[实用新型]一种纳米导电橡胶传感单元

说明书

技术领域

本实用新型涉及测力技术领域，尤其涉及一种纳米导电橡胶传感单元。

背景技术

纳米导电橡胶是一种在绝缘橡胶基体中掺入纳米级导电填料后而产生导电性能的复合材料。由于其具有良好的压阻特性、耐久性、耐疲劳性和柔韧性，已经被广泛研究用作压力传感材料，并且在机器人、医疗、航天等领域取得了应用。

研究表明，纳米导电橡胶作为压敏材料时，其量程与导电橡胶的厚度、硬度和制作工艺有关。通过提高纳米导电橡胶的厚度和硬度可以适量的提高其量程范围。而薄片式压力传感器的厚度在某些工作场合往往受到限制，进而限制了纳米导电橡胶的厚度；而且较厚的纳米导电橡胶材料在较高压力作用下会因较大的横向变形而被撕裂，不能达到足够的机械强度。通过优化纳米导电橡胶的成分配比或添加改性材料、补强剂的方式是改善其导电性和机械性能的有效途径。公开号为CN 104893291A的中国专利公开了一种硅橡胶基力敏复合材料的制备方法，以纳米级金属颗粒作填料，最大压强测量值为2.4MPa。此外，也有学者通过实验证明通过添加纳米Si0₂和纳米Al₂O₃可有效提高复合材料的导电性和压力敏感范围。

目前针对纳米导电橡胶的研究以炭黑填充型为主，基于纳米导电橡胶的压力传感器多数处于实验阶段，部分取得工业应用的纳米导电橡胶传感器，由于灵敏度、线性度和量程的限制，尚不能满足机械、土木工程等领域中大压强状态的压力测量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，在于提供一种测力量程大、量程范围内灵敏度高、压阻特性曲线线性度好且能满足薄片式要求的纳米导电橡胶传感单元。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种纳米导电橡胶传感单元，其包括至少两层织物层，相邻所述织物层之间填充有纳米导电橡胶，所述纳米导电橡胶为掺入碳纳米管的橡胶基体。

作为上述技术方案的进一步改进，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。

作为上述技术方案的进一步改进，所述多壁碳纳米管在所述纳米导电橡胶的质量百分比在8%至9%之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述织物层的纤维纹理空隙中渗透有纳米导电橡胶。

作为上述技术方案的进一步改进，所述橡胶基体为硅橡胶，所述硅橡胶的基本组分和固化剂的配比为10：1。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型纳米导电橡胶传感单元通过增设织物层作为骨架，有效提高了纳米导电橡胶传感材料的抗压强度、抗拉强度和疲劳性能，实现了在0至50MPa的压强测量范围内具有较好的灵敏度、线性度及多次循环加载的稳定性，可以应用在机械制造、土木工程等领域高压状态下的长期压力测量。

2、本实用新型纳米导电橡胶传感单元在竖向压力作用下，测量的电阻值随着压力的增大而增大，呈现正压阻效应，不同于已有的炭黑填充型导电橡胶，压阻特性曲线线性度好，适合制作高精度的压力传感器。

3、本实用新型纳米导电橡胶传感单元的最小厚度可以达到0.5毫米，而且可以适用于任何曲面和形状的压力传感器。

附图说明

图1是本实用新型纳米导电橡胶传感单元的整体结构示意图；

图2是本实用新型纳米导电橡胶传感单元的断面微观图（用光学显微镜拍摄）；

图3是本实用新型纳米导电橡胶传感单元的测试示意图；

图4是本实用新型实施例一制备的纳米导电橡胶传感单元多次加载的电阻—压强曲线图；

图5是本实用新型实施例二制备的纳米导电橡胶传感单元多次加载的电阻—压强曲线图；

图6是本实用新型实施例三制备的纳米导电橡胶传感单元多次加载的电阻—压强曲线图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本实用新型中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。