[发明专利]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

说明书

本发明涉及压力测量技术领域，提供了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。本发明采用高温密炼的方法提高导电填料的分散性，在高压条件下对夹心结构进行固化，使橡胶结构本身更加致密；本发明制备的纳米导电橡胶传感器测量范围宽、灵敏度和稳定性好。本发明采用橡胶基体将纳米导电橡胶传感器封装，并采用壳体、盖板和密封盖将封装有传感器的橡胶基体密封，封装结构巧妙，能够使传感器受力均衡，不会出现应力集中而造成结构破坏的现象，同时橡胶基体封装使得传感器整体具备优秀的耐高温、防水、防火、耐紫外线和抗酸碱腐蚀等性能，具有更好的耐老化稳定性，在高载荷条件下具有更长的使用寿命和安全性。

技术领域

本发明涉及压力测量技术领域，尤其涉及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。

背景技术

纳米导电橡胶是一种在绝缘高分子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制备过程中导电填料难以在橡胶聚合物中分散均匀，因而需要添加较大量的导电填料才能达到渗流阈值，而导电填料的增加又会导致橡胶的强度、回弹性等变差，进而影响传感器的测量范围和灵敏性等；并且传统方法制备的纳米导电橡胶耐压能力和稳定性等也有待提高。

传统的纳米导电橡胶传感器抗压能力差，因而测试范围较窄，压力测试范围在大多分布在0～2MPa之间。针对极少部分大量程的导电橡胶传感器，由于封装结构设计的问题不能有效抵消传感器内部应力，造成局部应力集中，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，本发明提供了一种大量程高韧纳米导电橡胶传感器及其制备和封装方法。本发明制备的纳米导电橡胶传感器韧性好、灵敏度和稳定性好、测试范围大，本发明提供的封装方法封装结构巧妙，能够使传感器整体受力更加均衡，提高传感器的寿命和疲劳稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种大量程高韧纳米导电橡胶传感器的制备方法，包括以下步骤：

将橡胶基体材料和纳米导电填料混合进行高温密炼，得到混合料；

将所述混合料和硫化剂混合进行低温密炼，得到纳米导电橡胶材料；

将所述纳米导电橡胶材料进行压延薄通处理，得到压延片；

在压延片上、下表面分别平铺一层导电薄膜材料作为电极，然后进行压延薄通处理，得到夹心结构；

将所述夹心结构进行热压固化处理，得到纳米导电橡胶传感器；

其中，所述高温密炼的温度为80～120℃；所述低温密炼的温度为25～60℃；所述热压固化处理的压力为5～25MPa。

优选的，所述高温密炼包括第一步密炼和第二步密炼，所述第一步密炼的转速为20～50rpm，时间为5～30min，所述第二步密炼的转速为25～30rpm，时间为5～10min；

所述低温密炼的时间为5～20min，转速为20～45rpm；

所述热压固化处理的温度为150～185℃，时间为5～10min。

优选的，所述橡胶基体材料包括聚二甲基硅氧烷、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；所述硫化剂包括双-25硫化剂和/或双-24硫化剂；所述纳米导电填料包括超导电炭黑、导电碳纳米管和导电石墨烯中的一种或几种；

以所述橡胶基体材料、纳米导电填料和硫化剂的总质量为100％，所述纳米导电填料的质量百分含量为6～7.5％，所述硫化剂的质量百分含量为1～1.2％。