CN112266506B - 一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法 - Google Patents

一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112266506B
CN112266506B CN202011143982.1A CN202011143982A CN112266506B CN 112266506 B CN112266506 B CN 112266506B CN 202011143982 A CN202011143982 A CN 202011143982A CN 112266506 B CN112266506 B CN 112266506B
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductive rubber
rubber
nano tin
sensor
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011143982.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112266506A (zh
Inventor
盖卫明
吕双坤
姜瑞娟
支春义
聂新民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Municipal Design and Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Municipal Design and Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Municipal Design and Research Institute Co Ltd filed Critical Shenzhen Municipal Design and Research Institute Co Ltd
Priority to CN202011143982.1A priority Critical patent/CN112266506B/zh
Publication of CN112266506A publication Critical patent/CN112266506A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112266506B publication Critical patent/CN112266506B/zh
Priority to PCT/CN2021/120842 priority patent/WO2022083414A1/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/28—Nitrogen-containing compounds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/001—Conductive additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及压力测量技术领域，提供了一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法，本发明提供的复合材料组成成分包括橡胶基体材料、纳米TiN和硫化剂，本发明首次将纳米TiN作为导电填料应用于导电橡胶复合材料中并利用该复合材料制备导电橡胶传感器，拓宽了纳米TiN的应用，所得导电橡胶传感器具有较宽的压力测试范围，较好的线性度、灵敏度和稳定性能，且电流信号较强；本发明使用橡胶封装层封装传感元件，使得传感器受力均衡，没有应力集中而结构破坏的现象，因此具有更好的稳定性，在高载荷下具有更长的疲劳安全寿命。

Description

一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备 方法
技术领域
本发明涉及压力测量技术领域，尤其涉及一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法。
背景技术
纳米导电橡胶是一种在绝缘基体中掺入纳米级导电填料后得到的具有导电性能的复合材料，具有良好的压阻特性、耐久性和柔韧性，在压力传感领域具有广泛的应用。
现有的纳米导电橡胶压力传感器中使用的导电填料一般为导电炭黑和金属粉(铜粉、锌粉、银粉)等，填料的填充量大，稳定性差。一些新型的导电填料如石墨烯、碳纳米管等材料制备方法复杂、价格昂贵。
传统的纳米导电橡胶传感器的压力测试范围在大多分布在0～2MPa之间，测试范围窄，针对极少部分大量程的导电橡胶传感器，由于结构设计问题不能有效抵消传感器内部应力，造成应力集中，容易对传感器的结构造成破坏，大大影响了传感器的使用稳定性和寿命。上述问题严重限制了纳米导电橡胶传感器在建筑工程、桥梁工程、物联网、智能穿戴、医疗健康等方面的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法；本发明创新性的将纳米TiN作为导电填料应用于纳米导电橡胶复合材料中并利用该复合材料制备导电橡胶传感器，通过对传感器结构的设计降低了内部应力，提供了一种测量范围宽、灵敏度高、稳定性好、使用寿命长的导电橡胶传感器。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种纳米TiN导电橡胶复合材料，包括以下组分：橡胶基体材料、纳米TiN和硫化剂；所述纳米TiN导电橡胶复合材料中纳米TiN的质量分数为3.0～15.0％。
优选的，所述橡胶基体材料为天然橡胶、聚二甲基硅氧烷、气相硅胶、液态硅胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶或聚氨酯弹性体。
本发明还提供了上述方案所述纳米TiN导电橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将橡胶基体材料和纳米TiN进行第一混合，将所得混合料和硫化剂进行第二混合，得到所述纳米TiN导电橡胶复合材料。
优选的，所述第一混合和第二混合的方式独立的包括搅拌、超声分散或密炼；
当所述第一混合的方式为密炼时，所述密炼的温度为80～120℃，当所述第二混合的方式为密炼时，所述密炼的温度为室温。
本发明还提供了一种纳米TiN导电橡胶复合材料传感器，包括橡胶封装层和封装在橡胶封装层内部的传感元件；所述传感元件包括导电橡胶和设置在导电橡胶上、下表面的电极以及和电极连接的导线；所述导线一端和电极连接，另一端伸出橡胶封装层；所述导电橡胶由上述方案所述的纳米TiN导电橡胶复合材料制备得到。
优选的，所述电极为导电薄膜材料；所述电极的厚度为0.02～0.05mm；
所述导电橡胶的表面形貌为平面或网状；
所述传感元件的厚度为0.2～5mm。
优选的，所述导电橡胶中心的平面上还括一层增强层；所述增强层的材质为真丝织物。
本发明还提供了上述方案所述纳米TiN导电橡胶复合材料传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米TiN导电橡胶复合材料进行压延，得到压延片；
(2)在所述压延片上下表面设置电极，得到夹心结构，将所述夹心结构进行硫化成型，然后在电极上接入导线，得到传感元件；
或，将所述压延片硫化成型，得到导电橡胶，然后在所述导电橡胶上下表面设置电极，并在电极上接入导线，得到传感元件；
(3)使用橡胶封装层材料将所述传感元件封装，得到纳米TiN导电橡胶复合材料传感器。
优选的，当导电橡胶表面形貌为网状时，所述步骤(2)替换为：
将压延片在设置有网状衬底的模具中进行硫化成型，得到表面为网状的导电橡胶，然后在导电橡胶上、下表面设置电极并在电极上接入导线，得到传感器元件；
当导电橡胶中心的平面上还括一层增强层时，所述步骤(2)替换为：
在两片压延片中间放置增强层，再次压延后进行硫化成型，得到导电橡胶，然后在导电橡胶上、下表面设置电极，并在电极上接入导线，形成传感器元件；
或，在两片压延片中间放置增强层，再次压延后在所得复合压延片上下表面设置电极，之后进行硫化成型，然后在电极上接入导线，得到传感元件。
优选的，所述硫化成型的压力为5～25MPa。
本发明提供了一种纳米TiN导电橡胶复合材料，本发明首次将纳米TiN应用于导电橡胶复合材料中，拓宽了纳米TiN的应用；复合材料中纳米TiN的添加量仅为3～15％，填充量小，在橡胶基体材料中分散性好，当纳米TiN导电橡胶复合材料中TiN的质量分数为7.2％时，即可到渗流阈值，此时导电橡胶的导电率明显增加，当导电填料较少时，纳米TiN导电橡胶复合材料的永久形变更小，机械强度和回弹性能达到最佳；利用本发明的复合材料制备导电橡胶传感器，能够降低导电橡胶传感器的成本，所得导电橡胶传感器能保持宽的压力测试范围(0～20MPa)，较好的线性度、灵敏度和稳定性能，且电流信号较强。
本发明提供了上述方案所述纳米TiN导电橡胶复合材料的制备方法。本发明提供的制备方法步骤简单，容易操作。进一步的，本发明采用高温密炼的方法将橡胶基体材料和纳米TiN混合，能够提高纳米TiN的分散程度，进一步保证在纳米TiN含量较低的情况下即可达到渗流阈值。
本发明提供了一种纳米TiN导电橡胶复合材料传感器，包括包括橡胶封装层和封装在橡胶封装层内部的传感元件；所述传感元件包括导电橡胶、电极和导线；所述导电橡胶由上述方案所述的纳米TiN导电橡胶复合材料制备得到。本发明使用橡胶封装层封装传感元件，使得传感器受力均衡，没有应力集中而结构破坏的现象，因此具有更好的稳定性，在高载荷下具有更长的疲劳安全寿命。并且封装结构的设计使得传感器具备更强的抵抗外界干扰和腐蚀的能力，能够更快的恢复弹性压缩变形，减少永久变形，不会出现基线漂移等问题。此外，本发明使用橡胶材料封装传感器元件，所得导电橡胶传感器的柔韧性更好。
本发明还提供了上述方案所述纳米TiN导电橡胶复合材料传感器的制备方法；本发明提供的制备方法步骤简单，容易操作。进一步的，本发明在高压下进行硫化成型，所得橡胶结构本身更加致密，使得导电橡胶传感器的耐高压能力提高且能保持好的结构稳定性和寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中使用的纳米TiN的扫描电镜图；
图2为当导电橡胶中心的平面上不包括增强层时传感器的结构示意图；
图3为导电橡胶中心的平面上包括增强层时传感器的结构示意图；
图2～3中：1-导电橡胶，2-电极，3-导线，4-橡胶封装层，5-增强层；
图4为实施例1中传感器在0～10MPa循环加载压力条件下电流的变化情况图；
图5为为实施例1中传感器在0～20MPa循环加载压力条件下电流的变化情况图。
具体实施方式
本发明提供了一种纳米TiN导电橡胶复合材料，包括以下组分：橡胶基体材料、纳米TiN和硫化剂；所述纳米TiN导电橡胶复合材料中纳米TiN的质量分数为3～15％。
在本发明中，所述橡胶基体材料优选包括天然橡胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、气相硅胶、液态硅胶(LSR)、丁腈橡胶(NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)或聚氨酯弹性体(TPU)；本发明选择的橡胶基体材料均为具有较高机械性能的高韧橡胶，在制备过程中内部不易出现气泡，导电填料更容易分散均匀，且利用该复合材料制备得到的传感器内部应力分布均匀抗压能力更强，有利于提高传感器的测量范围。
在本发明中，所述纳米TiN的尺寸优选为：长600～800nm，宽100～200nm；所述纳米TiN导电橡胶复合材料中纳米TiN的质量百分含量为3～15％，更优选为7.2～15％；所述纳米TiN具有熔点高、硬度高、稳定性好、超导电的性能，本发明对所述TiN的来源没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的纳米TiN即可，在本发明的一个具体实施例中，所述纳米TiN的形貌如图1所示。
本发明对所述硫化剂没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的硫化剂即可，具体的如双-25硫化剂(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷)或双-24硫化剂(2,4-二氯过氧苯甲酰)；所述纳米TiN导电橡胶复合材料硫化剂的质量百分含量优选为0.8～1.2％，更优选为1～1.1％。
本发明还提供了上述方案所述纳米TiN导电橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将橡胶基体材料和纳米TiN进行第一混合，将所得混合料和硫化剂进行第二混合，得到所述纳米TiN导电橡胶复合材料。
在本发明中，所述第一混合和第二混合的方式独立的优选包括搅拌、超声分散或密炼，所述搅拌的方式优选为机械搅拌、磁力搅拌或行星搅拌，在本发明的具体实施例中，当所述橡胶基体材料为粘度较低的液态高分子材料(如液态聚二甲基硅氧烷、液态硅胶等)时，本发明优选采用搅拌或超声的方式进行第一混合和第二混合，当所述橡胶基体材料为粘度很大的半固体高分子材料(如天然橡胶、气相硅胶、三元乙丙橡胶等)时，本发明优选采用密炼的方式进行第一混合和第二混合；当所述第一混合的方式优选为密炼时，所述密炼的温度优选为80～120℃，优选为90～110℃；所述高温密炼优选包括第一步密炼和第二步密炼，所述第一步密炼的转速优选为20～50rpm，更优选为40rpm，时间优选为5～30min，更优选为10min，所述第二步密炼的转速优选为25～30rpm，更优选为26～28rpm，时间优选为5～10min，更优选为6～8min，所述第一步密炼和第二步密炼的温度优选相同；本发明通过分步密炼减少密炼时间，提高纳米导电填料的分散均匀度；本发明在高温下通过密炼将橡胶基体材料和纳米TiN混合，能够提高纳米TiN的分散程度，进一步保证在纳米TiN含量较低的情况下即可达到渗流阈值。
在本发明中，当所述第二混合的方式优选为密炼时，所述密炼的温度优选为室温，转速优选为10rpm，时间优选为5min。
当第一混合和第二混合的方式均为密炼时，本发明优选在第一混合完成后，将混合料冷却至室温，然后再加入硫化剂进行第二混合。
本发明提供了一种纳米TiN导电橡胶复合材料传感器，包括橡胶封装层和封装在橡胶封装层内部的传感元件。
在本发明中，所述橡胶封装层的组成成分优选包括橡胶基体材料和硫化剂，所述橡胶基体材料的优选种类和上述方案一致，在此不再赘述；所述硫化剂的优选种类和上述方案一致，在此不再赘述；所述橡胶封装层中硫化剂的含量优选为0.8～1.2％；所述橡胶封装层的厚度优选为4.0mm～10.0mm。在本发明中，所述橡胶封装层所使用的橡胶优选和纳米TiN导电橡胶复合材料中橡胶基体材料相同，同种橡胶基体材料的力学性能相近，封装后橡胶基体和纳米导电橡胶传感器具有同步的受力收缩比例，避免传感器内部应力不均衡而造成的结构破坏，还可以提升传感器的灵敏度和一致性。
在本发明中，所述传感元件包括导电橡胶和设置在导电橡胶上、下表面的电极以及和电极连接的导线；所述导电橡胶由上述方案所述的纳米TiN导电橡胶复合材料制备得到。在本发明中，所述导电橡胶的表面形貌优选为平面或网状；所述网状具体可以利用织物在导电橡胶表面压印形成，后续进行具体说明。本发明将导电橡胶表面设置成网状，可以增大接触面积，有利于提升传感器的灵敏度。
在本发明中，所述导电橡胶中心的平面上优选还括一层增强层；所述增强层的材质优选为真丝织物；所述增强层的厚度优选为0.02～0.03mm；所述增强层的面积优选和导电橡胶一致；本发明在导电橡胶中心的平面上设置增强层，可以增加导电橡胶的韧性，提高结构稳定性，防止短路。
本发明对所述导电橡胶的形状没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的形状即可，具体的如圆形。
在本发明中，所述电极优选为导电薄膜材料，所述导电薄膜材料优选为导电纤维织物或导电金属片，所述导电金属片优选包括铜箔、锌箔或铝箔；所述导电纤维织物优选为镀银纤维织物；所述电极的厚度优选为0.02～0.05mm，更优选为0.03～0.04mm。
在本发明中，所述导线一端和电极连接，另一端伸出橡胶封装层；所述导线具体为2根，分别和导电橡胶上、下表面的电极连接；本发明对所述导线的种类没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的导线即可，具体的如铜漆包线、不锈钢纱线或可伸缩导电纤维。
在本发明中，所述传感器元件的厚度优选为0.2～5mm，更优选为0.3～4.5mm。
在本发明中，当所述导电橡胶中心的平面上不包括增强层时，所述传感器的结构如图2所示，当所述导电橡胶中心的平面上包括增强层时，所述传感器的结构如图3所示；图2～3中：1-导电橡胶，2-电极，3-导线，4-橡胶封装层，5-增强层。
本发明还提供了上述方案所述纳米TiN导电橡胶复合材料传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米TiN导电橡胶复合材料进行压延，得到压延片；
(2)在所述压延片上下表面设置电极，得到夹心结构，将所述夹心结构进行硫化成型，然后在电极上接入导线，得到传感元件；
或，将所述压延片硫化成型，得到导电橡胶，然后在所述导电橡胶上下表面设置电极，并在电极上接入导线，得到传感元件；
(3)使用橡胶封装层材料将传感元件封装，得到纳米TiN导电橡胶复合材料传感器。
本发明将纳米TiN导电橡胶复合材料压延，得到压延片。在本发明中，所述压延优选使用辊压机进行；所述压延材料的厚度根据上述方案所述的传感器元件的厚度进行设置即可；所述导电橡胶的形状和尺寸根据目标传感器元件的形状和尺寸进行设置即可，本发明不做具体限定。
得到压延片后，本发明利用压延片、电极和导线制备传感元件，具体可以先在压延片表面设置电极，再进行硫化成型，也可以先将压延片硫化成型，再设置电极；将先设置电极，再硫化成型的方法记为方法一，先硫化成型，再设置电极的方法记为方法二，下面分别进行介绍：
在本发明中，所述方法一为：在压延片上下表面设置电极，得到夹心结构，将所述夹心结构进行硫化成型，然后在电极上接入导线，得到传感元件。这种方法适用于电极为导电纤维织物的情况，适用于制备量程宽、灵敏度低的产品，导电织物具有透气性，在硫化过程中不会影响排气，电极和硫化所得的导电橡胶之间不会出现气泡。在本发明中，所述电极优选平铺在压延片的上下表面，所述电极在平铺前，优选还包括将电极进行偶联剂润湿处理；所述偶联剂润湿处理用偶联剂优选为KH560、KH550或KH570；本发明对所述偶联剂润湿处理的具体方法没有特殊要求，能够使用偶联剂将电极表面润湿即可；本发明利用偶联剂润湿电极表面，能够增加电极和橡胶之间的结合力。
在本发明中，所述硫化成型的方法优选为热压成型、浇注成型或注射成型，在本发明的具体实施例中，优选根据橡胶基体材料的种类选择硫化成型的具体方式；在本发明的具体实施例中，所述硫化成型的方法更优选为热压成型，所述热压成型的压力优选为5～25MPa，更优选为10～20MPa；本发明在高压下进行硫化成型，所得橡胶结构本身更加致密，使得橡胶的耐高压能力提高且能保持好的结构稳定性和寿命；本发明优选将所述夹心结构放置在模具中进行硫化成型；本发明对所述模具没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的模具即可，本发明对所述硫化成型的温度没有特殊要求，根据所使用橡胶基体材料的种类进行设置即可。
本发明对所述导线的接入方式没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的接入方式即可。
在本发明中，所述方法二为：将所述压延片硫化成型，得到导电橡胶，然后在所述导电橡胶上下表面设置电极，并在电极上接入导线，得到传感元件。在本发明中，这种方法适用于电极为导电金属片的情况，适用于制备灵敏度高、量程低的产品，导电金属片不具有透气性，若先设置电极再硫化或导致电极和导电橡胶之间出现细小的气泡，接触不好。在本发明中，所述硫化成型的具体条件优选和方法一中一致，在此不再赘述；本发明优选使用导电银浆将电极粘结在导电橡胶上下表面。
在本发明中，当所述导电橡胶的表面为网状时，本发明优选通过以下方法制备传感元件：将压延片在设置有网状衬底的模具中进行硫化成型，得到表面为网状的导电橡胶，然后在导电橡胶表面设置电极并连接导线，得到传感器元件。其中硫化成型、设置电极的方法均和上述方案一致，在此不再赘述；所述网状衬底优选为真丝织物。
当所述导电橡胶中心的平面上还设置有增强层时，本发明优选通过以下方法制备传感元件：在两片压延片中间放置增强层，再次压延后进行硫化成型，得到导电橡胶，然后在导电橡胶上、下表面设置电极，并在电极上接入导线，形成传感器元件；或，在两片压延片中间放置增强层，再次压延后在所得复合压延片上下表面设置电极，之后进行硫化成型，然后在电极上接入导线，得到传感元件。其中压延、硫化成型和设置电极的方法均和上述方案一致，在此不再赘述；当制备中心平面上设置有增强层、且表面为网状的导电橡胶时，使用设置有网状衬底的模具进行热压成型即可。
得到传感元件后，本发明使用橡胶封装层材料将传感元件封装，得到纳米TiN导电橡胶复合材料传感器。在本发明中，所述橡胶封装层材料优选为橡胶基体材料和硫化剂的混合料，本发明优选将混合料放入模具中，使用混合料将传感器元件包覆，然后进行硫化封装；所述硫化封装的温度和时间根据选择的橡胶种类进行控制即可。本发明对所述封装的具体过程没有特殊要求，能够实现封装即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
纳米TiN导电橡胶复合材料的制备：原料(以质量份计)：高强度气相硅胶GS-1050u100份，为纳米TiN 8份(形貌如图1所示)，硫化剂双-250.6份；将高强度气相硅胶和纳米TiN混合进行密炼，密炼温度为120℃，冷却后加入硫化剂双-25在室温密炼混合均匀，得到纳米TiN导电橡胶复合材料；
将纳米TiN导电橡胶复合材料辊压成半径7.0mm的片状，并将镀银纤维织物(厚度为0.02mm)置于压延片上下表面构成夹心结构，然后将夹心结构放入模具并用热压机硫化成型(硫化温度165℃，压力为20MPa，时间为15min)，将成型件表面的镀银纤维织物接入紫铜铜漆包线作为导线，得到传感器元件，厚度为2.1mm。
将制作成型的传感器元件用气相硅胶GS-1050u硫化封装(硫化温度165℃，时间10min，硫化剂为双25，硫化剂添加量为1％)，封装层的厚度为4mm得到纳米TiN导电橡胶复合材料传感器。
对所得纳米TiN导电橡胶复合材料传感器施加0-10MPa和0-20MPa的循环加载的压力下，将传感器导线接入无纸记录仪并记录传感器的电流变化，所得结果如图4和图5所示，其中图4为传感器在0～10MPa循环加载压力条件下电流的变化情况图，图5为传感器在0～20MPa循环加载压力条件下电流的变化情况图。根据图4和图5可以看出，在施加压力后，传感器产生较强的电流信号，灵敏度较高，且在循环施加压力的过程中，传感器的稳定性好，无基线漂移现象。
对所得纳米TiN导电橡胶复合材料传感器的力学性能进行测试，结果为：邵氏硬度40A，拉伸强度10MPa，断裂伸长率300％，撕裂强度24N/mm，说明本发明的纳米TiN导电橡胶复合材料传感器具有优异的柔韧性。
实施例2
纳米TiN导电橡胶复合材料的制备：原料(以质量份计)：高强度气相硅胶GS-1050u100份，纳米TiN10份，硫化剂双-250.8份；将高强度气相硅胶和纳米TiN混合进行密炼，密炼温度为120℃，冷却后加入硫化剂双-25在室温密炼混合均匀，得到纳米TiN导电橡胶复合材料；
将上述纳米TiN导电橡胶复合材料辊压成半径7.0mm，厚0.3mm圆片状结构，然后真丝纤维置于两片圆片状结构中间，充分辊压成0.5mm厚(导电传感材料充分渗透入真丝纤维的空隙内)，最后放入模具(喷有脱模剂，真丝为衬底)并用热压机硫化成型(硫化温度165℃，压力为10MPa，时间10min)，得到成型件(厚度为0.47mm，传感器表面为织物网状界面)。
将成型件上下两面分别连接导电铜箔圆片(直径6.5mm,厚度：0.025mm)作为电极，电极焊接铜漆包线作为导线，得到传感器元件。
用气相硅胶GS-1050u将传感器原件硫化封装(硫化温度165℃，时间10min，硫化剂为双25，硫化剂添加量为1％)，封装层的厚度为6.0mm得到纳米TiN导电橡胶复合材料传感器。
按照实施例1中的方法对所得纳米TiN导电橡胶复合材料传感器进行性能测试，所得结果和实施例1相似。
实施例3
其他条件和实施例1相同，仅将其中纳米TiN的质量份数改为4份。
实施例4
其他条件和实施例1相同，仅将其中纳米TiN的质量份数改为15份。
按照实施例1中的方法对实施例3～4所得纳米TiN导电橡胶复合材料传感器进行性能测试，结果显示，所得传感器的灵敏度均较高，且在循环施加压力的过程中，传感器的稳定性好，无基线漂移现象。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种纳米TiN导电橡胶复合材料传感器，其特征在于，包括橡胶封装层和封装在橡胶封装层内部的传感元件；所述传感元件包括导电橡胶和设置在导电橡胶上、下表面的电极以及和电极连接的导线；所述导线一端和电极连接，另一端伸出橡胶封装层；所述导电橡胶由纳米TiN导电橡胶复合材料制备得到制备方法为：将纳米TiN导电橡胶复合材料进行压延，得到压延片，将所述压延片硫化成型，得到导电橡胶；纳米TiN导电橡胶复合材料，其特征在于，包括以下组分：橡胶基体材料、纳米TiN导电粉体和硫化剂；所述纳米TiN导电橡胶复合材料中纳米TiN导电粉体的质量分数为3.0～15.0％；所述橡胶封装层使用的橡胶和纳米TiN导电橡胶复合材料中的橡胶基体材料相同。
2.根据权利要求1所述的传感器，所述橡胶基体材料为天然橡胶、聚二甲基硅氧烷、气相硅胶、液态硅胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶或聚氨酯弹性体。
3.权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述纳米TiN导电橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
将橡胶基体材料和纳米TiN导电粉体进行第一混合，将所得混合料和硫化剂进行第二混合，得到所述纳米TiN导电橡胶复合材料。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述第一混合和第二混合的方式独立的包括搅拌、超声分散或密炼；
当所述第一混合的方式为密炼时，所述密炼的温度为80～120℃，当所述第二混合的方式为密炼时，所述密炼的温度为室温。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述电极为导电薄膜材料；所述电极的厚度为0.02～0.05mm；
所述导电橡胶的表面形貌为平面或网状；
所述传感元件的厚度为0.2～5mm。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述导电橡胶中心的平面上还括一层增强层；所述增强层的材质为真丝织物。
7.权利要求1～6任意一项所述纳米TiN导电橡胶复合材料传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纳米TiN导电橡胶复合材料进行压延，得到压延片；
(2)在所述压延片上下表面设置电极，得到夹心结构，将所述夹心结构进行硫化成型，然后在电极上接入导线，得到传感元件；
或，将所述压延片硫化成型，得到导电橡胶，然后在所述导电橡胶上下表面设置电极，并在电极上接入导线，得到传感元件；
(3)使用橡胶封装层材料将所述传感元件封装，得到纳米TiN导电橡胶复合材料传感器。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，当导电橡胶表面形貌为网状时，所述步骤(2)替换为：
将压延片在设置有网状衬底的模具中进行硫化成型，得到表面为网状的导电橡胶，然后在导电橡胶上、下表面设置电极并在电极上接入导线，得到传感器元件；
当导电橡胶中心的平面上还括一层增强层时，所述步骤(2)替换为：
在两片压延片中间放置增强层，再次压延后进行硫化成型，得到导电橡胶，然后在导电橡胶上、下表面设置电极，并在电极上接入导线，形成传感器元件；
或，在两片压延片中间放置增强层，再次压延后在所得复合压延片上下表面设置电极，之后进行硫化成型，然后在电极上接入导线，得到传感元件。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述硫化成型的压力为5～25MPa。
CN202011143982.1A 2020-10-23 2020-10-23 一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法 Active CN112266506B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011143982.1A CN112266506B (zh) 2020-10-23 2020-10-23 一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法
PCT/CN2021/120842 WO2022083414A1 (zh) 2020-10-23 2021-09-27 一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011143982.1A CN112266506B (zh) 2020-10-23 2020-10-23 一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112266506A CN112266506A (zh) 2021-01-26
CN112266506B true CN112266506B (zh) 2021-08-17

Family

ID=74341599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011143982.1A Active CN112266506B (zh) 2020-10-23 2020-10-23 一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112266506B (zh)
WO (1) WO2022083414A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112266506B (zh) * 2020-10-23 2021-08-17 深圳市市政设计研究院有限公司 一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法
CN112857636B (zh) * 2021-02-04 2024-06-07 王明秋 压力传感器
CN115584468B (zh) * 2022-09-30 2024-08-13 青岛国工高新材料有限公司 一种抗冲击涂层及具有该涂层的人防设备

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61163507A (ja) * 1985-01-11 1986-07-24 古河電気工業株式会社 導電性ゴム組成物
CN102543331A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 上海长园维安电子线路保护有限公司 高分子基导电复合材料及ptc元件
CN102998035A (zh) * 2012-11-21 2013-03-27 东北大学 基于石墨烯填充硅橡胶复合材料压容效应的敏感元件及其研制方法
KR102212322B1 (ko) * 2013-12-24 2021-02-03 삼성전자주식회사 전기 흡착 탈이온 전극, 그 제조 방법 및 이를 포함한 전기흡착 탈이온 장치
CN105778814A (zh) * 2014-12-24 2016-07-20 党庆风 一种室温固化有机硅导电胶
CN106009677B (zh) * 2016-07-18 2018-06-26 深圳市尚智工程技术咨询有限公司 一种纳米导电橡胶传感单元及其制备方法
KR101942187B1 (ko) * 2017-06-19 2019-01-25 전남대학교산학협력단 가요성 전극 및 이의 제조방법
WO2019079040A1 (en) * 2017-10-16 2019-04-25 Starkey Laboratories, Inc. ELECTRODES FOR HEARING AIDS AND RELATED METHODS
CN108314898A (zh) * 2018-02-02 2018-07-24 深圳市腾顺电子材料有限公司 导电橡胶组合物、导电橡胶及其制备方法
CN109294233B (zh) * 2018-09-25 2021-03-19 重庆大学 一种纳米导电纤维/高分子复合材料应变传感器
CN111129491A (zh) * 2019-12-20 2020-05-08 广东工业大学 一种锂离子电池负极活性材料、其制备方法和锂离子电池
CN111276692A (zh) * 2019-12-20 2020-06-12 广东工业大学 一种锂离子电池负极活性材料、其制备方法和锂离子电池
CN112266506B (zh) * 2020-10-23 2021-08-17 深圳市市政设计研究院有限公司 一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112266506A (zh) 2021-01-26
WO2022083414A1 (zh) 2022-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112266506B (zh) 一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法
Zhang et al. Enhanced piezoresistive performance of conductive WPU/CNT composite foam through incorporating brittle cellulose nanocrystal
Zhan et al. Electrically conductive carbon black/electrospun polyamide 6/poly (vinyl alcohol) composite based strain sensor with ultrahigh sensitivity and favorable repeatability
US20180340848A1 (en) Three-layer self-healing flexible strain sensor and preparation method thereof
CN112284577B (zh) 一种压电压阻复合式触觉传感器及制备方法
US20180017450A1 (en) Nano-conductive rubber sensing unit and preparation method therefor
CN110132120B (zh) 一种可拉伸式压力及拉伸形变传感器
CN107881768B (zh) 一种基于聚氨酯纤维的可拉伸应变传感器及其制备方法
CN109323784A (zh) 一种具有双层卡扣型微凸台的压阻式柔性触觉传感器
CN101339001A (zh) 使用掺杂聚合流体的压阻式应变计
CN111732744B (zh) 一种利用双向拉伸技术制备柔性应变传感器的方法
Yang et al. Graphene rubber composites integrated sealing rings for monitoring contact pressure and the aging process
CN104530718A (zh) 智能导电复合材料及其制备方法
WO2022083415A1 (zh) 一种大量程高韧纳米导电橡胶传感器及其制备和封装方法
CN110198144A (zh) 一种可拉伸的能量转换纤维条及其制备方法
Li et al. A multidimensional hierarchical structure designed for lateral strain-isolated ultrasensitive pressure sensing
CN110863352B (zh) 一种基于双组份聚氨酯线的高可拉伸柔性应变传感器及其制备方法
CN212988660U (zh) 一种纳米导电橡胶传感器
KR102171318B1 (ko) 고신축성 고분자 복합체 스트레인 센서 및 그 제조 방법
CN117384400B (zh) 具有损伤监测功能的玄武岩纤维复合材料及其制备方法
CN206219491U (zh) 一种纳米导电橡胶传感单元
CN106525326B (zh) 一种减小压阻传感器温度漂移的方法
CN117387805A (zh) 大量程、高敏导电橡胶复合材料传感器装置及制备方法
CN115678188B (zh) 一种黄原胶水凝胶及其制备方法和应用
CN108285569B (zh) 一种嵌固式自感知土工格栅结构及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant