纳米氧化钌,完善补充导电相的同时加固硅橡胶交联网络。采用溶剂热还原法制备金属钌纳米颗粒,在空气中热氧化,得到尺寸为数十纳米的氧化钌颗粒;采用溶剂共混的方法制备炭黑/硅橡胶共混胶,用研磨分散的方法将纳米二氧化钌加入炭黑/硅橡胶共混胶中,硫化成型后得到氧化钌(RuO2)-炭黑(CB)/硅橡胶(MVQ)双导电相复合材料。采用自建的压阻性能测试系统测试了复合材料的压阻性能,测量结果表明,CB/MVQ体系中加入一定用量的RuO2其压阻重复性变好,压阻蠕变性得到改善;用扫描电镜、透射电子显微镜分析了复合材料的微观结构,并用能谱分析结合电子衍射图证明了纳米氧化钌以纳米结构存在于复合材料中,丰富和完善了炭黑导电网络,加固了硅橡胶交联网络,这些因素是导致压阻重复性提高的主要因素。     

纳米SiO_2对压力敏感导电橡胶静态特性和动态特性的影响

以炭黑(CB3100)作为导电相,硅橡胶为基质制备柔性触觉传感器用力敏导电复合材料。通过SiO2填料对导电橡胶的纳米改性,研究了纳米SiO2对导电橡胶静态特性和动态特性的影响。静态特性结果表明,适量纳米SiO2粒子对导电橡胶具有良好改性作用,增强了导电橡胶的导电性,缩短电阻弛豫时间,改善其压力-电阻曲线的线性度,提高导电橡胶对温度的稳定性。动态特性结果表明,SiO2的加入能够缩短阶跃力作用下导电橡胶电阻达到稳定所需的时间,但对响应时间和频率响应无显著影响。此外,SiO2的加入也存在负面影响,如使得阶跃响应信号的峰值时间增长。     

乙炔炭黑填充导电硅橡胶的研究

对乙炔炭黑填充硅橡胶的导电性能进行研究.实验结果表明:在甲基乙烯基硅橡胶中,随着乙炔炭黑用量增加,试样的体积电阻率呈降低趋势;白炭黑对硅橡胶导电性能有较大不良影响;经过热处理后,硅橡胶的导电性能有明显改善.     

碳纳米管/炭黑/硅橡胶复合材料的压阻计算模型分析

以碳纳米管、炭黑为填料,硅橡胶为基体制备柔性压力敏感材料。将炭黑填充硅橡胶的压阻计算模型扩展应用于碳纳米管/炭黑/硅橡胶材料,研究了不同填料配比下的碳纳米管/炭黑/硅橡胶的渗流特性,并通过实验对计算模型进行了分析。结果表明,在碳纳米管/炭黑/硅橡胶体系中,选择适合的碳纳米管和炭黑组分配比,可获得较低的渗流阈值,且压阻实验结果与计算曲线偏差较小;由于碳纳米管和炭黑的协同效应和通用有效介质理论适用的边界条件,使得在碳纳米管/炭黑以一定的配比混合下,并用的导电填料体积分数略偏离阈值附近时,实验结果与计算模型曲线可以较好地吻合。     

具有高压阻重复性和敏感性的纳米碳管复合硅橡胶

通过比较不同长径比的多壁纳米碳管复合硅橡胶的渗流特性发现长径比大于10000(长200μm,直径20nm)的长纳米碳管具有与长径比小于100(长2μm,直径20nm)的短纳米碳管显著不同的渗流特性,测量发现:随着导电相质量分数的增加,短纳米碳管呈现压阻系数由正到负的变化规律,而长纳米碳管即使导电相体积分数较低时也未呈现单调正的压阻系数,通过比较TEM和SEM照片,渗流曲线图以及对实验结果的分析,表明导电相的形貌对弹性体复合材料的压阻特性有很大影响。测量还表明对应最显著压阻变化率的质量分数长,短纳米碳管复合硅橡胶明显高于短纳米碳管复合硅橡胶,并且具有更高的压阻重复性,其在高体积分数下的高压阻敏感性、高补强作用及高压阻重复性使得该材料能用于柔性力敏传感器。     

碳纤维填充对导电硅橡胶压阻效应及电阻蠕变行为的影响

将导电粒子添加到绝缘硅橡胶中制备出具有压阻效应的导电硅橡胶,它是一种新型压力传感器用材料。选用3种不同长度的碳纤维作为导电填料,高温硫化硅橡胶作为基体制备导电橡胶,同时在100μm长碳纤维填充导电橡胶中引入镍包铝球形粒子形成复合填料。分析了导电硅橡胶的渗流特性、压阻效应与电阻蠕变行为,发现纤维长度和纤维添加量对导电橡胶的压阻行为有显著影响:纤维长度增大,导电橡胶的渗流阈值变小;导电橡胶的压阻效应在渗流区间明显;球形镍包铝可以削弱导电橡胶的电阻蠕变程度。     

炭黑填充型导电复合材料的压阻计算模型及实验验证

为研究新型传感器材料,在通用有效介质理论的基础上,提出了炭黑填充型导电复合材料的压阻特性数学计算模型,定量地得出炭黑颗粒的基本特征参数、体积分数和聚合物基体的弹性模量在复合材料压阻规律中的影响。分别以硅橡胶和高密度聚乙烯为基体相,三种不同粒径的炭黑为导电相,制备了炭黑填充型复合材料,对计算模型进行了实验验证。在炭黑颗粒分布均匀、炭黑体积分数在渗流阈值附近和外加压力≤2 MPa等三个边界条件下,数学计算模型与实验结果基本吻合,且压力-电阻变化规律一致。      

用于接触压力测量的柔性力敏导电胶研究

根据目前接触压力测量的研究现状和发展趋势,提出了一种新型柔性力敏导电胶敏感材料用于接触压力测量的思想.研究了柔性力敏导电胶的导电机理和力敏效应,对炭黑/硅橡胶/纳米二氧化硅复合体系的压阻特性,迟滞特性及时间响应特性进行了实验和分析.表明了这种可液体成型的新型力敏导电胶敏感材料具有较好的电学和力学性能,且工艺简单,成本低,可任意成型,适应于接触压力特别是柔性接触压力的测量场合.