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随着塑料工业的迅速发展,热固性树脂凭借其力学性能优异、耐热性好等优点,越来越多地应用于建筑行业,机械装备、电子电器和航空航天等领域。据统计,2013年世界塑料总产量超过2.99亿吨,其中热固性树脂高达4200万吨。虽然塑料的广泛使用给国家和社会带来很大便利,但是使用之后产生的大量废旧塑料也为社会和自然带来严峻的环境问题。特别是热固性树脂一旦固化成型,就不能再熔融或者溶解,这对废旧热固性树脂的回收提出了较大挑战。本论文从热固性树脂回收再利用出发,通过高温热解碳化处理,将热固性树脂变为导电性能良好的碳材料。然后与聚合物弹性体复合,制备基于碳化材料柔性应变传感器。主要的研究工作和结果如下:(1)选用双酚A型苯并噁嗪单体经加热固化制备得到聚苯并噁嗪(PBa)热固性树脂,通过FTIR和TGA对其化学结构及热稳定性进行了表征。然后,PBa树脂经过球磨和碳化处理,得到碳化聚苯并噁嗪粉末(F-cPBa)。最后,F-cPBa与PDMS预聚物共混后固化,得到F-cPBa/PDMS柔性拉伸应传感器。该传感器的响应电流与拉伸应变呈正相关,且在相同应变下的循环加载,传感器的相对电流变化率(RCV)具有较好的稳定性和可重复性。此外,应变传感器的响应滞后性很小,响应时间仅为25.5 ms。(2)块状的PBa树脂在N2氛围下经高温碳化处理,得到了聚苯并噁嗪碳化多孔材料(P-cPBa)。通过SEM观察,P-cPBa的孔径分布较宽,这与碳化过程中,PBa树脂的“碳化点”形成的先后和增长的快慢有关。使用二探针法测P-cPBa的导电性发现,碳化温度越高,P-cPBa的体积电导率越高,这是由于在较高碳化温度时,P-cPBa中部分无定型碳会转变为石墨型碳。用PDMS封装P-cPBa后,得到PDMS@P-cPBa柔性压缩应变传感器。在整个压缩变形过程中,该传感器的响应电流呈由减到增的变化趋势,这是应变传感器在预压后,材料内部形成的所谓“碎片化的导电网络”的演变所致。当压缩应变较大时(7%<ε<30%),传感器具有很高的灵敏度系数,GF高达1954.3。(3)在N2气氛下,经高温碳化酚醛树脂泡沫(PFF),得到了不同碳化温度后的酚醛碳化多孔材料(P-cPFF)。经SEM观察P-cPFF断面的微观形貌时发现,与P-cPBa相比,P-cPFF的开孔结构增多。将P-cPFF小心切成薄片,经PDMS封装,得到可监测拉伸、压缩和弯曲三种不同应变形式的PDMS@cPFF多功能应变传感器。与F-cPBa/PDMS拉伸应变传感器相反,PDMS@cPFF应变传感器的RCV与拉伸应变成负相关;同PDMS@P-cPBa压缩应变传感器类似,PDMS@cPFF应变传感器对压缩形变的响应电流变化趋势也是先减小后增大。这均对应不同的导电网络演变过程。同时,该多功能应变传感器具有良好的耐久性,在超过1000次的循环加载后,仍能准确地监测和反馈不同形式的变形。此外,我们将PDMS@cPFF多功能应变传感器成功应用于各种人体运动的监测,包括人体关节活动(手指、膝盖、颈项)、面部微表情(微笑、眨眼)以及人的语言识别,均有较好响应电流反馈。