[发明专利]一种复合压力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性压力传感器领域，尤其涉及一种复合压力传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，机械装置对柔性压力传感器的需求量不断加大，压电陶瓷因其质脆难以满足要求，因此急需一种具有优良的拉伸性、韧性和压阻性能的柔性压力传感器。现有的柔性压力传感器一般为复合压力传感器，由基体材料和导电填料组成，常用的基体材料是硅橡胶，硅橡胶是特种合成橡胶，具有优良的耐热耐寒性及电气特性；常用的导电填料有碳素类和金属类两种。目前的复合压力传感器，其柔韧性还有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优良的拉伸性、韧性和压阻性能的复合压力传感器。

本发明的另一目的是提供一种工艺简单、制备周期短的复合压力传感器的制备方法。

本发明提供的复合压力传感器，其组分包括单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑，其中，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑的质量比为3.8：（0.8～1）：（5～6）。

上述白炭黑的粒径为1200目，即13μm。

上述导电炭黑的粒径为23nm。

本发明还提供了上述复合压力传感器的制备方法，包括步骤：

（1）按比例称量单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑、导电炭黑和丙酮，并将称好的单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑加入丙酮中得到前驱体，单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑、导电炭黑和丙酮的质量比为3.8：（0.8～1）：（5～6）：（4～6）；

（2）将所得前驱体在55～65℃温度下搅拌50～70分钟；

（3）将搅拌后的前驱体转移至载玻片或承载物上，压制成膜，经干燥、剥离，即得到复合压力传感器。

上述步骤（1）中，将称好的单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑加入丙酮中得到前驱体具体为：

首先，将单组份室温硫化硅橡胶加入丙酮中后，在将白炭黑和导电炭黑加入丙酮中。

与现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：

（1）本发明加入了白炭黑作为结构控制剂，与现有的结构控制剂相比，具有结构控制效果优良且价格低廉的优点；和现有的柔性压力传感器相比，本发明在保证压阻性能的前提下，提高了压力传感器的拉伸性和柔韧性，解决了目前压力传感器柔韧性不足的问题；

（2）本发明方法以丙酮为助溶剂，采用热搅拌的方式进行制备复合压力传感器薄膜，本发明方法工艺简单，制备周期短，工艺过程节能环保，适于工业化生产。

（3）本发明所得压力传感器使用范围宽广，可应用于机械、电子等诸多领域。

附图说明

图1为压阻性能测试示意图。

图中，1-ITO树脂薄膜，2-待测薄片。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

下述具体实施方式中，单组份室温硫化硅橡胶是嘉杭胶业的D09型硅橡胶；白炭黑为粒度为1200目的纳米级二氧化硅；导电炭黑为德国正品德固赛Degussa型号40B2的导电炭黑，其粒径为23nm。单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑的质量比为3.8：（0.8～1）：（5～6）。

本发明复合压力传感器的具体制备工艺如下：

（1）利用电子天平按比例称取单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑、导电炭黑和丙酮，将丙酮放入烧杯中，并将称好的单组份室温硫化硅橡胶、白炭黑和导电炭黑加入丙酮中得到前驱体。

由于单组份室温硫化硅橡胶容易固化，固化后的单组份室温硫化硅橡胶则会呈絮状分散在丙酮中，导致白炭黑和导电炭黑组分的分布不均匀，从而影响到复合压力传感器的性能，因此，一旦称好单组份室温硫化硅橡胶，就应该将其立刻加入丙酮助溶剂中。

（2）采用机械搅拌设备在55～65℃温度下搅拌前驱体，初始时，将机械搅拌设备的转速设为100～200圈/分钟，待单组份室温硫化硅橡胶呈熔融状态后，再将转速提至200～300圈/分钟。

（3）搅拌1小时，此时，烧杯中的丙酮即将挥发完全，停止搅拌，将前驱体转移至载玻片或者其他承载物上，并压制成3mm的薄膜。

在载玻片或承载物上覆盖一层树脂薄膜或塑料薄膜，前驱体转移至树脂薄膜或塑料薄膜上，这样方便步骤（4）中的剥离操作。

（4）干燥7天后，经剥离，即得到复合压力传感器。

对所得复合压力传感器进行如下性能测试：

1、压阻性能测试

测试仪器：