CN103131187A

CN103131187A - 一种复合压力传感器及其制备方法

Info

Publication number: CN103131187A
Application number: CN2013101045753A
Authority: CN
Inventors: 农斌; 郑斌; 曾怡; 汪超琼; 孙源; 郭闽年; 王倩; 王旭飞
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明提供了一种复合压力传感器及其制备方法，复合压力传感器的组分包括单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑，其中，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑的质量比为3.8：（0.8~1）：（5~6）。上述复合压力传感器采用热搅拌的方式制备，运用助溶剂丙酮。本发明复合压力传感器具有优良的压阻性能和柔韧性，可应用于机械、电子诸多领域。

Description

一种复合压力传感器及其制备方法

技术领域

本发明属于柔性压力传感器领域，尤其涉及一种复合压力传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，机械装置对柔性压力传感器的需求量不断加大，压电陶瓷因其质脆难以满足要求，因此急需一种具有优良的拉伸性、韧性和压阻性能的柔性压力传感器。现有的柔性压力传感器一般为复合压力传感器，由基体材料和导电填料组成，常用的基体材料是硅橡胶，硅橡胶是特种合成橡胶，具有优良的耐热耐寒性及电气特性；常用的导电填料有碳素类和金属类两种。目前的复合压力传感器，其柔韧性还有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优良的拉伸性、韧性和压阻性能的复合压力传感器。

本发明的另一目的是提供一种工艺简单、制备周期短的复合压力传感器的制备方法。

本发明提供的复合压力传感器，其组分包括单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑，其中，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑的质量比为3.8：（0.8～1）：（5～6）。

上述白炭黑的粒径为1200目，即13μm。

上述导电炭黑的粒径为23nm。

本发明还提供了上述复合压力传感器的制备方法，包括步骤：

（1）按比例称量单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑、导电炭黑和丙酮，并将称好的单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑加入丙酮中得到前驱体，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑、导电炭黑和丙酮的质量比为3.8：（0.8～1）：（5～6）：（4～6）；

（2）将所得前驱体在55～65℃温度下搅拌50～70分钟；

（3）将搅拌后的前驱体转移至载玻片或承载物上，压制成膜，经干燥、剥离，即得到复合压力传感器。

上述步骤（1）中，将称好的单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑加入丙酮中得到前驱体具体为：

首先，将单组份室温硫化硅橡胶加入丙酮中后，在将白炭黑和导电炭黑加入丙酮中。

与现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：

（1）本发明加入了白炭黑作为结构控制剂，与现有的结构控制剂相比，具有结构控制效果优良且价格低廉的优点；和现有的柔性压力传感器相比，本发明在保证压阻性能的前提下，提高了压力传感器的拉伸性和柔韧性，解决了目前压力传感器柔韧性不足的问题；

（2）本发明方法以丙酮为助溶剂，采用热搅拌的方式进行制备复合压力传感器薄膜，本发明方法工艺简单，制备周期短，工艺过程节能环保，适于工业化生产。

（3）本发明所得压力传感器使用范围宽广，可应用于机械、电子等诸多领域。

附图说明

图1为压阻性能测试示意图。

图中，1-ITO树脂薄膜，2-待测薄片。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

下述具体实施方式中，单组份室温硫化硅橡胶是嘉杭胶业的D09型硅橡胶；白炭黑为粒度为1200目的纳米级二氧化硅；导电炭黑为德国正品德固赛Degussa型号40B2的导电炭黑，其粒径为23nm。单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑的质量比为3.8：（0.8～1）：（5～6）。

本发明复合压力传感器的具体制备工艺如下：

（1）利用电子天平按比例称取单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑、导电炭黑和丙酮，将丙酮放入烧杯中，并将称好的单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑加入丙酮中得到前驱体。

由于单组份室温硫化硅橡胶容易固化，固化后的单组份室温硫化硅橡胶则会呈絮状分散在丙酮中，导致白炭黑和导电炭黑组分的分布不均匀，从而影响到复合压力传感器的性能，因此，一旦称好单组份室温硫化硅橡胶，就应该将其立刻加入丙酮助溶剂中。

（2）采用机械搅拌设备在55～65℃温度下搅拌前驱体，初始时，将机械搅拌设备的转速设为100～200圈/分钟，待单组份室温硫化硅橡胶呈熔融状态后，再将转速提至200～300圈/分钟。

（3）搅拌1小时，此时，烧杯中的丙酮即将挥发完全，停止搅拌，将前驱体转移至载玻片或者其他承载物上，并压制成3mm的薄膜。

在载玻片或承载物上覆盖一层树脂薄膜或塑料薄膜，前驱体转移至树脂薄膜或塑料薄膜上，这样方便步骤（4）中的剥离操作。

（4）干燥7天后，经剥离，即得到复合压力传感器。

对所得复合压力传感器进行如下性能测试：

1、压阻性能测试

测试仪器：

ITO树脂薄膜和万用表，ITO树脂薄膜是将ITO导电材料涂布在树脂薄膜上所制成的一面导电而另一面绝缘的透明材料。

测试方法：

将复合压力传感器裁成面积为4平方厘米的正方形待测薄片，利用两个ITO树脂薄膜的导电面夹住待测薄片，在上面放置底面积为4平方厘米的重量不同的重物，每次放置重物时，利用万用表测量ITO树脂薄膜两端的电阻，即可得到不同压力条件下，待测薄片的电阻。

测量方法可参见图1，其中，1为ITO树脂薄膜，2为待测薄片。

测试结果：

压力为0时，压力传感器的电阻约730～750Ω，压力每增加10kg，压力传感器的电阻约下降40～55Ω。导电炭黑加入量越多，压力传感器在压力为0时电阻越小。

2、拉伸性测试

测试仪器：万能电子拉力试验机。

测试方法及结果：

将复合压力传感器裁成长50mm、宽15mm、厚0.5mm的薄片置于测试仪器上，测得在弹性范围内，待测薄片的伸长量Δx与拉力F的关系：

Δx＝(8～8.2)F （1）

其中，Δx单位为mm，F的单位是N，导电炭黑加入量越多，式（1）中的比例系数越小。

Claims

1.一种复合压力传感器，其特征在于，其组分包括：

单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑，其中，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑的质量比为3.8：（0.8~1）：（5~6）。

2.如权利要求1所述的复合压力传感器，其特征在于：

所述的白炭黑的粒径为13μm。

3.如权利要求1所述的复合压力传感器，其特征在于：

所述的导电炭黑为纳米级。

4.一种复合压力传感器的制备方法，其特征在于，包括步骤：

（1）按比例称量单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑、导电炭黑和丙酮，并将称好的单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑加入丙酮中得到前驱体，其中，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑、导电炭黑和丙酮的质量比为3.8：（0.8~1）：（5~6）：（4~6）；

（2）将前驱体在55~65℃温度下搅拌50~70分钟；

5.如权利要求4所述的复合压力传感器的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中，所述的将称好的单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑加入丙酮中得到前驱体的过程，具体为：

首先，将单组份室温硫化硅橡胶加入丙酮中后，再将白炭黑和导电炭黑加入丙酮中。