專利名稱：一種導電聚氨酯膜的制備及其在電容式壓力傳感器中的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種導電聚氨酯膜的制備及其在電容式壓力傳感器中的應用，屬于電子信息技術領域。
背景技術：
聚氨酯是一種是由多異氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或小分子多元醇、多元胺或水等擴鏈劑或交聯劑等原料制成的聚合物。它是一種新興的有機高分子材料，具有耐磨、抗沖擊性高等特性。通過改變原料種類及組成，可以很容易且能大幅度地改變產品形態及其性能，得到從柔軟到堅硬的最終產品。目前，而壓力傳感器是一種能感受壓力并轉換成可用輸出信號的傳感器。雖然采用聚氨酯材料制成的膜具有耐磨、柔軟等特性，但是不具有導電性，所以不適合將純聚氨酯膜應用在壓力傳感器上。近年來，大多數研究者都是在研究用于壓力傳感器的材料，如中國專利CN200910022971，
公開日為2009年11月25日，發明名稱為一種具有納米SiC薄膜的壓力傳感器的制備方法。該發明公開了一種具有SiC薄膜的壓力傳感器，使用納米SiC薄膜作為壓力傳感器材料。但是這種以SiC為材料的薄膜多半是使用化學氣相沉淀、分子束外延、升華法生長等方法制備的，該方法不能大面積均勻制備SiC薄膜。
發明內容
針對上述存在不足，本發明的目的在于克服上述缺陷，提供一種制備簡單快捷的導電聚氨酯膜的制備及其聚氨酯膜在電容式壓力傳感器中的應用，為滿足本發明目的的技術解決方案是一種導電聚氨酯膜的制備方法，所述制備方法是采用由化學改性后帶有羥基的碳納米管參與到由聚醚多元醇、異氰酸酯和催化劑構成的聚氨酯預聚體的反應中。包括下列步驟，a聚氨酯預聚體的制備按質量份數分別為異氰酸酯5 20份聚醚多元醇 30 80份催化劑0.01 0.1份加入到通有純度等于或高于99. 999%的高純氮氣的，帶有攪拌器、溫度計、冷凝管的四口反應釜中，加熱攪拌反應1. 5 3小時，反應溫度為65 70°C，形成聚氨酯預聚體，其中所述異氰酸酯為4，4' 二苯基甲烷二異氰酸酯，所述聚醚多元醇為聚四氫呋喃，聚四氫呋喃的分子量為2000，所述催化劑為二月桂酸二正丁基錫。b導電聚氨酯膜的制備
將化學改性后帶有羥基的碳納米管按質量份數為O.1 10份溶解于N-甲基吡咯烷酮溶劑內，經超聲后溶解至完全分散，得到一種碳納米管溶液，將碳納米管的溶液按聚氨酯預聚體的質量份數為I 10份加入到聚氨酯的預聚體中，反應3 6小時后，再加入按聚醚多元醇質量份數為I 5份計量的1,4- 丁二醇,繼續反應I 2小時,反應結束后得到改性的聚氨酯膠體。將聚氨酯膠體倒在聚四氟乙烯的平板上面，用刮膜器進行均勻的刮膜成型，放入到60°C中的真空干燥箱干燥24h，取出后脫膜，形成導電聚氨酯膜，備用。導電聚氨酯膜在電容式壓力傳感器中的應用將一塊不導電聚氨酯膜置于兩塊尺寸面積相同的導電聚氨酯膜中間，不導電聚氨酯膜為絕緣層，兩塊導電聚氨酯膜分別與不導電聚氨酯膜上、下表面粘貼連接構成整體，底層導電聚氨酯膜和表層導電聚氨酯膜為陰陽極，構成電容式壓力傳感器，在不導電的聚氨酯膜和表層導電聚氨酯膜之間引出陽極導線，在不導電的聚氨酯膜和底層導電聚氨酯膜之間引出陰極導線，陰極導線先與電流表串接，陽極導線與保護電阻串接，將電流表的負極與電源的負極相接，電源的正極與陽極導線相接，電壓表與電源和保護電阻直接并聯，對電容式壓力傳感器進行施壓，改變中間不導電的聚氨酯膜陰陽極間距，從而微安電流表顯示的電流也改變，即微安電流表的電流值表征作用于電容式壓力傳感器之間的壓力值。由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下優點I本發明通過采用經化學改性后的帶有羥基的碳納米管參與到與聚氨酯預聚體的合成中，從而使經合成的改性聚氨酯具有導電性。將這種改性后的導電聚氨酯經成膜工藝形成導電聚氨酯膜，而這種導電聚氨酯膜不僅解決了以往聚氨酯膜不導電的問題，而且還保留耐磨耗、耐化學腐蝕、高強度、高彈性、耐高壓、吸震性強、耐撕裂，耐輻射，高承載和減震緩沖等良好性能。2將導電聚氨酯膜應用在電容式壓力傳感器中的兩個電極中，其發射電子的效率高，靈敏度很高，穩定性好，使用壽命長，當外力作用于傳感器表層時，電容式傳感器中間不導電的聚氨酯膜使得陰陽極間距改變，微安電流表顯示的電流也改變，即微安電流表的電流值表征作用于電容式壓力傳感器之間的壓力值。本發明的導電聚氨酯膜的制備簡單快捷，操作簡便，可以大規模生產。
具體實施例方式一種導電聚氨酯膜的制備方法，所述制備方法是采用由化學改性后帶有羥基的碳納米管參與到由聚醚多元醇、異氰酸酯和催化劑構成的聚氨酯預聚體的反應中。包括下列步驟，a聚氨酯預聚體的制備按質量份數分別為異氰酸酯5 20份聚醚多元醇 30 80份催化劑O. 01 O.1份
加入到通有純度等于或高于99. 999%的高純氮氣的，帶有攪拌器、溫度計、冷凝管的四口反應釜中，加熱攪拌反應1. 5 3小時，反應溫度在65 70°C，形成聚氨酯預聚體，高純氮氣用作保護氣，以免有空氣進入到反應中破壞了預聚體的合成，攪拌器是為了讓原料均勻混合，冷凝管是為了讓溶劑冷凝回流，使得溶劑反復使用不至于揮發出去。其中所述異氰酸酯為4，4' 二苯基甲烷二異氰酸酯，所述聚醚多元醇為聚四氫呋喃，聚四氫呋喃的分子量為2000， 所述催化劑為二月桂酸二正丁基錫。 b導電聚氨酯膜的制備將化學改性后帶有羥基的碳納米管按質量份數為O.1 10份溶解于N-甲基吡咯烷酮溶劑內，經超聲后溶解至完全分散，得到一種碳納米管溶液，帶有羥基的碳納米管采用平均管徑為10nm、純度大于等于95%、長度約為12 μ m的多臂碳納米管，將碳納米管的溶液按聚氨酯預聚體的質量份數為I 10份加入到聚氨酯的預聚體中，反應溫度在70 85°C，反應3 6小時后，再加入按聚醚多元醇質量份數為I 5份計量的1,4- 丁二醇,反應溫度在80 95°C，繼續反應I 2小時，反應結束后得到改性的聚氨酯膠體。將聚氨酯膠體倒在聚四氟乙烯的平板上面，用刮膜器進行均勻的刮膜成型，放入到60°C中的真空干燥箱干燥24h，取出后脫膜，形成導電聚氨酯膜，備用。導電聚氨酯膜在電容式壓力傳感器中的應用將一塊不導電聚氨酯膜置于兩塊尺寸面積相同的導電聚氨酯膜中間，不導電聚氨酯膜為絕緣層，兩塊導電聚氨酯膜分別與不導電聚氨酯膜上、下表面粘貼連接構成整體，底層導電聚氨酯膜和表層導電聚氨酯膜為陰陽極，構成電容式壓力傳感器，在不導電的聚氨酯膜和表層導電聚氨酯膜之間引出陽極導線，在不導電的聚氨酯膜和底層導電聚氨酯膜之間引出陰極導線，陰極導線先與電流表串接，陽極導線與保護電阻串接，將電流表的負極與電源的負極相接，電源的正極與陽極導線相接，電壓表與電源和保護電阻直接并聯，對電容式壓力傳感器進行施壓，改變中間不導電的聚氨酯膜陰陽極間距，從而微安電流表顯示的電流也改變，即微安電流表的電流值表征作用于電容式壓力傳感器之間的壓力值。
具體實施例實施例一I聚氨酯預聚體的制備按質量份數分別為4，4' 二苯基甲烷二異氰酸酯5份聚四氫呋喃30份二月桂酸二正丁基錫O. Ol份加入到通有純度等于或高于99. 999%的高純氮氣的，帶有攪拌器、溫度計、冷凝管的四口反應釜中，加熱攪拌反應1. 5小時，反應溫度在65°C，形成聚氨酯預聚體，所述聚四氫呋喃的分子量為2000。2導電聚氨酯膜的制備將化學改性后帶有羥基的碳納米管按質量份數為O.1份溶解于N-甲基吡咯烷酮溶劑內，經超聲后溶解至完全分散，得到一種碳納米管溶液，將碳納米管的溶液按聚氨酯預聚體的質量份數為I份加入到聚氨酯的預聚體中，反應溫度為70°C，反應3小時后，再加入按聚醚多元醇質量份數為I份計量的1，4-丁二醇，反應溫度80°C,繼續反應I小時,反應結束后得到改性的聚氨酯膠體。將聚氨酯膠體倒在聚四氟乙烯的平板上面，用刮膜器進行均勻的刮膜成型，放入到60°C中的真空干燥箱干燥24h，取出后脫膜，形成導電聚氨酯膜，備用。實施例2I聚氨酯預聚體的制備按質量份數分別為4，4' 二苯基甲烷二異氰酸酯10份聚四氫呋喃45份二月桂酸二正丁基錫O. 02份加入到通有純度等于或高于99. 999%的高純氮氣的，帶有攪拌器、溫度計、冷凝管的四口反應爸中，加熱攪拌反應2小時,反應溫度65°C·,形成聚氨酯預聚體，所述聚四氫呋喃的分子量為2000。2導電聚氨酯膜的制備將化學改性后帶有羥基的碳納米管按質量份數為3份溶解于N-甲基吡咯烷酮溶劑內，經超聲后溶解至完全分散，得到一種碳納米管溶液，將碳納米管的溶液按聚氨酯預聚體的質量份數為5份加入到聚氨酯的預聚體中，反應溫度為75°C，反應3. 5小時后，再加入按聚醚多元醇質量份數為2份計量的1,4-丁二醇,反應溫度82°C,繼續反應1. 5小時,反應結束后得到改性的聚氨酯膠體。將聚氨酯膠體倒在聚四氟乙烯的平板上面，用刮膜器進行均勻的刮膜成型，放入到60°C中的真空干燥箱干燥24h，取出后脫膜，形成導電聚氨酯膜，備用。實施例3I聚氨酯預聚體的制備按質量份數分別為4，4' 二苯基甲烷二異氰酸酯15份聚四氫呋喃70份二月桂酸二正丁基錫O. 01份加入到通有純度等于或高于99. 999%的高純氮氣的，帶有攪拌器、溫度計、冷凝管的四口反應釜中，加熱攪拌反應2. 5小時，反應溫度67°C，形成聚氨酯預聚體，所述聚四氫呋喃的分子量為2000。2導電聚氨酯膜的制備將化學改性后帶有羥基的碳納米管按質量份數為5份溶解于N-甲基吡咯烷酮溶劑內，經超聲后溶解至完全分散，得到一種碳納米管溶液，將碳納米管的溶液按聚氨酯預聚體的質量份數為4份加入到聚氨酯的預聚體中，反應溫度為85°C，反應4小時后，再加入按聚醚多元醇質量份數為2份計量的1,4- 丁二醇,反應溫度85°C,繼續反應2小時,反應結束后得到改性的聚氨酯膠體。將聚氨酯膠體倒在聚四氟乙烯的平板上面，用刮膜器進行均勻的刮膜成型，放入到60°C中的真空干燥箱干燥24h，取出后脫膜，形成導電聚氨酯膜，備用。實施例4I聚氨酯預聚體的制備按質量份數分別為4,4/ 二苯基甲烷二異氰酸酯16份
聚四氫呋喃75份二月桂酸二正丁基錫O. 03份加入到通有純度等于或高于99. 999%的高純氮氣的，帶有攪拌器、溫度計、冷凝管的四口反應釜中，加熱攪拌反應3小時，反應溫度65°C，形成聚氨酯預聚體，所述聚四氫呋喃的分子量為2000。2導電聚氨酯膜的制備將化學改性后帶有羥基的碳納米管按質量份數為8份溶解于N-甲基吡咯烷酮溶劑內，經超聲后溶解至完全分散，得到一種碳納米管溶液，將碳納米管的溶液按聚氨酯預聚體的質量份數為7份加入到聚氨酯的預聚體中，反應溫度為85V，反應3. 5小時后，再加入按聚醚多元醇質量份數為3. 5份計量的1,4- 丁二醇,反應溫度90°C,繼續反應2小時,反應結束后得到改性的聚氨酯膠體。將聚氨酯膠體倒在聚四氟乙烯的平板上面，用刮膜器進行均勻的刮膜成型，放入到60°C中的真空干燥箱干燥24h，取出后脫膜，形成導電聚氨酯膜，備用。實施例5I聚氨酯預聚體的制備按質量份數分別為4，4' 二苯基甲烷二異氰酸酯18份聚四氫呋喃78份二月桂酸二正丁基錫O. 05份加入到通有純度等于或高于99. 999%的高純氮氣的，帶有攪拌器、溫度計、冷凝管的四口反應爸中，加熱攪拌反應2小時,反應溫度67°C,形成聚氨酯預聚體，所述聚四氫呋喃的分子量為2000。2導電聚氨酯膜的制備將化學改性后帶有羥基的碳納米管按質量份數為10份溶解于N-甲基吡咯烷酮溶劑內，經超聲后溶解至完全分散，得到一種碳納米管溶液，將碳納米管的溶液按聚氨酯預聚體的質量份數為8份加入到聚氨酯的預聚體中，反應溫度為85V，反應5小時后，再加入按聚醚多元醇質量份數為4份計量的1,4- 丁二醇,反應溫度95°C,繼續反應2小時,反應結束后得到改性的聚氨酯膠體。將聚氨酯膠體倒在聚四氟乙烯的平板上面，用刮膜器進行均勻的刮膜成型，放入到60°C中的真空干燥箱干燥24h，取出后脫膜，形成導電聚氨酯膜，備用。實施例6I聚氨酯預聚體的制備按質量份數分別為4，4' 二苯基甲烷二異氰酸酯20份聚四氫呋喃80份二月桂酸二正丁基錫O.1份加入到通有純度等于或高于99. 999%的高純氮氣的，帶有攪拌器、溫度計、冷凝管的四口反應釜中，加熱攪拌反應3小時，反應溫度70°C，形成聚氨酯預聚體，所述聚四氫呋喃的分子量為2000。2導電聚氨酯膜的制備
將化學改性后帶有羥基的碳納米管按質量份數為10份溶解于N-甲基吡咯烷酮溶劑內，經超聲后溶解至完全分散，得到一種碳納米管溶液，將碳納米管的溶液按聚氨酯預聚體的質量份數為10份加入到聚氨酯的預聚體中，反應溫度為85°C，反應6小時后，再加入按聚醚多元醇質量份數為5份計量的1,4- 丁二醇,反應溫度95°C,繼續反應2小時,反應結束后得到改性的聚氨酯膠體。將聚氨酯膠體倒在聚四氟乙烯的平板上面，用刮膜器進行均勻的刮膜成型，放入到60°C中的真空干燥箱干燥24h，取出后脫膜，形成導電聚氨酯膜，備用。
權利要求
1.一種導電聚氨酯膜的制備，其特征在于所述制備方法是采用由化學改性后帶有羥基的碳納米管參與到由聚醚多元醇、異氰酸酯和催化劑構成的聚氨酯預聚體的反應中，包括下列步驟，a聚氨酯預聚體的制備按質量份數分別為異氰酸酯5 20份聚醚多元醇 30 80份催化劑O. 01 O.1份加入到通有純度等于或高于99. 999%的高純氮氣的，帶有攪拌器、溫度計的四口反應釜中，加熱攪拌反應1. 5 3小時，反應溫度為65 70°C，形成聚氨酯預聚體，其中所述異氰酸酯為4，4' 二苯基甲烷二異氰酸酯，所述聚醚多元醇為聚四氫呋喃，聚四氫呋喃的分子量為2000，所述催化劑為二月桂酸二正丁基錫。b導電聚氨酯膜的制備將化學改性后帶有羥基的碳納米管按質量份數為O.1 10份溶解于N-甲基吡咯烷酮溶劑內，經超聲后溶解至完全分散，得到一種碳納米管溶液，將碳納米管的溶液按聚氨酯預聚體的質量份數為I 10份加入到聚氨酯的預聚體中，反應3 6小時后，再加入按聚醚多元醇質量份數為I 5份計量的1,4- 丁二醇,繼續反應I 2小時,反應結束后得到改性的聚氨酯膠體。將聚氨酯膠體倒在聚四氟乙烯的平板上面，用刮膜器進行均勻的刮膜成型，放入到60°C中的真空干燥箱干燥24h，取出后脫膜，形成導電聚氨酯膜，備用。
2.導電聚氨酯膜在電容式壓力傳感器中的應用，其特征在于將一塊不導電聚氨酯膜置于兩塊尺寸面積相同的導電聚氨酯膜中間，不導電聚氨酯膜為絕緣層，兩塊導電聚氨酯膜分別與不導電聚氨酯膜上、下表面粘貼連接構成整體，底層導電聚氨酯膜和表層導電聚氨酯膜為陰陽極，構成電容式壓力傳感器，在不導電的聚氨酯膜和表層導電聚氨酯膜之間引出陽極導線，在不導電的聚氨酯膜和層導電聚氨酯膜之間引出陰極導線，陰極導線先與電流表串接，陽極導線與保護電阻串接，將電流表的負極與電源的負極相接，電源的正極與陽極導線相接，電壓表與電源和保護電阻直接并聯，對電容式壓力傳感器進行施壓，改變中間不導電的聚氨酯膜陰陽極間距，從而微安電流表顯示的電流也改變，即微安電流表的電流值表征作用于電容式壓力傳感器之間的壓力值。
全文摘要
本發明涉及一種導電聚氨酯膜的制備及其在電容式壓力傳感器中的應用，屬于電子信息技術領域。通過采用經化學改性后的帶有羥基的碳納米管參與到與聚氨酯預聚體的合成中，從而使經合成的改性聚氨酯具有導電性。將這種改性后的導電聚氨酯經成膜工藝形成導電聚氨酯膜，而這種導電聚氨酯膜不僅解決了以往聚氨酯膜不導電的問題，而且還保留高彈性等良好性能并能大規模生產。將導電聚氨酯膜應用在電容式壓力傳感器中的兩個電極中，其發射電子的效率高，穩定性好，使用壽命長，當外力作用于傳感器表層時，電容式傳感器中間不導電的聚氨酯膜使得陰陽極間距改變，微安電流表顯示的電流也改變，即微安電流表的電流值表征作用于電容式壓力傳感器之間的壓力值。
文檔編號G01L1/14GK103030825SQ20121054346
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者王棟, 李海英, 李沐芳, 趙青華, 陸瑩, 蔣海青 申請人:武漢紡織大學