專利名稱：一種電阻式壓力傳感器用力學敏感材料的制備方法
技術領域：
本發明屬于有機功能材料的制造技術領域，特別是提供了一種電阻式壓力傳感器用力學敏感材料的制備方法。
背景技術：
材料在應力或應變作用下的電阻機械效應即壓力-電阻特性，其反映的是材料受外力作用而發生變形時所伴隨的電阻率變化。傳統的基于材料的壓力-電阻特性研制出的硅應力傳感器、銅錳合金應力傳感器和石墨應力傳感器已被應用于機器人、航空航天、汽車、生物醫學和環境監控等領域。然而，在一些具有規則和不規則曲面的復雜結構擠壓應力的測量過程中，要求傳感器不但具備良好的壓力-電阻特性，而且具有優秀的柔韌力學性能。因此，對于研制柔性擠壓應力傳感器(觸覺傳感器)而言，尋求新的力學敏感材料顯得尤為重要。
發明內容
本發明的目的在于提供了一種電阻式壓力傳感器用力學敏感材料的制備方法，解決了傳統的基于壓力-電阻特性力學敏感材料使用過程中柔韌性和強度問題，提供了一種納米級導電炭黑填充熱塑性彈性體的復合材料的制備方法。
敏感材料是指能感受到外部環境或內部狀態的各種非電的物理、化學或生物學變化，并通過改變其物理性能(最常見的形式是改變其電容或電阻)做出反應的材料。本發明的壓力傳感器用敏感材料是一種力學敏感材料，它對外加應力能夠做出電阻敏感響應，并且能保持機械性質完好。力學敏感材料首先要求基體高分子本身是柔性的，并且還有一定的韌性和強度，在此基礎上才能夠有效改善炭黑填充型壓力敏感導電復合材料的壓力測量范圍。
本發明選擇彈性模量在50～500MPa的基體高分子材料，先將導電性配料在真空干燥箱中60～100℃真空干燥8～12小時，然后升溫至110～130℃，用質量為導電性配料0.5～3％的鈦酸酯偶聯劑在干燥箱中偶聯處理1～3小時；導電性配料、基體高分子材料、硬脂酸按照質量百分比20～40∶100∶1.5配比混合，攪拌均勻；混合料在開放式混煉機上135～195℃混煉均勻壓片；混煉料在平板硫化機上135～195℃熱模壓成長方體試樣，最后在壓力成型機上室溫冷壓定型。
本發明的優點或積極效果本發明做的大量實驗表明最佳的基體材料是使用熱塑性彈性體。熱塑性彈性體是一種兼具橡膠和熱塑性塑料特性的材料，在室溫下顯示橡膠特性，高溫下又能速滑成型，適用于一般的擠出、注射、吹塑和壓延等加工工藝，他與硫化橡膠相比較有不用硫化而加工方便、制品硬度和彈性可變幅度大的優點。
在絕緣基體高分子中填充導電填料所制得的高分子導電復合材料，與金屬材料相比不僅具備獨特的電學和力學性質，還具有質量小、成本低、易加工和耐腐蝕等特點，其重要的學術價值和工程應用背景因而受到了廣泛關注。用這種復合材料制備的力敏元件不受被測物體表面形狀的限制，可以被廣泛應用于各種規則和不規則曲面的擠壓應力測量。用MEMS工藝設計的夾層式結構，使復合材料制備的力敏元件具有更加優異的柔韌力學性能，而且其制備工藝簡單，適合制作大面積柔性傳感器陣列。
高分子導電復合材料自身具備應變感應功能，與以往使用嵌入式或粘貼式應變傳感器的情況相比，意味著成本減少、延展性提高、感應體積增大而機械性質卻基本不受損害。
圖1是本發明的兼有力學性能和電學性能復合體系的超網絡結構示意圖。
圖2是以熱塑性彈性體SBS為基體高分子填充30％導電炭黑的試樣壓力-電阻特性實驗散點圖及擬合曲線圖。
圖3是以熱塑性彈性體SBS為基體高分子填充40％導電炭黑的試樣壓力-電阻特性實驗散點圖及擬合曲線圖。
圖4是以熱塑性彈性體TPU為基體高分子填充30％導電炭黑的試樣壓力-電阻特性實驗散點圖及擬合曲線圖。
圖5是以熱塑性彈性體TPU為基體高分子填充40％導電炭黑的試樣壓力-電阻特性實驗散點圖及擬合曲線圖。
圖6是以熱塑性彈性體POE為基體高分子填充30％導電炭黑的試樣壓力-電阻特性實驗散點圖及擬合曲線圖。
圖7是以熱塑性彈性體POE為基體高分子填充40％導電炭黑的試樣壓力-電阻特性實驗散點圖及擬合曲線圖。
具體實施例方式
先將導電炭黑VXC72在DZ-2BC型真空干燥箱中80℃真空干燥10h，然后升溫至120℃，用質量為導電炭黑1.5％的鈦酸酯偶聯劑NDZ105在干燥箱中偶聯處理2h，再將①導電炭黑VXC72、熱塑性彈性體POE-8150、硬脂酸按照質量百分比20/30/40∶100∶1.5配比混合，攪拌均勻，得到三份混合料②導電炭黑VXC72、熱塑性彈性體TPU-WHT15、硬脂酸按照質量百分比20/30/40∶100∶1.5配比混合，攪拌均勻，得到三份混合料③導電炭黑VXC72、熱塑性彈性體SBS4402、硬脂酸按照質量百分比20/30/40∶100∶1.5配比混合，攪拌均勻，得到三份混合料；混合料在XSK-160型開放式混煉機上混煉均勻壓片；混煉料在XQLB350×350型25噸平板硫化機上熱模壓成20×20×10mm3的長方體試樣，最后在45噸壓力成型機上室溫冷壓定型。
權利要求
1.一種電阻式壓力傳感器用力學敏感材料的制備方法，其特征在于選擇彈性模量在50～500MPa的基體高分子材料；先將導電性配料在真空干燥箱中60～100℃真空干燥8～12小時，然后升溫至110～130℃，用質量為導電性配料0.5～3％的鈦酸酯偶聯劑在干燥箱中偶聯處理1～3小時；導電性配料、基體高分子材料、硬脂酸按照質量百分比20～40∶100∶1.5配比混合，攪拌均勻；混合料在開放式混煉機上135～195℃混煉均勻壓片；混煉料在平板硫化機上135～195℃熱模壓成長方體試樣，最后在壓力成型機上室溫冷壓定型。
全文摘要
本發明提供了一種電阻式壓力傳感器用力學敏感材料的制備方法，屬于有機功能材料的制造技術領域。選擇彈性模量在50～500MPa的基體高分子材料，先將導電性配料在真空干燥箱中60～100℃真空干燥8～12小時，然后升溫至110～130℃，用質量為導電性配料0.5～3％的鈦酸酯偶聯劑在干燥箱中偶聯處理1～3小時；混合料在開放式煉膠機上135～195℃混煉均勻壓片；混煉料在平板硫化機上135～195℃熱模壓成長方體試樣，最后在壓力成型機上室溫冷壓定型。優點在于在室溫下顯示橡膠特性，高溫下又能速滑成型，適用于一般的擠出、注射、吹塑和壓延等加工工藝，它與硫化橡膠相比較有不用硫化而加工方便、制品硬度和彈性可變幅度大。
文檔編號G01L1/18GK1746643SQ200510086578
公開日2006年3月15日 申請日期2005年10月10日 優先權日2005年10月10日
發明者韓靜濤, 彭定軍, 劉靖 申請人:北京科技大學