[发明专利]一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及压力测量技术领域，提供了一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法，本发明提供的复合材料组成成分包括橡胶基体材料、纳米TiN和硫化剂，本发明首次将纳米TiN作为导电填料应用于导电橡胶复合材料中并利用该复合材料制备导电橡胶传感器，拓宽了纳米TiN的应用，所得导电橡胶传感器具有较宽的压力测试范围，较好的线性度、灵敏度和稳定性能，且电流信号较强；本发明使用橡胶封装层封装传感元件，使得传感器受力均衡，没有应力集中而结构破坏的现象，因此具有更好的稳定性，在高载荷下具有更长的疲劳安全寿命。

技术领域

本发明涉及压力测量技术领域，尤其涉及一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法。

背景技术

纳米导电橡胶是一种在绝缘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压力传感器中使用的导电填料一般为导电炭黑和金属粉(铜粉、锌粉、银粉)等，填料的填充量大，稳定性差。一些新型的导电填料如石墨烯、碳纳米管等材料制备方法复杂、价格昂贵。

传统的纳米导电橡胶传感器的压力测试范围在大多分布在0～2MPa之间，测试范围窄，针对极少部分大量程的导电橡胶传感器，由于结构设计问题不能有效抵消传感器内部应力，造成应力集中，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，本发明提供了一种纳米TiN导电橡胶复合材料以及一种传感器及其制备方法；本发明创新性的将纳米TiN作为导电填料应用于纳米导电橡胶复合材料中并利用该复合材料制备导电橡胶传感器，通过对传感器结构的设计降低了内部应力，提供了一种测量范围宽、灵敏度高、稳定性好、使用寿命长的导电橡胶传感器。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种纳米TiN导电橡胶复合材料，包括以下组分：橡胶基体材料、纳米TiN和硫化剂；所述纳米TiN导电橡胶复合材料中纳米TiN的质量分数为3.0～15.0％。

优选的，所述橡胶基体材料为天然橡胶、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。

本发明还提供了上述方案所述纳米TiN导电橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将橡胶基体材料和纳米TiN进行第一混合，将所得混合料和硫化剂进行第二混合，得到所述纳米TiN导电橡胶复合材料。

优选的，所述第一混合和第二混合的方式独立的包括搅拌、超声分散或密炼；

当所述第一混合的方式为密炼时，所述密炼的温度为80～120℃，当所述第二混合的方式为密炼时，所述密炼的温度为室温。

本发明还提供了一种纳米TiN导电橡胶复合材料传感器，包括橡胶封装层和封装在橡胶封装层内部的传感元件；所述传感元件包括导电橡胶和设置在导电橡胶上、下表面的电极以及和电极连接的导线；所述导线一端和电极连接，另一端伸出橡胶封装层；所述导电橡胶由上述方案所述的纳米TiN导电橡胶复合材料制备得到。

优选的，所述电极为导电薄膜材料；所述电极的厚度为0.02～0.05mm；

所述导电橡胶的表面形貌为平面或网状；

所述传感元件的厚度为0.2～5mm。

优选的，所述导电橡胶中心的平面上还括一层增强层；所述增强层的材质为真丝织物。

本发明还提供了上述方案所述纳米TiN导电橡胶复合材料传感器的制备方法，包括以下步骤：