【编号】2023-34

【题名】封装因素对PVDF压力计测量性能的影响

【作者】范志强，常瀚林，何天明等

【机构】中北大学理学院；中国科学院材料力学行为和设计重点实验室

【刊名】振动与冲击（2023年03期）

【文摘】采用覆铜聚酰亚胺膜和聚合物导电带封装制备了两种聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)薄膜压力计柔性覆铜聚酰亚胺薄膜(flexible copper-clad polyimide film,FCP)和聚合物导电带(conductive polymer tap,CPT)，基于分离式霍普金森压杆标定试验和细观数值模拟研究了两种压力计的几何和材料因素对传感器测量性能的影响。结果表明，在20-320MPa压力内，FCP和CPT的拟合灵敏度分别为(33.1±0.3)pC/N和(35.1±0.6)pC/N，50MPa压力范围内CPT测量稳定性优于FCP，但较大的封装厚度和聚合物电极导致应力脉冲幅值衰减、脉宽增大。CPT冲击压缩时存在明显的应变率效应，而FCP由于胶层和电极层材料失效，应力应变曲线存在显著的非线性分段特征。数值模拟结果表明，压力计芯层和敏感元件间的厚度和材料性质失谐会对敏感元件上的应力脉冲产生较大影响，其中芯层突出造成的误差最大。封装厚度越小、加载强度越高，压力计越趋向于三向受压的一维应变状态，电荷输出由三向应力状态和压电系数矩阵共同决定。试验标定灵敏度与元件应力状态、封装材料力学性质失配、层间几何缺陷以及材料应变率效应等因素相关，压力计使用时需根据测量环境和应力脉冲特征进行封装和标定。