PVDF在分层介质动态力学性能研究中应用.pdfVIP

PVDF在分层介质动态力学性能研究中的应用1 1 2 1 1 董星 ，刘永强 ，刘殿书 ，张睿娟 1. 中国矿业大学（北京），北京（100083 ） 2. 北京中科力爆炸技术工程有限公司，北京 E-mail ：stardong@ 摘 要：本文介绍了聚偏二氟乙烯（PVDF ）的基本原理和在SHPB 试验中的标定及应力测 量系统，研究表明，测试系统稳定，标定曲线线形良好，动响应时间短；同时用PVDF 传感 器测量和分析了应力波通过分层介质后应力的衰减情况。 关键词：PVDF ，SHPB，分层介质，应力波 中图分类号：O347.4 文献识别码： A 1 引言 聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,简称PVDF)材料是一种晶相结构复杂的半结晶高 聚物，它是以−CH − CF − 为单位的长链状高分子，含氟量为59.4% 。1948 年，该产品由 2 2 美国研制成功，1950 年开始生产，六十年代PVDF开始实现商品化。由于−CH2 − 是强偶极 子，因此具有较高的压电效应。当压力作用于极化后的PVDF压电薄膜上时，就可以将压力 信号转变为易被外围电路处理的电信号。我国也在 60 年代中期对其进行研究，并在 1977 年开始研制压电性PVDF及其共聚物。但是把PVDF薄膜作为压力传感器还要归功于1981 年 法国的Bauer 。[1~3] 鉴于PVDF 压力传感器具有压电系数大、频响宽、声阻抗易于匹配，机械强度大、质量 轻和耐冲击的特点，本文论述了PVDF 的压力测量系统，并将其应用到测量SHPB 试验下分 层介质两端应力衰减的情况中。研究结果表明，PVDF 动响应时间短，脉冲长度与理论计算 相吻合，能充分反映应力脉冲的完整物理特性，标定实验中PVDF 表现出良好的线形。 2 PVDF 薄膜传感器基本理论 σ 压电效应的物态方程反映了晶体电学量（E,D ）和力学量（ ，S ）之间的相互关系， [4] 因此压电方程为 ： σ Di dipσ q =+ ∑ .. Ei ………………‘’ （1） y PVDF拉伸极化后具有4mm点群的对称性[5] 。常选取x轴为拉伸方向，z轴垂直于膜面平行 于极化方向，y 轴按右手定则选取，如图1 所示： 双面压电敏感区 塑封膜 单面镀银薄膜接线端 单面镀银薄膜接线端 图1：压电薄膜示意图 图2 ：PVDF 压力传感器示意图 1本课题得到教育部博士点基金（20030290008 ）的资助。 - 1 - 其压电应变常数矩阵为： ⎡ 0 0 0 0 d15 0⎤ ⎢ ⎥ d= ⎢ 0 0 0 d24