一种利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法，包括如下步骤：S1、将废旧热固性树脂加工成指定形状后，在惰性气氛中进行高温碳化处理，得到具有多孔结构的碳化材料；S2、在碳化材料上粘结薄铜片作为电极，并在薄铜片上焊接金属导线构成连接外部的通路；S3、配置聚合物弹性体液体；S4、将碳化材料电极放到指定形状的模具中，用聚合物液体进行浇注封装，得到柔性应变传感器。本发明专利技术基于废旧热固性树脂作为原材料制备柔性应变传感器，具有柔性好、灵敏度高、响应时间短、耐疲劳性好等优点，且实现了废弃物回收再利用，对环境保护有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法
本专利技术属于传感
，具体涉及一种利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法。
技术介绍
应变传感器是一种将应变量转换成为电信号，用于测量应变，位移，压力，扭转等行为的功能性电子器件。传统的应变传感器大多基于金属和半导体材料，但是其刚性较大，变形量小，不适用于检测大范围形变以及人体各种复杂运动。柔性应变传感器克服了传统应变传感器易碎，形变范围小等缺点，同时还具备生物相容性，大形变能力，透明性及可穿戴性等优势，在近年来得到了非常迅速的发展。柔性传感器主要由具有导电性能的活性材料和对活性材料起封装保护作用的弹性基体材料组成，其中，活性材料的选择对于柔性传感器的性能有重要影响。目前报道的柔性应变传感器的活性材料包括：金属纳米材料(金属纳米粒子，金属纳米线)，纳米碳材料(炭黑，碳纳米管，石墨烯)以及有机材料等。热固性树脂因其具有刚性大、硬度高、耐温高、制品尺寸稳定性好等优点，被广泛应用于家电行业、汽车制造、建筑材料等。然而，热固性塑料的大范围的生产和使用必将产生大量的废旧制品，而且由于热固性塑料具有难溶难熔的特性，使得回收利用相当困难。废旧热固性塑料的不断累积将会给社会带来巨大的环境压力，对生态系统产生危害。因此加强对热固性塑料的回收及再利用的研究，对保护环境和节约资源具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以废旧热固性树脂为原材料制备柔性应变传感器的方法，不仅解决了废旧热固性树脂回收再利用困难的问题，还弥补了现有传感器在适用范围和功能单一等方面的不足。为了实现本专利技术这些目的和其它优点，本专利技术提供了一种利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法，将废旧热固性树脂在惰性气氛中进行高温碳化处理制得碳化材料；在碳化材料上安装电极并连接外部导线，再使用聚合物弹性体进行封装固化，即得到柔性应变传感器。上述利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法，具体包括如下步骤：S1、将废旧热固性树脂加工成指定形状后，在惰性气氛中进行高温碳化处理，升温和降温速率为1-5℃/min，热处理温度为400-1200℃，恒温1-4h，得到具有多孔结构的碳化材料，作为柔性传感器的活性材料，所述惰性气氛为氮气或者氩气；S2、通过导电银膏在碳化材料上粘结薄铜片作为电极，并在薄铜片上焊接金属导线构成连接外部的通路；或者直接在碳化材料上粘接金属导线，制得碳化材料电极；S3、制备用于封装碳化材料的聚合物弹性体溶液；S4、将步骤S2得到的碳化材料电极放到指定形状的模具中，用步骤S3制备的聚合物弹性体溶液进行浇注封装，得到柔性应变传感器。优选的是，上述方法还包括，对废旧热固性树脂进行预处理步骤，具体操作为：将废旧热固性树脂原材料进行筛选，除杂，然后用乙醇和去离子水清洗后烘干，以待后续加工成型及高温碳化处理。优选的是，所述废旧热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚氨酯及其发泡材料其中的一种。优选的是，所述步骤S1中，根据废旧热固性树脂原材料的形状大小决定加工成型的方法。如果废旧热固性树脂原材料是较小块状或颗粒状，通过机械破碎、研磨成热固性粉末，再将粉末放在指定形状模具中进行高温碳化处理；如果废旧热固性树脂原材料是较大的块状或者板状，直接切割成指定形状后进行高温碳化处理。优选的是，所述聚合物弹性体为橡胶、硅基聚合物弹性体、聚氨酯或聚乙烯醇其中的一种。进一步优选的是，所述聚合物弹性体为聚二甲基硅氧烷，其固化温度为80-100℃，固化时间为30-60min。优选的是，所述步骤S4具体为：将步骤S2得到的碳化材料电极放到指定形状的模具中，用步骤S3制备的聚合物弹性体溶液浇注进模具，放入真空烘箱，常温下减压脱除气泡，然后在100℃下固化40min，得到柔性应变传感器。进一步优选的是，以废旧苯并噁嗪树脂为原材料，所述步骤S1具体为：将预处理后的废旧苯并噁嗪树脂切割成尺寸长10mm、宽10mm、高3mm的方形块，放入管式加热炉，以氮气为惰性气体，氮气流速120mL/min，首先以5℃/min的升温速率从室温升到200℃，然后以2℃/min的升温速率升到800℃，恒温120min，最后以5℃/min的降温速率降至室温，得到具有多孔结构的方形块碳化材料。本专利技术的有益之处在于：(1)热固性树脂分子链具有的高度交联网络结构，在惰性气氛环境中经过高温热解处理，将得到基本保持原有形状的多孔结构碳化材料。一方面，热固性树脂碳化后具有较好的导电性能；另一方面，碳化材料中存在大量气孔，使得相邻气孔间的隔膜较薄、边棱脆弱，当材料在受拉伸或者压缩等形变时，孔结构容易发生坍塌和破坏，严重影响碳化材料的导电性能，这种导电性易受形变影响的特性，赋予了碳化材料良好的应变传感性能，使之成为一种较好的用于制备柔性应变传感器的活性材料；再一方面，碳化材料的多孔结构，有利于聚合物弹性体预聚物液体浸润到材料内部，使其固化之后能与碳化材料紧密结合，保证多孔结构在破坏后能有效恢复，使柔性传感器具备较好的耐疲劳性能。(2)采用本专利技术方法制备柔性应变传感器，其外形和尺寸可以通过改变模具的形状进行调节，可实现对不同的应变形式进行监测(拉伸、弯曲、扭转、压缩等)，弥补了目前传感器在适用范围和功能单一等方面的不足；同时该应变传感器具有柔性好、灵敏度高、响应时间短、耐疲劳性好等优点，并且可通过直接贴于皮肤或衣物上实现对人体关节运动、面部表情和发声振动等运动信息的监测；且制备工艺方法简单，方法稳定可靠。(3)本专利技术使用的废旧热固性树脂原材料来源广泛，价格低廉，由于是对废旧树脂的回收再利用，因而对环境保护有重要意义。附图说明图1、废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的制备流程示意图。图2、a为实施例1中苯并噁嗪树脂碳化样的扫描电子显微镜图；b为实施例2中酚醛树脂泡沫碳化样的扫描电子显微镜图。图3、实施例1制备的柔性压缩应变传感器的结构示意图。图4、实施例2制备的柔性拉伸及弯曲应变传感器的结构示意图。图5、实施例2制备的柔性应变传感器对人体右手食指的运动情况检测结果。图6、实施例2制备的柔性应变传感器对人体右膝的运动情况检测结果。图7、实施例2制备的柔性应变传感器对人体面部眨眼运动信号的检测结果。图8、实施例2制备的柔性应变传感器对人体面部微笑运动信号的检测结果。图9、实施例2制备的柔性应变传感器对测试者说话行为的检测结果。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的制备流程示意图见图1。实施例1以苯并噁嗪树脂为原材料经高温热处理制备柔性压缩应变传感器，具体步骤如下：步骤S1、将废旧苯并噁嗪树脂原材料进行筛选，除杂，然后用乙醇和去离子水清洗后烘干，然后烘干的废旧苯并噁嗪树脂切割成10×10×3mm3尺寸的方形块，放入管式加热炉；以氮气为惰性气氛(氮气流速120mL/min)，在800℃下高温碳化处理苯并噁嗪树脂；具体热处理过程：首先以5℃/min的升温速率从室温升到200℃，然后以2℃/min的升温速率升到800℃，恒温120min，最后以5℃/min的降温速率降至室温；苯并噁嗪树脂方形块碳化后虽有所膨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法，其特征在于，将废旧热固性树脂在惰性气氛中进行高温碳化处理制得碳化材料；在碳化材料上安装电极并连接外部导线，再使用聚合物弹性体进行封装固化，即得到柔性应变传感器。

【技术特征摘要】
1.一种利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法，其特征在于，将废旧热固性树脂在惰性气氛中进行高温碳化处理制得碳化材料；在碳化材料上安装电极并连接外部导线，再使用聚合物弹性体进行封装固化，即得到柔性应变传感器。2.如权利要求1所述的利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将废旧热固性树脂加工成指定形状后，在惰性气氛中进行高温碳化处理，升温和降温速率为1-5℃/min，热处理温度为400-1200℃，恒温1-4h，得到具有多孔结构的碳化材料，作为柔性传感器的活性材料；S2、通过导电银膏在碳化材料上粘结薄铜片作为电极，并在薄铜片上焊接金属导线构成连接外部的通路，或者直接在碳化材料上粘接金属导线，制得碳化材料电极；S3、制备用于封装碳化材料的聚合物弹性体溶液；S4、将步骤S2得到的碳化材料电极放到指定形状的模具中，用步骤S3制备的聚合物弹性体溶液进行浇注封装，得到柔性应变传感器。3.如权利要求2所述的利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法，其特征在于，还包括，废旧热固性树脂的预处理步骤：将废旧热固性树脂原材料进行筛选，除杂，然后用乙醇和去离子水清洗后烘干，以待后续加工成型及高温碳化处理。4.如权利要求3所述的利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法，其特征在于，所述废旧热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚氨酯及其发泡材料其中的一种。5.如权利要求4所述的利用废旧热固性树脂制备柔性应变传感器的方法，其特征在于，所述步骤S1中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：向东，王雷，李云涛，赵春霞，陈钦，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51