一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料，至少包括以下组分：炭黑、硅橡胶、纳米SIO2、硅烷偶联剂和石脑油，其中，炭黑作为导电粒子，硅橡胶作为基体材料，石脑油作为溶剂，纳米SIO2作为纳米改性材料，硅烷偶联剂作为助剂；所述炭黑的占比为硅橡胶质量的2％‑10％，硅烷偶联剂的占比为配料总质量的2％‑5％，纳米SIO2的占比为配料总质量的2％‑10％，其余为石脑油。与现有技术相比较，本发明专利技术在改进复合材料配方的基础上，从而能够以印刷工艺实现大面积传感器阵列的制作，以印刷工艺所制得的压敏阵列与电极阵列有更好的连通性，更好的附着力，体积更小，制备效率更高，避免了传统工艺重复安装的过程。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料
本专利技术涉及压敏材料
，尤其涉及一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料。
技术介绍
随着技术和现代化水平的提升，人们对压力的监测要求越来越高，不在局限于对规整刚性表面的压力监测，形式也多种多样，普通的刚性传感器已无法达到人们的实际需求。例如人们希望通过可穿戴，可贴敷甚至可植入等方式，实现对诸如心跳，脉搏，血压，呼吸等生理指标的实时监测，这些产品除了要兼顾准确性和安全性，也要考虑到人体佩戴的舒适性，能够承受人体各种日常动作，甚至大负荷运动而不影响传感器的性能指标。柔性压力传感器由于其随意弯曲甚至折叠，体积小，厚度薄，柔性材料基本无毒无害，与人体具有良好的相容性，在医疗设备，智能机器人，可穿戴设备等领域得到了大量的研究与应用，近年来，柔性压力传感器已不再局限于对单一或少量点的压力监测，当前柔性压力传感器技术正朝着大面积，高密度，低成本等方向发展。虽然柔性压力传感器技术近年来得到了长足的发展，但是大面积柔性阵列传感器的研究较少。在大面积集成应用中，现有技术基于涂覆工艺的传感器，一般先制备出压敏层，再根据应用需求裁剪安装，材料利用率低，厚度过大，成本过高。其次效率过低，大面积集成，仅仅是单个传感器的重复安装制作，不适合大面积高密度柔性阵列传感器的制作。因此，如何制备高性能、低成本并适用于丝网印刷的压敏复合材料是关键。故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料，从而实现以丝网印刷工艺实现柔性传感器的制备，降低柔性压力传感器阵列的体积，提高大面积集成制作的效率，提高材料利用率。为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料，至少包括以下组分：炭黑、硅橡胶、纳米SIO2、硅烷偶联剂和石脑油，其中，炭黑作为导电粒子，硅橡胶作为基体材料，石脑油作为溶剂，纳米SIO2作为纳米改性材料，硅烷偶联剂作为助剂；所述炭黑的占比为硅橡胶质量的2％-10％，硅烷偶联剂的占比为配料总质量的2％-5％，纳米SIO2的占比为配料总质量的2％-10％，其余为石脑油；所述硅橡胶采用双组分室温硫化硅橡胶。作为优选的技术方案，所述压敏复合材料的制备工艺进一步包括以下步骤：步骤S11：选取上述组分及含量的配料；步骤S12：混料；首先将炭黑、硅烷偶联剂、纳米SIO2加入到石脑油中，物理搅拌5-30min后超声分散30-50min；然后再将硅橡胶加入混合溶液中，物理搅拌5-8h；步骤S13：干燥；将混合溶液放入真空干燥箱，去除未挥发的有机溶剂，形成粘性溶液，从而制备出压敏复合材料。作为优选的技术方案，所制备的压敏复合材料用于以丝网印刷工艺制备大面积柔性传感器阵列。作为优选的技术方案，炭黑的占比为硅橡胶质量的6％。作为优选的技术方案，炭黑采用lionECP600JD或卡博特BP2000。作为优选的技术方案，硅橡胶采用道康宁184或107型硅橡胶。作为优选的技术方案，硅烷偶联剂采用硅烷偶联剂KH-560。作为优选的技术方案，石脑油用量是硅橡胶质量的2倍以上。与现有技术相比较，本专利技术在改进复合材料配方的基础上，从而能够以印刷工艺实现大面积传感器阵列的制作，彻底改变了以往基于涂覆方式、重复安装柔性压力传感器的工艺流程，以印刷工艺所制得的压敏阵列与电极阵列有更好的连通性，更好的附着力，体积更小，制备效率更高，避免了传统工艺重复安装的过程，工艺简单，材料利用率高；采用本专利技术配方制备的大面积传感阵列，结构简单，厚度较薄，电极阵列通过公用行列线连通，降低了信号采集电路的复杂性。同时，阵列点间干扰少，密度面积可任意改变，成本低，极大提高了柔性传感器阵列的应用范围。附图说明图1为本专利技术适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料的流程图。图2为炭黑含量对复合材料导电性能的影响曲线。图3为炭黑浓度6％时压阻曲线。图4为采用本专利技术制备的压敏复合材料以丝网印刷工艺制备柔性传感器阵列的流程图。图5为本专利技术一种优选实施方式的传感器阵列结构图。图6为“三明治”结构传感器压阻特性曲线。图7为本专利技术另一种优选实施方式的传感器阵列结构图。图8为“叉指”结构传感器压阻特性曲线。如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术提供的技术方案作进一步说明。在现有技术的制备工艺中，大多采用匀胶等方式实现压敏薄膜的制备，待固化成型后，再从薄膜上获取所需形状的压敏层，这种工艺流程效率过低且材料利用率也低，不适合制备大面积传感阵列。因此，如何制备高性能、低成本并适用于丝网印刷的压敏复合材料是关键，本专利技术在进行大量理论及实验分析的基础上，提出一种压敏复合材料的配方及其制备工艺。申请人在研究中发现，目前压敏材料广泛采用的单组份室温硫化硅橡胶，由于其表干时间过短，如果直接印刷，会增加复合材料和空气的接触面积，刮刀与网版间的摩擦会导致发热，这些因素都会加速硅橡胶的固化，导致堵网现象。本专利技术提出一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料，至少包括以下组分：炭黑、硅橡胶、纳米SIO2、硅烷偶联剂和石脑油，其中，炭黑作为导电粒子，硅橡胶作为基体材料，石脑油作为溶剂，纳米SIO2作为纳米改性材料，硅烷偶联剂作为助剂；所述炭黑的占比为硅橡胶质量的2％-10％，硅烷偶联剂的占比为配料总质量的2％-5％，纳米SIO2的占比为配料总质量的2％-10％，其余为石脑油；所述硅橡胶采用双组分室温硫化硅橡胶。在上述技术方案中，本专利技术选用双组分室温硫化硅橡胶和石脑油来制备印刷用复合材料，实验研究表明，双组分室温硫化硅橡胶，如道康宁184，107硅橡胶等，即便在加入固化交联剂后，依然有2h左右的可操作时间；溶剂挥发速度过快或过慢，都会对最终复合材料的固化成型带来不利影响。通过实验发现，石脑油挥发速度适中，也非常适用于印刷体系，加入适量石脑油以降低复合材料的粘性；但石脑油用量过大，会影响硅橡胶最后的收缩率。优选地，石脑油用量是硅橡胶质量的2倍以上，石脑油最有利于炭黑和改性材料的均匀分散。进一步的，本专利技术选用炭黑作为导电填料，炭黑自然界广泛存在，导电性能优异，性能稳定，不易被氧化，相较于金属粒子也易于在硅橡胶中分散。在一种优选实施方式中，炭黑采用选用具有高结构、高比表面积的导电炭黑，比如lionECP600JD或卡博特BP2000。偶联剂是一种具有特殊结构的有机化合物，分子具有两种特性的基团。一种基团能够与无机填料起作用，另一种基团能与有机分子起作用，可使填料与有机物以化学键交联，提高有机基体与无机填料的相容性，提高无机粒子在硅橡胶中的分散性，在一种优选实施方式中，硅烷偶联剂采用硅烷偶联剂KH-560。纳米SIO2具有与硅橡胶相似的组成，使得它们相互吸附，互相缠绕，不仅有助于导电炭黑的分散，同时也能补强硅橡胶,使得硅橡胶的分子链不易滑移和被外力破坏，增大形变所需要的功，可降低复合材料的电阻迟滞时间，改善压敏复合材料的静态特性。在动态特性方面，SIO2的加入能够缩短复合材料的电阻稳定时间。参见图1，所示为本专利技术压敏复合材料制备方法的流程框图，包括以下步骤：步骤S11：选取配料；具体包括炭黑、硅橡胶、硅烷偶联剂、纳米SIO2和石脑油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料，其特征在于，至少包括以下组分：炭黑、硅橡胶、纳米SIO2、硅烷偶联剂和石脑油，其中，炭黑作为导电粒子，硅橡胶作为基体材料，石脑油作为溶剂，纳米SIO2作为纳米改性材料，硅烷偶联剂作为助剂；所述炭黑的占比为硅橡胶质量的2％‑10％，硅烷偶联剂的占比为配料总质量的2％‑5％，纳米SIO2的占比为配料总质量的2％‑10％，其余为石脑油；所述硅橡胶采用双组分室温硫化硅橡胶。

【技术特征摘要】
1.一种适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料，其特征在于，至少包括以下组分：炭黑、硅橡胶、纳米SIO2、硅烷偶联剂和石脑油，其中，炭黑作为导电粒子，硅橡胶作为基体材料，石脑油作为溶剂，纳米SIO2作为纳米改性材料，硅烷偶联剂作为助剂；所述炭黑的占比为硅橡胶质量的2％-10％，硅烷偶联剂的占比为配料总质量的2％-5％，纳米SIO2的占比为配料总质量的2％-10％，其余为石脑油；所述硅橡胶采用双组分室温硫化硅橡胶。2.根据权利要求1所述的适用于丝网印刷工艺的压敏复合材料，其特征在于，所述压敏复合材料的制备工艺进一步包括以下步骤：步骤S11：选取上述组分及含量的配料；步骤S12：混料；首先将炭黑、硅烷偶联剂、纳米SIO2加入到石脑油中，物理搅拌5-30min后超声分散30-50min；然后再将硅橡胶加入混合溶液中，物理搅拌5-8h；步骤S13：干燥；将混合溶液放入真空干...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦会斌，李小磊，华咏竹，吴建锋，杨胜英，秦宏帅，徐志望，顾志荣，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33