CN104515632A - 一种摩擦压力感应电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摩擦压力感应电缆，其包括依次同轴贴合设置的中心导线、高分子聚合物绝缘层、电极层和绝缘外层；所述中心导线与高分子聚合物绝缘层，和/或高分子聚合物绝缘层与电极层分别通过摩擦产生信号；所述中心导线和电极层是该摩擦压力感应电缆的输出电极。本发明还提供了一种摩擦压力感应电缆的制备方法，包括如下步骤：（1）高分子聚合物溶液的制备；（2）浇注空腔骨架的形成；（3）浇注；（4）定型；以及（5）绝缘外层的形成得到摩擦压力感应电缆。本发明提供的摩擦压力感应电缆在不需要高输入阻抗电路或电荷放大器的条件下仍可实现与传统压力电缆相同的监测效果。

Description

一种摩擦压力感应电缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种压力电缆，尤其涉及摩擦压力感应电缆的技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，压力电缆在过去数十年里取得了长足的发展,其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道、医疗等众多行业。

一般普通压力电缆的输出为模拟信号，模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。而通常使用的压力电缆主要是利用压电效应制造而成的。尽管压力电缆应用范围如此广泛，但它本身存在高阻抗，信号微弱这一弊端，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器才能克服。

因此，开发一种新的输出信号强度更高的压力感应电缆成为业内人员的亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种具有高输出信号强度的摩擦压力感应电缆。

本发明解决的另一技术问题是提供一种摩擦压力感应电缆制备方法。

具体来说，本发明通过如下技术方案解决上述技术问题的。

一种摩擦压力感应电缆，其包括依次同轴贴合设置的中心导线、高分子聚合物绝缘层、电极层和绝缘外层；所述中心导线与高分子聚合物绝缘层，和/或高分子聚合物绝缘层与电极层分别通过摩擦产生信号；所述中心导线和电极层是该摩擦压力感应电缆的输出电极。

其中，所述中心导线与高分子聚合物绝缘层为一体设置，其中所述高分子聚合物绝缘层与电极层之间没有缝隙或缝隙极小。

其中，所述高分子聚合物绝缘层通过液态固化成型在所述中心导线上。

其中，所述电极层为条状结构、带状结构或线编织的网状结构。

其中，在电极层与绝缘外层之间设有屏蔽层。

其中，在高分子聚合物绝缘层和电极层之间还进一步设置有第二高分子聚合物绝缘层。

其中，所述高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层之间，第二高分子聚合物绝缘层与电极层之间没有缝隙或缝隙极小。

其中，所述第二高分子聚合物绝缘层材料选自聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龙、聚烯烃、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡胶、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亚胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、热塑性硫化橡胶（TPV）、热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）、三元乙丙橡胶（EPDM）、热塑性橡胶（TPR）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚偏氟乙烯、聚酯纤维、氟化乙烯丙烯共聚物、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜中的一种。

其中，所述电极层和第二高分子聚合物绝缘层中至少有一个层结构上设置有微纳结构。

其中，所述电极层的材料选自铟锡氧化物、银纳米线膜、铜、铁、铝、银、铂、钯、铝、镍、钛、铬、锡、锰、钼、钨或钒、铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金、钽合金中的一种或几种。

其中，所述高分子聚合物绝缘层所用材料选自聚二甲基硅氧烷（PDMS）、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯中的一种。

其中，所述中心导线的材料选自铜、铁、铝、银、铂、钯、铝、镍、钛、铬、锡、锰、钼、钨或钒、铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金、钽合金，铟锡氧化物、银纳米线膜中的一种或几种。

本发明还提供一种摩擦压力感应电缆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）高分子聚合物溶液的制备：在高分子聚合物中加入固化剂得到高分子聚合物溶液，其中固化剂与高分子聚合物质量的质量比例为1%-20%；

（2）浇注空腔骨架的形成：在中心导线的一端加装盲孔密封管件，在距离盲孔密封管件L处加装通孔密封管件，在盲孔密封管件和通孔密封管件外层设置包覆层，形成以盲孔密封管件和通孔密封管件为上下底面的封闭空腔结构；

（3）浇注：将通孔密封管件从步骤（2）的浇注空腔骨架取下，将步骤（1）制备的高分子聚合物溶液浇注到步骤（2）制备的浇注空腔内，后将通孔密封管件加装到浇注后的空腔上对其封闭得到浇注结构；

（4）定型：将步骤（3）得到的封闭浇注结构烘烤定型；之后将盲孔密封管件、通孔密封管件以及用于形成空腔的辅助结构取下；以及

（5）绝缘外层的形成：在步骤（4）定型后的电极层外缠绕绝缘外层，得到摩擦压力感应电缆。

其中，步骤（2）所述的盲孔密封管件为盲孔丝堵；所述的通孔密封管件为通孔丝堵。

其中，步骤（2）所述的通孔密封管件与盲孔密封管件的横截面形状相同。

其中，步骤（2）所述的设置包覆层是通过在盲孔密封管件和通孔密封管件外层包覆条状或带状电极层实现。

其中，步骤（2）所述的设置包覆层是通过在盲孔密封管件和通孔密封管件外层用辅助结构包覆实现。

其中，步骤（4）取下辅助结构后在高分子聚合物绝缘层上缠绕第二高分子聚合物绝缘层。

其中，步骤（4）取下辅助结构后在高分子聚合物绝缘层上缠绕条状结构、线状结构或线编织的网状结构电极层。

其中，步骤（4）取下辅助结构后在第二高分子聚合物绝缘层上缠绕条状结构、线状结构或线编织的网状结构电极层。

其中，所述中第二高分子聚合物绝缘层材料选自聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龙、聚烯烃、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡胶、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亚胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、热塑性硫化橡胶（TPV）、热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）、三元乙丙橡胶（EPDM）或热塑性橡胶（TPR）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚偏氟乙烯、聚酯纤维、氟化乙烯丙烯共聚物、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜中的一种。

其中，步骤（4）定型后的电极层外先设置屏蔽层，之后再缠绕绝缘外层。

其中，步骤（4）所述形成空腔的辅助结构选自柔性空心管、亚克力空心管、水溶性空心管中的一种。

其中，所述高分子聚合物绝缘层所用材料选自聚二甲基硅氧烷（PDMS）、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯中的一种。

其中，步骤（3）所述浇注的浇注方式为自然注入和/或压力注入。

其中，步骤（1）所述的加入固化剂与高分子聚合物质量的质量比例为10%。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的摩擦压力感应电缆，利用外界环境对摩擦压力感应电缆的作用使其产生形变并产生信号，通过测量该信号即可达到监测的目的。通过实验证明本发明的摩擦压力感应电缆在相同条件下，所产生的信号强度要大于传统的压力电缆所产生的电压信号，在不需要高输入阻抗电路或电荷放大器的条件下仍可实现与传统压力电缆相同的监测效果，从而提供了一种新的制作压力感应电缆的方法。

本发明中的摩擦压力感应电缆包括依次同轴贴合设置的中心导线、高分子聚合物绝缘层、电极层和绝缘外层，具有结构紧凑、稳定性高、寿命长、效果显著的优点。

附图说明

图1为本发明摩擦压力感应电缆的一种具体实施方式；

图2为本发明摩擦压力感应电缆的另一种具体实施方式；

图3为本发明摩擦压力感应电缆的另一种具体实施方式；

图4为本发明摩擦压力感应电缆的另一种具体实施方式；

图5为本发明摩擦压力感应电缆制备过程的一种具体实施方式的示意图；

图6为本发明摩擦压力感应电缆制备过程自然注入的示意图；

图7为本发明摩擦压力感应电缆的一种具体实施方式；

图8为本发明摩擦压力感应电缆的一种具体实施方式；

其中，1-中心导线，2-高分子聚合物绝缘层，3-电极层，4-绝缘外层，5-屏蔽层，6-盲孔丝堵，7-通孔丝堵，8-柔性空心管，9-第二高分子聚合物绝缘层。

具体实施方式

为了充分说明本发明解决技术问题所实施使用的技术方案。下面对本发明做详细说明,但本发明的技术方案和保护范围并不仅仅限于此。

本发明提供一种摩擦压力感应电缆，其包括依次同轴贴合设置的中心导线、高分子聚合物绝缘层、电极层和绝缘外层；所述中心导线与高分子聚合物绝缘层，高分子聚合物绝缘层与电极层分别通过摩擦产生信号；所述中心导线和电极层是该摩擦压力感应电缆的输出电极。绝缘外层可以采用各种软质绝缘材料，例如Kapton胶带。其中所述中心导线与高分子聚合物绝缘层为一体设置，高分子聚合物绝缘层与电极层之间没有缝隙或缝隙极小。其中所述高分子聚合物绝缘层通过液态固化成型在所述中心导线上。这种摩擦压力感应电缆，结构简单，只需要简单的四层或五层的层结构就可以实现信号，不需要信号放大装置。上述通过一体设置，最终形成的中心导线、高分子聚合物层和电极层之间没有缝隙或缝隙极小，所述缝隙极小是考虑到接触面在微观状态下不可能完全没有缝隙的情况。

在一种具体实施方式中，所述电极层为条状结构、带状结构或线编织的网状结构。所述电极层所用材料选自铟锡氧化物、银纳米线膜、铜、铁、铝、银、铂、钯、铝、镍、钛、铬、锡、锰、钼、钨或钒、铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金中的一种或几种。其中所选材料是任意的导电金属或金属合金，优选为铜。上述带、条结构或线编制的网状结构作为电极层用于摩擦压力感应电缆的输出电极。

所述中心导线的材料选自铜、铁、铝、银、铂、钯、铝、镍、钛、铬、锡、锰、钼、钨或钒、铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金、钽合金，金属氧化物、银纳米线中的一种或几种。其中所选材料是任意的导电金属或金属合金，优选为铜和铁。

在一种具体实施方式中，所述摩擦压力感应电缆，其中所述高分子聚合物绝缘层所用材料选自聚二甲基硅氧烷（PDMS）、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯中的一种，优选聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

在一种具体实施方式中，所述的摩擦压力感应电缆，在电极层与绝缘外层之间设有屏蔽层。所述屏蔽层的材料与电极层材料相同，在不设置屏蔽层时，所述的电极层也能起到屏蔽作用。为了屏蔽效果更加，可以再设置一层屏蔽层用于屏蔽电信号。

在一种具体实施方式中，其中所述电极层和第二高分子聚合物绝缘层中至少有一个层结构上设置有微纳结构。当摩擦压力感应电缆设置有第二高分子聚合物绝缘层时，第二高分子聚合物绝缘层和/或电极层的表面设置有微纳结构，当摩擦压力感应电缆没有设置第二高分子聚合物绝缘层时，电极层上设置有微纳结构。

在一种具体实施方式中，其中在高分子聚合物绝缘层和电极层之间还含有第二高分子聚合物绝缘层。

一种摩擦压力感应电缆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）高分子聚合物溶液的制备：在高分子聚合物中加入固化剂得到高分子聚合物溶液，其中固化剂与高分子聚合物的质量比例为1%-20%；其中所述的固化剂与高分子聚合物的质量比例优选10%。该步骤中加入固化剂使高分子聚合物固化成型。所述固化剂的种类是本领域技术人员根据不同的高分子聚合物通过公知常识进行常规选择就可以得到。

（2）浇注空腔骨架的形成：在中心导线的一端加装盲孔密封管件，在距离盲孔密封管件L处加装通孔密封管件，在盲孔密封管件和通孔密封管件外层设置包覆层，形成以盲孔密封管件和通孔密封管件为上下底面的封闭空腔结构；其中所述的盲孔密封管件为盲孔丝堵；所述的通孔密封管件为通孔丝堵。其中所述的通孔密封管件与盲孔密封管件的横截面形状相同，其中所述横截面为垂直于所述管件中心线的截面。其中所述的包覆层是通过在盲孔密封管件和通孔密封管件外层包覆条状或带状电极层实现。其中所述的包覆层是通过在盲孔密封管件和通孔密封管件外层用辅助结构包覆实现。

其中L的具体数值取决于所制备的摩擦压力感应电缆的长度，可以是大于0的任意值。在形成封闭空腔结构过程中，可以采用任何可以形成用于浇注的空腔的方法，不限于通过电极层包覆围成，通过辅助结构围成。

（3）浇注：将通孔密封管件从步骤（2）的浇注空腔骨架取下，将步骤（1）制备的高分子聚合物溶液浇注到步骤（2）制备的浇注空腔内，后将通孔密封管件加装浇注后的空腔上对其封闭；优选所述浇注的浇注方式为自然注入和/或压力注入。通过上述注入方式后得到摩擦压力感应电缆，其中心导线、高分子聚合物绝缘层、电极层贴合设置，形成紧凑、贴合的层结构，各层之间基本不能形成空腔，这样的层结构更有利于各层之间的摩擦而产生电信号。所制备的摩擦压力感应电缆具有结构紧凑、稳定性好、寿命长、效果显著的优点。

（4）定型：将步骤（3）得到的封闭烘烤定型；之后将盲孔密封管件、通孔密封管件以及用于形成空腔的辅助结构取下；所述形成空腔的辅助结构是柔性空心管、亚克力空心管、水溶性空心管。所述的辅助结构可以是任何用于形成空腔的而非本发明摩擦压力感应电缆需要的结构。在进行烘烤定型过程中，烘烤定型的温度和时间是本领域技术人员根据所烘烤的高分子聚合物的材料种类根据本领域的公知常识可以确定的，其中使用PDMS作为高分子聚合物绝缘层时，烘烤温度为70-90℃，时间为3-5h。

在一种具体实施方式中，步骤（4）取下辅助结构后在高分子聚合物绝缘层上缠绕第二高分子聚合物绝缘层；或者步骤（4）取下辅助结构后在高分子聚合物绝缘层上缠绕条状结构、线状结构或线编织的网状结构电极层；或者在步骤（4）取下辅助结构后在第二高分子聚合物绝缘层上缠绕条状结构、线状结构或线编织的网状结构电极层。这样将形成完整的多层结构。

（5）绝缘外层的形成：在步骤（4）定型后的电极层外缠绕绝缘外层，得到摩擦压力感应电缆。

其中其中步骤（4）定型后的电极层外先设置屏蔽层，之后再缠绕绝缘外层。

在一种具体实施方式中，摩擦压力感应电缆的结构设计，如图1所示，其为摩擦压力感应电缆的一种结构。其中中心导线选任意直径的铜制、铁质等材质的导线，该导线起导电作用并作为摩擦压力感应电缆的一极；盲孔丝堵与通孔丝堵采用不导电材质制作而成，起支撑作用；铜胶带作为摩擦压力感应电缆的另一极导电材料，同时与丝堵构成注入PDMS的圆柱空间；PDMS与中心导线和/或与电极层摩擦产生信号。

如图2所示，其为摩擦压力感应电缆的另外一种结构。其中中心导线选任意直径的铜制、铁质等材质的导线，该导线起导电作用并作为摩擦压力感应电缆的一极；盲孔丝堵与通孔丝堵采用不导电材质制作而成，起支撑作用；柔性空心管与丝堵共同构成注入PDMS的圆柱空间；铜胶带作为摩擦压力感应电缆的另一极导电材料；PDMS与中心导线和/或与电极层摩擦产生信号。

在一种具体实施方式中，摩擦压力感应电缆的制备方法如下：

制作PDMS。取一定质量的PDMS，按照10:1的比例加入固化剂，搅拌均匀后，放入真空干燥器内，将溶于PDMS中的空气抽干净。选一定直径的中心导线，在中心导线的一端加装盲孔丝堵，在相距L（L可根据具体要求取具体数值）处加装通孔丝堵，通孔丝堵与盲孔丝堵的大小、形状均一致，分别以两端的丝堵为上下底面为端面，在丝堵的I面上(如图5)缠绕涂有导电胶的铜胶带，胶带层数大于一圈，然后取下通孔丝堵，从该端注入已抽气后的PDMS，注入的方式可采用自然注入或压力注入（如采用注射器注入）等，注满后，加装好通孔丝堵，使中心导线与铜胶带之间不得接触，放入烘箱，烘烤温度为70-90℃，时间为3-5h。烘烤完成后，取下盲孔丝堵和通孔丝堵，最后在外层缠绕Kapton胶带绝缘密封。

下面通过具体的实施例来阐述本发明的方法的实施，本领域技术人员应当理解的是，这不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

实施例

下面对本发明实施例中的测定方法以及材料来源进行说明。

电压的测定方法：将制备的摩擦压力感应电缆的两个电极输出引线连接在示波器测试设备的两个输入端，屏蔽层电极接地。

下述实施例中使用的高分子聚合物材料等均为市售购买得到的。

实施例1

如图1所示摩擦压力感应电缆，其结构如下：其由内而外依次同轴设置中心导线（1），高分子聚合物绝缘层（2），电极层（3），绝缘外层（4）。

下面结合图2说明摩擦压力感应电缆的制备方法，其中在摩擦压力感应电缆的一端为盲孔丝堵（6），另一端为通孔丝堵（7）。

其制备方法包括如下步骤：

取500g的PDMS，按照10:1的比例加入固化剂道康宁184，搅拌均匀后，放入真空干燥器内，将溶于PDMS中的空气抽干净。

选直径为5mm的铜质中心导线，在中心导线的一端加装盲孔丝堵，在相距20cm处加装通孔丝堵，通孔丝堵（6）与盲孔丝堵（7）的横截面形状均一致，分别以两端的丝堵为上下底面为端面，在丝堵的I面上(如图5)缠绕涂有导电胶的铜胶带，胶带层数为2圈，然后取下通孔丝堵，从该端注入制备好的已抽气的PDMS，注入的方式可采用自然注入（如图6），注满后，加装好通孔丝堵，使中心导线与铜胶带之间不得接触，放入烘箱，在烘烤温度为80℃，烘烤4h。烘烤完成后，取下通孔丝堵和盲孔丝堵，在外层缠绕Kapton胶带绝缘密封，得到摩擦压力感应电缆1#。测定其输出电压为2.5V。

实施例2

如图3所示制备的摩擦压力感应电缆，其由内而外依次同轴设置中心导线（1），高分子聚合物绝缘层（2），电极层（3），绝缘外层（4），其中的电极层（3）为网状结构。

下面结合图4说明摩擦压力感应电缆的制备方法，其是没有取下盲孔丝堵、通孔丝堵以及制备空腔所用辅助结构的结构图，其中在摩擦压力感应电缆的一端为盲孔丝堵（6），另一端为通孔丝堵（7），柔性空心管（8）在高分子聚合物绝缘层（2）外。其包括如下步骤：

取500g的PDMS，按照100:1的比例加入固化剂道康宁184，搅拌均匀后，放入真空干燥器内，将溶于PDMS中的空气抽干净。

选直径为5mm的铜质中心导线，在中心导线的一端加装盲孔丝堵，在相距20cm处加装通孔丝堵，通孔丝堵与盲孔丝堵的横截面形状均一致，分别以两端的丝堵为上下底面为端面，在丝堵的I面上将柔性空心管套入，然后取下通孔丝堵，从该端注入制备好的已抽气的PDMS，注入的方式采用压力注入，注满后，加装好通孔丝堵，使中心导线与柔性空心管之间不得接触，放入烘箱，在烘烤温度为80℃，烘烤3h。烘烤完成后，取下柔性空心管、通孔丝堵和盲孔丝堵，将金属铜线缠绕在高分子聚合物绝缘层外形成网状结构从而形成电极层，最后在外层缠绕Kapton胶带绝缘密封，得到摩擦压力感应电缆样品2#。测定其输出电压为2.8V。

实施例3

如图7所示制备的摩擦压力感应电缆，其由内而外依次同轴设置中心导线（1），高分子聚合物绝缘层（2），电极层（3），屏蔽层（5），绝缘外层（4）。

其制备方法包括如下步骤：

取500g的PDMS，按照100：20的比例加入固化剂道康宁184，搅拌均匀后，放入真空干燥器内，将溶于PDMS中的空气抽干净。

选直径为5mm的铜质中心导线，在中心导线的一端加装盲孔丝堵，在相距20cm处加装通孔丝堵，通孔丝堵与盲孔丝堵的横截面形状均一致，分别以两端的丝堵为上下底面为端面，在丝堵的I面上缠绕涂有导电胶的铜胶带形成电极层，然后取下通孔丝堵，从该端注入制备好的已抽气的PDMS，注入的方式采用压力注入，注满后，加装好通孔丝堵，使中心导线与铜胶带之间不得接触，放入烘箱，在烘烤温度为80℃，烘烤4h。烘烤完成后，取下通孔丝堵和盲孔丝堵，采用0.1mm镀锡铜线10根编织作为屏蔽层缠绕在电极层外层。最后在外层缠绕Kapton胶带绝缘密封，得到摩擦压力感应电缆样品3#。测定其输出电压为3V。

实施例4

如图8所示制备的摩擦压力感应电缆，其由内而外依次同轴设置中心导线（1），高分子聚合物绝缘层（2），第二高分子聚合物绝缘层（9）、电极层（3），屏蔽层（5），绝缘外层（4）。

其制备方法包括如下步骤：

取500g的PDMS，按照10：1的比例加入固化剂道康宁184，搅拌均匀后，放入真空干燥器内，将溶于PDMS中的空气抽干净。

选直径为5mm的铜质中心导线，在中心导线的一端加装盲孔丝堵，在相距20cm处加装通孔丝堵，通孔丝堵与盲孔丝堵的横截面形状均一致，分别以两端的丝堵为上下底面为端面，在丝堵的I面上缠绕涂有导电胶的铜胶带作为电极层，然后取下通孔丝堵，从该端注入制备好的已抽气的PDMS，注入的方式采用压力注入，注满后，加装好通孔丝堵，使中心导线与铜胶带之间不得接触，放入烘箱，在烘烤温度为80℃，烘烤4h。烘烤完成后取下盲孔丝堵和通孔丝堵，将第二高分子聚合物绝缘层的PTFE线缠绕在铜胶带外层，采用0.1mm镀锡铜线10根编织作为屏蔽层缠绕在电极层外层。最后在外层缠绕Kapton胶带绝缘密封，得到摩擦压力感应电缆样品4#。测定其输出电压为2.4V。

实施例5

如图8所示制备的摩擦压力感应电缆，其由内而外依次同轴设置中心导线（1），高分子聚合物绝缘层（2），第二高分子聚合物绝缘层（9）、电极层（3），屏蔽层（5），绝缘外层（4）。

其制备方法还可以包括如下步骤：

取500g的酚醛树脂，按照10：1的比例加入固化剂石油磺酸，搅拌均匀后，放入真空干燥器内，将溶于酚醛树脂中的空气抽干净。

选直径为5mm的铜质中心导线，在中心导线的一端加装盲孔丝堵，在相距20cm处加装通孔丝堵，通孔丝堵与盲孔丝堵的横截面形状均一致，分别以两端的丝堵为上下底面为端面，在丝堵的I面上缠绕涂有导电胶的铜胶带（电极层），然后取下通孔丝堵，从该端注入制备好的已抽气的酚醛树脂，注入的方式采用压力注入，注满后，加装好通孔丝堵，使中心导线与铜胶带之间不得接触，放入烘箱，在烘烤温度为70℃，烘烤4h。烘烤完成后，取下通孔丝堵和盲孔丝堵，将第二高分子聚合物绝缘层的PTFE线缠绕在铜胶带外层，采用0.1mm镀锡铜线10根编织作为屏蔽层缠绕在电极层外层。最后在外层缠绕Kapton胶带绝缘密封，得到摩擦压力感应电缆样品5#。测定其输出电压为2.2V。

实施例6

制备高分子聚合物绝缘层的材料为酚醛树脂，结构如图1所示摩擦压力感应电缆，其制备方法包括如下步骤：

取500g的酚醛树脂，按照10:1的比例加入固化剂石油磺酸，搅拌均匀后，放入真空干燥器内，将溶于酚醛树脂中的空气抽干净。

选直径为5mm的铜质中心导线，在中心导线的一端加装盲孔丝堵，在相距20cm处加装通孔丝堵，通孔丝堵（6）与盲孔丝堵（7）的横截面形状均一致，分别以两端的丝堵为上下底面为端面，在丝堵的I面上(如图5)缠绕涂有导电胶的铜胶带，胶带层数为2圈，然后取下通孔丝堵，从该端注入制备好的已抽气的酚醛树脂，注入的方式可采用自然注入（如图6），注满后，加装好通孔丝堵，使中心导线与铜胶带之间不得接触，放入烘箱，在烘烤温度为80℃，烘烤4h。烘烤完成后，取下通孔丝堵和盲孔丝堵，在外层缠绕Kapton胶带绝缘密封，得到摩擦压力感应电缆1#。测定其输出电压为2V。

通过上述实施例1-6的数据可以看出，本发明实施例制备的摩擦压力感应电缆，其输出电压高于传统的压力电缆，输出电压可以达到2-3V，性能显著提高。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (26)

1.一种摩擦压力感应电缆，其特征在于，其包括依次同轴贴合设置的中心导线、高分子聚合物绝缘层、电极层和绝缘外层；所述中心导线与高分子聚合物绝缘层，和/或高分子聚合物绝缘层与电极层分别通过摩擦产生信号；所述中心导线和电极层是该摩擦压力感应电缆的输出电极。

2.如权利要求1所述的摩擦压力感应电缆，其中所述中心导线与高分子聚合物绝缘层为一体设置，高分子聚合物绝缘层与电极层之间没有缝隙或缝隙极小。

3.如权利要求1或2所述的摩擦压力感应电缆，其中所述高分子聚合物绝缘层通过液态固化成型在所述中心导线上。

4.如权利要求1-3任一项所述的摩擦压力感应电缆，其中所述电极层为条状结构、带状结构或线编织的网状结构。

5.如权利要求1-4任一项所述的摩擦压力感应电缆，其中在电极层与绝缘外层之间设有屏蔽层。

6.如权利要求1-5任一项所述的摩擦压力感应电缆，其中在高分子聚合物绝缘层和电极层之间还进一步设置有第二高分子聚合物绝缘层。

7.如权利要求1-6任一项所述的摩擦压力感应电缆，其中所述高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层之间，第二高分子聚合物绝缘层与电极层之间没有缝隙或缝隙极小。

8.如权利要求6-7任一项所述的摩擦压力感应电缆，其中所述第二高分子聚合物绝缘层材料选自聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龙、聚烯烃、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡胶、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亚胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性硫化橡胶、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、三元乙丙橡胶或热塑性橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚酯纤维、氟化乙烯丙烯共聚物、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜中的一种。

9.如权利要求6-8任一项所述的摩擦压力感应电缆，其中所述电极层和第二高分子聚合物绝缘层中至少有一个层结构上设置有微纳结构。

10.如权利要求1-9任一项所述的摩擦压力感应电缆，其中所述电极层的材料选自铟锡氧化物、银纳米线膜、铜、铁、铝、银、铂、钯、铝、镍、钛、铬、锡、锰、钼、钨或钒、铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金、钽合金中的一种或几种。

11.如权利要求1-10任一项所述的摩擦压力感应电缆，其中所述高分子聚合物绝缘层所用材料选自聚二甲基硅氧烷、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯中的一种。

12.如权利要求1-11任一项所述的摩擦压力感应电缆，其中所述中心导线的材料选自铜、铁、铝、银、铂、钯、铝、镍、钛、铬、锡、锰、钼、钨或钒、铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金、钽合金，铟锡氧化物、银纳米线膜中的一种或几种。

13.一种摩擦压力感应电缆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）高分子聚合物溶液的制备：在高分子聚合物中加入固化剂得到高分子聚合物溶液，其中固化剂与高分子聚合物质量的质量比例为1%-20%；

（2）浇注空腔骨架的形成：在中心导线的一端加装盲孔密封管件，在距离盲孔密封管件L处加装通孔密封管件，在盲孔密封管件和通孔密封管件外层设置包覆层，形成以盲孔密封管件和通孔密封管件为上下底面的封闭空腔结构；

（3）浇注：将通孔密封管件从步骤（2）的浇注空腔骨架取下，将步骤（1）制备的高分子聚合物溶液浇注到步骤（2）制备的浇注空腔内，后将通孔密封管件加装到浇注后的空腔上对其封闭得到浇注结构；

（4）定型：将步骤（3）得到的封闭浇注结构烘烤定型；之后将盲孔密封管件、通孔密封管件以及用于形成空腔的辅助结构取下；以及

（5）绝缘外层的形成：在步骤（4）定型后的电极层外缠绕绝缘外层，得到摩擦压力感应电缆。

14.如权利要求13所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中步骤（2）所述的盲孔密封管件为盲孔丝堵；所述的通孔密封管件为通孔丝堵。

15.如权利要求13或14所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中步骤（2）所述的通孔密封管件与盲孔密封管件的横截面形状相同。

16.如权利要求13-15任一项所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中步骤（2）所述的设置包覆层是通过在盲孔密封管件和通孔密封管件外层包覆条状或带状电极层实现。

17.如权利要求13-16任一项所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中步骤（2）所述的设置包覆层是通过在盲孔密封管件和通孔密封管件外层用辅助结构包覆实现。

18.如权利要求13-17任一项所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中步骤（4）取下辅助结构后在高分子聚合物绝缘层上缠绕第二高分子聚合物绝缘外层。

19.如权利要求17所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中步骤（4）取下辅助结构后在高分子聚合物绝缘层上缠绕条状结构、线状结构或线编织的网状结构电极层。

20.如权利要求18所述的摩擦压力感应电缆的制备方法，其中步骤（4）取下辅助结构后在第二高分子聚合物绝缘层上缠绕条状结构、线状结构或线编织的网状结构电极层。

21.如权利要求18-20任一项所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其所述中第二高分子聚合物绝缘层材料选自聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龙、聚烯烃、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡胶、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亚胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性硫化橡胶、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、三元乙丙橡胶、热塑性橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚酯纤维、氟化乙烯丙烯共聚物、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜中的一种。

22.如权利要求13-21任一项所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中其中步骤（4）定型后的电极层外先设置屏蔽层，之后再缠绕绝缘外层。

23.如权利要求13-22任一项所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中步骤（4）所述形成空腔的辅助结构选自柔性空心管、亚克力空心管、水溶性空心管中的一种。

24.如权利要求13-23任一项所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中所述高分子聚合物绝缘层所用材料选自聚二甲基硅氧烷、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯中的一种。

25.如权利要求13-24任一项所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中步骤（3）所述浇注的浇注方式为自然注入和/或压力注入。

26.如权利要求13-25任一项所述摩擦压力感应电缆的制备方法，其中步骤（1）所述的加入固化剂与高分子聚合物的质量比例为10%。