炭黑-硅橡胶导电复合材料力敏元件温度响应试验研究

传感技术学报

CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS 第29卷第5期2016年5月Vol.29No.5

May 2016Temperature Response Test of Carbon Black/Conductive Silicon Rubber Composite Force -Sensitive Sensor *

LIAO Bo 1，2*，ZHOU Guoqing 2，CHANG Chuanyuan 2，WU Juan 1

（1.Department of Technology and Engineering Management ，Zhejiang Gongshang University ，Hangzhou 310018，China ；

2.State Key Laboratory for Geomechanics &Deep Underground Engineering ，China University of Mining and Technology ，Xuzhou ，Jiangsu 221008，China ）Abstract ：The large deformation force -sensitive sensing element was developed by carbon black/silicone rubber con-ductive composites.The temperature sensitivity of the composite was studied by temperature test ，and the tempera-ture sensitive characteristics were analyzed according to its electric conduction mechanism.It was found that the car-bon black/silicone rubber conductive composite material exhibits a positive temperature coefficient characteristic and the resistance was increased with the increase of temperature.The resistance relaxation phenomenon was found when the temperature was stable.The change of the volume of silicone rubber matrix with temperature is the main reason causing the temperature sensitivity.At the same time ，the temperature change will also affect the ability of electronic transitions ，thereby affecting the temperature response of the composites.The viscoelastic of rubber matrix

and the size effect of the sample which has a certain thickness are the main reason for the temperature response lag.Key words ：force -sensitive element ；conductive composites ；temperature sensitive ；temperature response EEACC ：7230doi ：10.3969/j.issn.1004-1699.2016.05.005炭黑/硅橡胶导电复合材料力敏元件

温度响应试验研究*

廖波1，2*，周国庆2，常传源2，吴娟1

（1.浙江工商大学技术与工程管理系，杭州310018；

2.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州221008）摘要：利用炭黑/硅橡胶导电复合材料制作了大变形力敏传感元件，对其温度荷载下的电阻响应进行了试验研究，并根据其导电机理对温敏特性进行了深入分析。试验发现制作的大变形力敏传感元件具有正温度系数特性，电阻随温度的升高而增大；温度稳定时，具有电阻弛豫现象。硅橡胶基体随温度变化体积发生变化是造成复合材料温度敏感性的主要原因；同时，温度变化也会影响电子跃迁能力，进而影响到复合材料温度响应。橡胶基体的粘弹性以及试样具有一定厚度的尺寸效应是导致其温度响应滞后性的主要原因。

关键词：力敏元件；导电复合材料；温度敏感性；温度响应

中图分类号：TU443文献标识码：A 文章编号：1004-1699（2016）05-0654-05

变形（应变）测试是岩土工程领域室内模型试验及现场工程实测必要的内容。常规的方法主要有应变片、位移计等，均存在诸多问题，如模量不匹配、量程受限等。如室内土工试验三轴试样变形、土体模型试验变形测试、岩石三轴试验测试、土工筋带变形测试等，目前都需改进变形测试方法，研

发新型特别是适应于大变形的传感元件具有重要

意义。笔者所在的团队在这方面做了大量的工作，

利用导电复合材料成功研发了大变形传感元件，并

对传感元件及导电复合材料进行了大量的试验与

理论研究工作［1-3］。研究发现，研发的大变形传感元

件同时具有温度敏感特性，在进行变形测量时必须————————————

项目来源：国家自然科学基金项目（51404210）；博士后科学基金项目（2014M551698）；深部岩土力学与国家重点实验室开放基

金项目（SKLGDUEK1412）；浙江省自然科学基金项目（LQ12G03011）

收稿日期：2016-01-03修改日期：2016-01-13