循环载荷作用下PP基导电聚合物应变传感行为及微损伤研究

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导电聚合物复合材料作为力传感材料使用时,需要考虑其在载荷作用下的应变传感特性以及载荷作用下的微损伤对应变传感行为的影响。本文研究了循环载荷作用下导电聚合物复合材料的力学和应变传感性能,加载前后的微观形貌、能谱、热学性能与结构,同时还研究了导电聚合物的纳米力学行为。首先,基于CB/MWCNTs/PP导电聚合物复合材料,观察研究了填料分布并进行能谱分析。SEM实验结果表明:填料在PP基体中均匀分布,随填料含量增加,填料间距减小,这将有利于形成更多的导电通路。EDS谱图可以看出,复合材料中主要含有C、O元素和未检测出的H元素。其次,开展了力学和应变传感性能的研究。结果表明:随循环周数增加,滞后环变小,材料发生循环硬化,塑性应变累积发生棘轮效应。随填料含量增加,呈现出明显的疏-密特点,后期基本有重合趋势。随加载频率升高,应变-时间响应特性曲线有向上偏的趋势。导电填料在逾渗区附近,电性能不稳定,稍高于逾渗区,初始阶段有微小波动,后期基本趋于稳定,远离逾渗区时,材料内部已经形成较为稳定的导电通路,电性能表现出良好的稳定性。然后,对导电聚合物复合材料进行了纳米力学性能分析。结果表明:保压阶段的压痕深度和总压痕深度有一定的减小,压痕曲线向左偏移,压痕卸载阶段的曲线斜率增加,蠕变深度先快速上升后趋于平稳。蠕变柔量随总含量的增加而降低,随保压时间的增加,先增加后趋于稳定。随总含量的增加,蠕变应力指数增加,而松弛时间缩短。最后,研究了导电聚合物复合材料的热学性能并进行结构分析。FTIR实验结果表明:导电填料对聚丙烯官能团不会产生影响,但是强吸收区域会使PP结晶相应的吸收峰消失,相应的吸收峰谱线随填料的增加有向上漂移趋势,出现红移。载荷对FTIR图谱没有影响。DMA实验结果表明:随T的增加,E′呈现三阶段的下降趋势。载荷作用后,E′有所下降,而Tg对E″没有影响。
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