【摘 要】
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将碳纳米管分散加入聚合物基体中可以得到导电性能与机械性能良好的碳纳米管导电复合材料,该材料具有较好的结构可设计性,可以制作成零件的方式加入系统或设备中。而且复合材料中随机排列的碳纳米管网络通常会呈现出各向同性,使得碳纳米管具备应力-电阻、应变-电阻、温度-电阻等特性,从而使以该复合材料制作成的零件具有良好的电阻响应敏感特性,可用以监测设备的运行状态。既可以加入系统或设备中,同时又能监测其运行状态的
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将碳纳米管分散加入聚合物基体中可以得到导电性能与机械性能良好的碳纳米管导电复合材料,该材料具有较好的结构可设计性,可以制作成零件的方式加入系统或设备中。而且复合材料中随机排列的碳纳米管网络通常会呈现出各向同性,使得碳纳米管具备应力-电阻、应变-电阻、温度-电阻等特性,从而使以该复合材料制作成的零件具有良好的电阻响应敏感特性,可用以监测设备的运行状态。既可以加入系统或设备中,同时又能监测其运行状态的复合材料无疑具备了进行原位检测的能力,在未来的发展运用中前景广阔。虽然复合材料在原位检测的运用中有着巨大的潜力,但是复合材料的蠕变特性使其在恒定应力的影响下电阻值会随时间不断变化,从而影响到监测系统的稳定性。这一缺陷使复合材料的应用受到极大地限制。本研究制备了多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料垫片与排针条,并进行老化处理,对其电学性能与力学性能进行了研究,探讨了老化前后复合材料的电阻蠕变特性与动态响应特性,最后通过在实际加工机床上的性能测试验证复合材料在传感器方面的应用。首先,采用溶液混合浇铸法将碳纳米管导电复合材料制作成垫片及排针条,并研究其老化前后的电学及力学性能变化。其次,根据复合材料的电阻蠕变受到温度及应力的影响的特点设计实验,测试其不同温度下的电阻蠕变行为,总结并建立电阻蠕变曲线模型,并通过分析垫片在不同的恒定应力与恒温环境下的应变-时间曲线与电阻-时间曲线、应变-电阻关系,分析其电阻变化规律,进行模型拟合分析,最终得到拟合效果良好的电阻蠕变模型与电阻-时间关系,并研究了长期负载时复合材料的电阻蠕变情况,通过模型曲线模型预测了材料稳定状态,为复合材料在原位检测中的应用提供依据,具有一定的实际意义。最后,根据动态响应原理,设计动态响应实验及平台,研究不同频率振动信号下复合材料的响应情况,并研究了复合材料老化对其动态响应性能的影响以及复合材料在实际加工过程中的应用情况。结果显示,复合材料在实际加工过程中的应用效果良好,可以检测出加工过程中各种频率信号,这为后续传感器的制造提供了实验基础。
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