炭黑%2f硅橡胶电阻-变形性能研究.pdf

东华大学
硕士学位论文
炭黑/硅橡胶电阻--变形性能的研究
姓名:于涛
申请学位级别:硕士
专业:纺织工程
指导教师:丁辛
2011-11
炭黑/,智能纺织品得到了大力发展。作为智能纺织品的核心元件,与智能纺织品相结合的传感器的发展远远不能满足其要求。由于智能纺织品特殊的性能,如柔韧性、可变形性、舒适性等,要求整合到智能服装上的传感器也要满足这些性能。这就限制了传统传感器在纺织品上的应用。基于此,寻找一种适合智能纺织品的柔性传感器成为本课题的研究重点。作为智能纺织品的核心部分,其传感器必须具有良好的柔韧性和可穿戴性。目前,国内外学者在这方面研究较多的是织物传感器、压电薄膜传感器等。前者虽能对形变进行测量,但是由于在往复的测量过程中,导电纤维间的不规则滑移导致其机械滞后产生弛豫,所以测量精确度低,重复性差;后者涉及到柔韧性的问题,虽然压电薄膜传感器可以承受厚度方向较大的压力,但是材料不能承受大幅度的弯折,而且只能用于动态信号的测量。炭黑/硅橡胶已经在许多文献中有所提到,该类传感器具有良好的柔韧性和合适的电阻一变形特性。但是该类材料通常电阻变化范围小,对外力信号的敏感性较差;另外,在制备中炭黑易于团聚,使其在橡胶中分散不匀,影响了电阻一变形性能的稳定性。为了开发一种具有良好柔性且具有电阻一变形特性的传感器,本课题完成了以下四个方面的工作:东华大学硕士生毕业论文
合两种方法,通过对比两种方法制的材料的优劣,最终选择机械混合剿魈亢冢柘鸾旱某尚头椒ā7直鸪⑹运客∷ⅰ⒒祷作为制作炭黑/硅橡胶的方法。罱ú馐云教āMü馐苑椒ǖ慕ⅲ、迟滞性能等。确定炭黑/硅橡胶中炭黑的质量分数为%,随压力增大电阻单调减小,,用加压/ü煌粒径的炭黑混合、在材料中混入纳米二氧化硅材料和对炭黑在不同气氛中的等离子体处理等几种方式,探索提高炭黑/。本文以压阻性能为例。不同粒径的炭黑混合,可以提高炭黑/硅橡胶的压阻线性度和压力敏感性;纳米二氧化硅质量分数占炭黑/硅橡胶ナ保锏阶钣诺慕档偷缱璧男Ч煌ü壤胱哟硖亢诤螅可以提高炭黑/硅橡胶的压力敏感性。ǜ衅鞯挠τ谩@锰亢冢柘鸾褐谱魅嵝缘闹镄伪浯ǜ器,整合于塑胶手套中,测量手指弯曲变形,并通过程序模拟实时显示手指动作。实验发现模拟结果与手指实际动作具有良好的一致性。传感器柔软、弹性好,不会妨碍人体的动作。关键词:智能纺织品;炭黑;硅橡胶;传感器;压阻性能;等离子处为传感器的基本性能,确定各成分合适的配比,测量对外力敏感性、理东华大学硕士生毕业论文摘要
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第一章引言弟一草与智能纺织品可以对外界环境的刺激作出响应,是纺织材料与电子产品相结合的产物。传感器作为智能纺织品的核心元件,成为研究的重点。由于炭黑填充硅橡胶韵录虺啤疤亢冢柘鸾骸具有良好的传感特性和机械性能,己成为智能纺织品敏感材料的优先选择之一。本章首先介绍了课题的研究背景和意义,然后提出研究目标、陈述内容及方法,最后列出论文的章节安排。研究昔景及齑义随着社会的进步,服装趋向于功能化发展,智能纺织品应运而生,如可以控制音乐播放器的服装、可以监测儿童及老人生理参数的服装、可以感知人体姿势的服装等。这些服装功能的实现均是通过在服装中嵌入传感器来完成。应用在智能服装中的传感器除满足普通传感器的一系列性能外,由于服装的特殊性,要求所嵌入的传感器具有诸如柔韧性、易变形、舒适性、易与服装结合等特点。因此,研究薄且柔韧的传感器材料,对提高智能纺织品的性能具有重要意义。炭黑/硅橡胶作为一种力敏材料,具有良好的电阻一变形特性。由于其基体是硅橡胶材料,所以材料柔软,较纺织材料的弹性模量小得多,不影响纺织材料的变形。因此,这类材料在柔性传感器应用方面具有明显的潜力。然而,炭黑/硅橡胶的性能也存在一定的缺陷,比如外力响应范围不大,对外力敏感性不足,有一定的电阻一变形迟滞性等,在一定程度上限制了其应用范围。改进炭黑硅橡胶复合材料的电阻变形特性,以压阻性能为例,包括压力灵敏度、压阻重复性等。在此基础上,利用炭黑/硅橡胶复合材料,设计一副智能手套,实时显示人体手指的姿势。课题将通过机械混合的方法制作炭黑/硅橡胶试样,搭建测试平台测量其电阻一变形性能匝棺杼匦晕@;通过不同的方法改善其压阻特性,在此基础上制作一种能够用于服装的柔性变形传感器。通过电路搭建、数据采集、信