非晶粉硅橡胶复合薄膜应力阻抗性能.pdf

第27卷第2期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．27，No．2 2015年2月 HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS Feb．，2015 非晶粉／硅橡胶复合薄膜应力阻抗性能+ 吴菊英， 黄渝鸿， 范敬辉， 张 凯， 邢 涛 (中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳621900) 摘要：选用硅橡胶为基材，Fet。．sCu-Nb。Sit¨B9非晶纳米晶软磁合金粉体为磁性功能填料，采用机械 共混的方法制备非晶粉／硅橡胶力敏复合材料。采用自制测试夹具测试非晶粉／硅橡胶复合材料的阻抗值，采 用扫描电镜分析非晶粉颗粒形貌及其在硅橡胶基材中分散情况，在此基础上研究了复合材料界面绝缘性、单层 与多层叠加复合薄膜、加入导电层及其层数对复合应力阻抗性能的影响。研究结果表明：铜箔作为界面强化导 电层的加入是提高复合薄膜力敏特性的有效途径之一，设计实验中的复合薄膜／铜箔／复合薄膜结构相当于聚 合物／金属／聚合物三明治多层膜结构，对敏感性具有增强效应。 关键词：非晶粉； 硅橡胶； 复合薄膜；界面特性；应力阻抗性能 中图分类号：TB332；TB34；TM271文献标志码： A 压磁式传感器是近几年来国内外新兴的一种传感器[1’2]，是建立在磁弹性效应的基础上，将作用力变换成 传感器磁导率的变化，输出相应电信号变化的一种传感器[3]。作为传感器核心部件的转换元件和敏感元件，它 们直接决定传感器的大部分技术指标，因此其制备使用的材料对传感器设计尤为重要。Fe，。．。Cu，Nb。Si。。．。B。 是目前综合性能最好的软磁材料[4]，将其与硅橡胶复合制得的非晶粉／硅橡胶力敏复合材料是模量较低的柔性 材料，采用该复合材料作为敏感元制备的基于应力阻抗效应的柔性传感器具有敏感度高、成本低、响应快等口] 优点，具有巨大的发展潜力和广阔的市场应用前景[6-9]。该类传感器特别适用于大型复杂曲面层间接触应力的 有一定的压阻效应[11|，在应力作用下，复合材料表现出较为显著的磁、电性能的变化。 近年来，国内外学者对复合结构磁弹性材料的应力阻抗效应进行了大量研究。复合结构材料一般为多层 叠合结构或复合结构丝结构两类。研究表明多层复合薄膜的几何结构对其应力阻抗效应有明显影响。Nishbe kHz-40 周勇等人在带宽100 现，该复合多层结构的巨磁阻抗效应的最大值及负的巨磁阻抗效应与多层膜中磁各向异性轴的取向及发散有 关[13。。丁文等人在带宽1～40 研究发现多层膜的巨磁阻抗效应与FeSiB薄膜的厚度有关口4|。为进一步研究结构对非晶粉／硅橡胶复合材料 压力阻抗性能的影响，本文研究了非晶粉／硅橡胶复合材料在不同应用形式下的应力阻抗性能，为研究该类材 料的敏感机理以及后期的器械化应用提供参考。 1 实 验 1．1试样制备 按配方量称取所需橡胶、补强填料、Fe，。．。Cu。Nb。Si，。．。B。软磁合金粉体、硫化剂、硫化助剂等原料。先将橡 胶生胶在开炼机上塑炼3 炼并反复薄通3～5次得到混炼胶，用硫化仪测其硫化特性参数，采用专用模具在平板硫化机上于145℃， 13．5MPa，1．5 h条件下预硫化成型，卸压后将样品自然冷却至室温，然后在(150±1)℃×1 ×lh+(200±1)℃x4 h条件下后硫化制得样品。采用专用裁刀将非晶粉／硅橡胶薄膜裁制成测试所需尺 寸，用无水乙醇轻轻擦拭表面，去除表面污物，然后放人真空干燥箱中，75℃真空干燥处理2h，取出试样放置 h。 于测试环境中平衡24 1．2性能测试 1．2．1阻抗性能测试 压磁阻抗测试采用4294A型阻抗分析仪，测试频率范围为o～1MHz。磁阻抗的测试夹具为自制专用夹 修订日期：2014一11一05 *收稿日期：2014—09—19； 基金项目：国家自然科学基金项目 作者简介：吴菊英(1969一)，女，硕士，从事高分子功能材料应用研究；wuju@caep．cn。 024144一l 万方数据