CN115116652A - 超长寿命薄膜碳电极及其制备方法 - Google Patents

超长寿命薄膜碳电极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种超长寿命薄膜碳电极及其制备方法，以质量百分比计，所述超长寿命薄膜碳电极包括以下组分：粘结剂30～50％、碳材料20～30％、耐磨材料5～10％、有机溶剂20～40％、消泡剂0.1～0.5％、偶联剂0.1～0.5％以及分散剂0.1～0.5％；其中，所述耐磨材料为石墨烯、硫化钼、硫化铁、硫化铋和硫化铜中的至少一种。本发明的技术方案中，超长寿命薄膜碳电极的各组分分别为：粘结剂30～50％、碳材料20～30％、耐磨材料5～10％、有机溶剂20～40％、消泡剂0.1～0.5％、偶联剂0.1～0.5％以及分散剂0.1～0.5％，通过在超长寿命薄膜碳电极添加耐磨材料，并将各组分控制在上述比重下，所获得的超长寿命薄膜碳电极具有2000～5000万次的超长耐磨寿命，可广泛应用于高频率接触类薄膜按键开关和机械加工限位器等领域。

Description

超长寿命薄膜碳电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜碳电极技术领域，特别涉及一种超长寿命薄膜碳电极及其制备方法。
背景技术
薄膜碳电极在按键开关、机械加工、柔性电路、位移传感器等领域都有着广发的应用。国内现有的薄膜碳电极的耐磨寿命一般小于200万次，这严重限制了薄膜碳电极在超高强度摩擦接触电极领域的应用。因此，急需提供一种有效提高耐磨寿命的薄膜碳电极。
发明内容
本发明的主要目的是提出超长寿命薄膜碳电极及其制备方法，旨在提供一种有效提高耐磨寿命的薄膜碳电极。
为实现上述目的，本发明提出一种超长寿命薄膜碳电极，以质量百分比计，所述超长寿命薄膜碳电极包括以下组分：
粘结剂30～50％、碳材料20～30％、耐磨材料5～10％、有机溶剂20～40％、消泡剂0.1～0.5％、偶联剂0.1～0.5％以及分散剂0.1～0.5％；
其中，所述耐磨材料为石墨烯、硫化钼、硫化铁、硫化铋和硫化铜中的至少一种。
可选地，所述粘结剂为热固性树脂。
可选地，所述碳材料包括膨胀石墨和纳米碳粉。
可选地，所述膨胀石墨和所述纳米碳粉的质量比为(1～3)：1。
可选地，所述膨胀石墨的粒度不小于1200目；和/或，
所述纳米碳粉的粒径不大于50纳米。
可选地，所述有机溶剂包括乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丁醚和丙二醇乙醚醋酸酯中的至少一种。
可选地，所述消泡剂包括硅基消泡剂。
可选地，所述偶联剂包括氟改性聚硅氧烷。
可选地，所述分散剂包括脂肪酸类分散剂。
本发明还提出一种如上所述的超长寿命薄膜碳电极的制备方法，包括以下步骤：
将粘结剂、有机溶剂、消泡剂、偶联剂以及分散剂混合，搅拌得到有机载体；
向所述有机载体中加入碳材料和耐磨材料，搅拌均匀，再研磨至粒度不小于250目，得到导电浆料；
将所述导电浆料丝网印刷得导电碳膜；
将所述导电碳膜于100～130℃条件下烘干，然后于150～180℃和0.5～1bar条件下热压，得到超长寿命薄膜碳电极。
本发明的技术方案中，超长寿命薄膜碳电极的各组分分别为：粘结剂30～50％、碳材料20～30％、耐磨材料5～10％、有机溶剂20～40％、消泡剂0.1～0.5％、偶联剂0.1～0.5％以及分散剂0.1～0.5％，通过在超长寿命薄膜碳电极添加耐磨材料，并将各组分控制在上述比重下，所获得的超长寿命薄膜碳电极具有2000～5000万次的超长耐磨寿命，可广泛应用于高频率接触类薄膜按键开关和机械加工限位器等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的超长寿命薄膜碳电极的制备方法的一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
薄膜碳电极在按键开关、机械加工、柔性电路、位移传感器等领域都有着广发的应用。国内现有的薄膜碳电极的耐磨寿命一般小于200万次，这严重限制了薄膜碳电极在超高强度摩擦接触电极领域的应用。因此，急需提供一种有效提高耐磨寿命的薄膜碳电极。
鉴于此，本发明提出一种超长寿命薄膜碳电极，旨在提高薄膜碳电极的耐磨寿命。
在发明实施例中，以质量百分比计，所述超长寿命薄膜碳电极包括以下组分：粘结剂30～50％、碳材料20～30％、耐磨材料5～10％、有机溶剂20～40％、消泡剂0.1～0.5％、偶联剂0.1～0.5％以及分散剂0.1～0.5％；其中，所述耐磨材料为石墨烯、硫化钼、硫化铁、硫化铋和硫化铜中的至少一种。
本发明的技术方案中，超长寿命薄膜碳电极的各组分分别为：粘结剂30～50％、碳材料20～30％、耐磨材料5～10％、有机溶剂20～40％、消泡剂0.1～0.5％、偶联剂0.1～0.5％以及分散剂0.1～0.5％，通过在超长寿命薄膜碳电极添加耐磨材料，并将各组分控制在上述比重下，所获得的超长寿命薄膜碳电极具有2000～5000万次的超长耐磨寿命，可广泛应用于高频率接触类薄膜按键开关和机械加工限位器等领域。
进一步地，所述粘结剂为热固性树脂。比如，酚醛树脂，脲醛树脂，环氧树脂等。通过粘结剂将各组分紧密粘结在一起，进一步提高薄膜碳电极的耐磨寿命。
此外，所述碳材料包括膨胀石墨和纳米碳粉。通过将膨胀石墨和纳米碳粉组合作为碳材料使用，小颗粒的纳米碳粉会填充进呈片状的膨胀石墨的缝隙内，二者形成一个交叠的状态，从而增加二者接触，进而降低薄膜碳电极的方阻值。
更进一步地，所述碳材料中，所述膨胀石墨和所述纳米碳粉的质量比为(1～3)：1。如此，所述膨胀石墨和所述纳米碳粉的接触更紧密，进一步降低薄膜碳电极的方阻值。
具体地，所述膨胀石墨的粒度不小于1200目，如1200～1500目，如此，更利于其与纳米碳粉的接触，并且有利于丝网印刷以使得超长寿命薄膜碳电极更容易制备。
所述纳米碳粉的粒径不大于50纳米，如30～50纳米，如此，更利于其与膨胀石墨接触，并且有利于丝网印刷以使得超长寿命薄膜碳电极更容易制备。
本发明不限制所述有机溶剂的具体类型，所述有机溶剂包括乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丁醚和丙二醇乙醚醋酸酯中的至少一种，所述有机溶剂可以是上述溶剂中的一种或多种。本发明也不限制所述消泡剂的具体类型，在发明实施例中，所述消泡剂包括硅基消泡剂。本发明也不限制所述偶联剂的具体类型，在发明实施例中，所述偶联剂包括氟改性聚硅氧烷。本发明也不限制所述分散剂的具体类型，在发明实施例中，所述分散剂包括脂肪酸类分散剂。
本发明还提出一种如上所述的超长寿命薄膜碳电极的制备方法，用于制备上述的超长寿命薄膜碳电极，具体请参照图1，所述超长寿命薄膜碳电极的制备方法包括以下步骤：
步骤S10、将粘结剂、有机溶剂、消泡剂、偶联剂以及分散剂混合，搅拌得到有机载体。
具体地，搅拌时用机械搅拌的方式，以100～300r/min的搅拌速度搅拌10min，即得搅拌均匀的有机载体。
步骤S20、向所述有机载体中加入碳材料和耐磨材料，搅拌均匀，再研磨至粒度不小于250目，得到导电浆料。
具体地，加入碳材料和耐磨材料后，机械搅拌以50～200r/min的搅拌速度搅拌10min，即可搅拌均匀。本发明不限制研磨的具体设备，在本发明实施例中，优选用三辊研磨机进行研磨。研磨目标为粒度不小于250目，如250～500目。
步骤S30、将所述导电浆料丝网印刷得导电碳膜。
具体地，丝网印刷的具体步骤如下：将导电浆料用250目丝网印刷在玻纤板上。
步骤S40、将所述导电碳膜于100～130℃条件下烘干，然后于150～180℃和0.5～1bar条件下热压，得到超长寿命薄膜碳电极。
本发明提出的超长寿命薄膜碳电极的制备方法，制备得到的超长寿命薄膜碳电极，具备了上述超长寿命薄膜碳电极的全部有益效果，在此不再一一赘述。该制备方法制备得到的薄膜碳电极方阻在1000欧/cm2～200欧/cm2范围内，薄膜碳电极的铅笔硬度达到8H以上，摩擦寿命可达2000～5000万次，在玻纤板上粘附力高，抗弯曲能力高。
以下给出本发明提出的超长寿命薄膜碳电极的制备方法的一具体实施例：
(1)将粘结剂、有机溶剂、消泡剂、偶联剂以及分散剂混合，搅拌得到有机载体。
(2)向所述有机载体中加入碳材料和耐磨材料，搅拌均匀，再用三辊研磨机研磨至粒度为250～500目，得到导电浆料。
(3)将所述导电浆料用250目丝网印刷在玻纤板上，得导电碳膜。
(4)将所述导电碳膜于100～130℃条件下烘干，然后于150～180℃和0.5～1bar条件下热压，得到超长寿命薄膜碳电极。
以下结合具体实施例和试验数据对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)将粘结剂、有机溶剂、消泡剂、偶联剂以及分散剂混合，搅拌得到有机载体。
(2)向所述有机载体中加入碳材料和耐磨材料，搅拌均匀，再用三辊研磨机研磨至粒度为250目，得到导电浆料。
(3)将所述导电浆料用250目丝网印刷在玻纤板上，得导电碳膜。
(4)将所述导电碳膜于130℃条件下烘干，然后于150℃和1bar条件下热压，得到超长寿命薄膜碳电极。
其中，各组分原料按照表1中所示的实施例1组分原料进行称取。
表1实施例1-5的组分原料
Figure BDA0003693814820000061
Figure BDA0003693814820000071
按照表1所示的实施例2-5的组分原料称取原料，并按照实施例1的步骤(1)-(4)进行制备，制备时的具体工艺参数请参照表2，对应制备得到实施例2-5的超长寿命薄膜碳电极。
表2实施例2-5的具体工艺参数
Figure BDA0003693814820000072
测试实施例1-5得到的超长寿命薄膜碳电极的摩擦寿命和方阻值，结果见表3。
表3实施例1-5的超长寿命薄膜碳电极的性能参数
Figure BDA0003693814820000073
Figure BDA0003693814820000081
由表3可以看出，本发明实施例1-5制得的超长寿命薄膜碳电极具有较长的摩擦寿命，达2000～5000万次；本发明实施例1-5制得的超长寿命薄膜碳电极的方阻值小，为1000欧/cm2～200欧/cm2。说明在上述组分配比和制备工艺下，能够显著提高碳电极的摩擦寿命，得到具有超长寿命的薄膜碳电极。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超长寿命薄膜碳电极，其特征在于，以质量百分比计，所述超长寿命薄膜碳电极包括以下组分：
粘结剂30～50％、碳材料20～30％、耐磨材料5～10％、有机溶剂20～40％、消泡剂0.1～0.5％、偶联剂0.1～0.5％以及分散剂0.1～0.5％；
其中，所述耐磨材料为石墨烯、硫化钼、硫化铁、硫化铋和硫化铜中的至少一种。
2.如权利要求1所述的超长寿命薄膜碳电极，其特征在于，所述粘结剂为热固性树脂。
3.如权利要求1所述的超长寿命薄膜碳电极，其特征在于，所述碳材料包括膨胀石墨和纳米碳粉。
4.如权利要求3所述的超长寿命薄膜碳电极，其特征在于，所述膨胀石墨和所述纳米碳粉的质量比为(1～3)：1。
5.如权利要求3所述的超长寿命薄膜碳电极，其特征在于，所述膨胀石墨的粒度不小于1200目；和/或，
所述纳米碳粉的粒径不大于50纳米。
6.如权利要求1所述的超长寿命薄膜碳电极，其特征在于，所述有机溶剂包括乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丁醚和丙二醇乙醚醋酸酯中的至少一种。
7.如权利要求1所述的超长寿命薄膜碳电极，其特征在于，所述消泡剂包括硅基消泡剂。
8.如权利要求1所述的超长寿命薄膜碳电极，其特征在于，所述偶联剂包括氟改性聚硅氧烷。
9.如权利要求1所述的超长寿命薄膜碳电极，其特征在于，所述分散剂包括脂肪酸类分散剂。
10.一种如权利要求1至9任意一项所述的超长寿命薄膜碳电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将粘结剂、有机溶剂、消泡剂、偶联剂以及分散剂混合，搅拌得到有机载体；
向所述有机载体中加入碳材料和耐磨材料，搅拌均匀，再研磨至粒度不小于250目，得到导电浆料；
将所述导电浆料丝网印刷得导电碳膜；
将所述导电碳膜于100～130℃条件下烘干，然后于150～180℃和0.5～1bar条件下热压，得到超长寿命薄膜碳电极。
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