【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压力测量，特别涉及一种基于导电高分子材料的织物叉指压力传感器及其制备方法。
技术介绍
1、压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出电信号的器件或装置。
2、现有导电高分子复合材料压力传感器的压力测试范围大多分布在0.001mpa-5.0mpa之间，测量范围窄；采用缓冲材料以及封装结构设计的传感器虽可以大大提升传感器量程，但传感器的柔性差；极少部分大量程纳米导电高分子复合材料压力传感器，通过采用多层织物结构，可以实现0mpa-50 mpa范围的压力测量，但该类传感器的电阻变化范围较小，灵敏度相对较低；采用叉指电极做压电材料涂层虽可以极大提升传感器灵敏度，但测量压力范围又会变窄。
3、因此，现有导电高分子复合材料压力传感器，尚无法同时满足高灵敏度、大压力测量范围、高机械强度和传感器全柔性等性能要求。也因为上述问题的存在，导致目前工业化的导电高分子复合材料压力传感器，在智能穿戴、机械工程、网络通信、交通工程等方面的应用受到限制。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于导电高分子材料的织物叉指压力传感器及其制备方法，所述压力传感器可同时满足高灵敏度、大压力测量范围、高机械强度和传感器全柔性。
2、本专利技术的专利技术构思为：通过制备被柔性导电高分子复合材料全包覆的具有压电效应和双层结构的柔性导电纤维和柔性非导电纤维，利用柔性导电纤维的内层具有的完
3、为解决上述技术问题，本专利技术的第一方面提供了一种压力传感器，包括：
4、传感结构单元，包括第一叉指电极和第二叉指电极，所述第一叉指电极的指部和所述第二叉指电极的指部相互平行，并通过柔性非导电纤维交叉编织形成纺织面料结构；或所述第一叉指电极的指部和所述第二叉指电极的指部正交设置，并相互交叉编织形成纺织面料结构；所述第一叉指电极和第二叉指电极均由柔性导电纤维制成；所述纺织面料结构的两面涂覆有柔性导电高分子复合材料；
5、柔性绝缘层，所述柔性绝缘层包覆所述传感结构单元。
6、作为上述方案的进一步改进，所述柔性导电高分子复合材料的原料组分，按重量份计包括：柔性高分子基体100份和纳米导电填料4-8份。
7、优选的，所述柔性高分子基体的断裂伸长率为20％-500％。
8、优选的，所述柔性高分子基体选自聚二甲基硅氧烷(pdms)、双组份液态硅胶(a&b双组份)、双组份聚氨酯(pu)、双组份聚氨酯弹性体(tpu)中的任意一种。这些高分子材料均具有良好机械性能和柔韧性。同时，所述固化剂选自与所述柔性高分子基体适配的固化剂即可。
9、优选的，所述纳米导电填料选自纳米超导电炭黑、纳米导电多壁碳纳米管、导电石墨烯中的至少一种。导电填料的阈值范围在4.0％-7.5％之间，且这些导电填料均与所述柔性高分子基体具有良好的相容性。
10、作为上述方案的进一步改进，所述柔性导电纤维包括柔性导电纤维线和所述柔性导电高分子复合材料，所述柔性导电高分子复合材料包覆所述柔性导电纤维线。
11、优选的，所述柔性导电纤维线的直径为0.02mm-0.1mm。
12、优选的，所述柔性导电纤维线的材质为高分子导电聚合物纤维，或表面镀有导电金属的非导电高分子纤维。所述柔性导电纤维线具有优良的导电性，当结构拉伸2％-50％时，电阻变化很小。
13、优选的，所述高分子导电聚合物纤维选自聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯中的至少一种；
14、优选的，所述导电金属选自银、铜、镍、锌中的至少一种；
15、优选的，所述非导电高分子纤维选自锦纶、聚酯、尼龙、氨纶中的至少一种。
16、作为上述方案的进一步改进，所述柔性非导电纤维包括柔性非导电纤维线和所述柔性导电高分子复合材料，所述柔性导电高分子复合材料包覆所述柔性非导电纤维线。
17、优选的，所述柔性非导电纤维线的直径为0.01mm-0.08mm。
18、优选的，所述柔性非导电纤维线的材质为非导电高分子纤维。
19、优选的，所述非导电高分子纤维选自锦纶、聚酯、尼龙、氨纶、真丝纤维中的至少一种。
20、优选的，所述柔性绝缘层的材质为硅胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚酰亚胺(pi)中的任意一种。
21、优选的，所述传感结构单元的厚度为0.2mm-2.0mm。
22、本专利技术的第二方面提供了一种压力传感器的制备方法，包括以下步骤：
23、(1)将由柔性导电纤维制成的第一叉指电极和第二叉指电极编织成纺织面料结构；或通过柔性非导电纤维将所述第一叉指电极和第二叉指电极编织成纺织面料结构；然后在所述纺织面料结构的两面涂覆柔性导电高分子复合材料，固化后形成具有双导线的传感结构单元；
24、(2)采用柔性绝缘材料将所述传感结构单元包覆，形成柔性绝缘层，得所述压力传感器。
25、具体地，本专利技术将叉指电极和织物结构创造性的融合成一个整体，既利用了混纺形成的骨架结构增强导电材料的机械强度和柔韧性，同时又保留了叉指或交叉结构，大大提升了传感器的灵敏度和稳定性。
26、作为上述方案的进一步改进，所述柔性导电纤维的制备过程为：将柔性高分子基体、纳米导电填料和固化剂按质量比混合，经脱泡处理后，得未固化的柔性导电高分子复合材料；将柔性导电纤维线进行羟基化处理、喷涂硅烷偶联剂后，浸润于所述柔性导电高分子复合材料中，取出后进行固化处理，形成外层包覆柔性导电高分子复合材料的柔性导电纤维线；再进行重复浸润、固化，得所述柔性导电纤维。
27、优选的，所述羟基化处理为采用等离子体表面处理。
28、优选的，所述固化处理的条件为：温度为110℃-130℃，固化时间为8min-12min。
29、作为上述方案的进一步改进，所述柔性非导电纤维的制备过程为：采用与所述柔性导电纤维相同的制备方法对柔性非导电纤维线进行处理，即仅将柔性导电纤维制备过程中的柔性导电纤维线替换成柔性非导电纤维线。
30、本专利技术的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：
31、(1)本专利技术的压力传感器将叉指电极结构与织物骨架结构巧妙的融为一体，采用柔性导电高分子复合材料全包覆形成具有压电效应和双层结构的柔性导电纤维和柔性非导电纤维，并将内层具有完全导电特性的柔性导电纤维作为叉指电极的指部，提升了压力传感器的灵敏本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述柔性导电高分子复合材料的原料组分，按重量份计包括：柔性高分子基体100份和纳米导电填料4-8份。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述柔性高分子基体的断裂伸长率为20-500％；所述柔性高分子基体选自聚二甲基硅氧烷、双组份液态硅胶、双组份聚氨酯、双组份聚氨酯弹性体中的任意一种；所述纳米导电填料选自纳米超导电炭黑、纳米导电多壁碳纳米管、导电石墨烯中的至少一种。
4.根据权利要求2或3所述的压力传感器，其特征在于，所述柔性导电纤维包括柔性导电纤维线和所述柔性导电高分子复合材料，所述柔性导电高分子复合材料包覆所述柔性导电纤维线；所述柔性导电纤维线的材质为高分子导电聚合物纤维，或表面镀有导电金属的非导电高分子纤维。
5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述高分子导电聚合物纤维选自聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯中的至少一种；所述导电金属选自银、铜、镍、锌中的至少一种；所述非导电高分子纤维选自锦纶、聚酯、尼龙、氨纶中的至少一种
6.根据权利要求2或3所述的压力传感器，其特征在于，所述柔性非导电纤维包括柔性非导电纤维线和所述柔性导电高分子复合材料，所述柔性导电高分子复合材料包覆所述柔性非导电纤维线；所述柔性非导电纤维线的材质为非导电高分子纤维。
7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述非导电高分子纤维选自锦纶、聚酯、尼龙、氨纶、真丝纤维中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述柔性绝缘层的材质为硅胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺中的任意一种。
9.一种如权利要求1至8任意一项所述的压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的压力传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性导电纤维的制备过程为：将柔性高分子基体、纳米导电填料和固化剂按质量比混合，经脱泡处理后，得未固化的柔性导电高分子复合材料；将柔性导电纤维线进行羟基化处理、喷涂硅烷偶联剂后，浸润于所述柔性导电高分子复合材料中，取出后进行固化处理，形成外层包覆柔性导电高分子复合材料的柔性导电纤维线；再进行重复浸润、固化，得所述柔性导电纤维；
...【技术特征摘要】
1.一种压力传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述柔性导电高分子复合材料的原料组分，按重量份计包括：柔性高分子基体100份和纳米导电填料4-8份。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述柔性高分子基体的断裂伸长率为20-500％；所述柔性高分子基体选自聚二甲基硅氧烷、双组份液态硅胶、双组份聚氨酯、双组份聚氨酯弹性体中的任意一种；所述纳米导电填料选自纳米超导电炭黑、纳米导电多壁碳纳米管、导电石墨烯中的至少一种。
4.根据权利要求2或3所述的压力传感器，其特征在于，所述柔性导电纤维包括柔性导电纤维线和所述柔性导电高分子复合材料，所述柔性导电高分子复合材料包覆所述柔性导电纤维线；所述柔性导电纤维线的材质为高分子导电聚合物纤维，或表面镀有导电金属的非导电高分子纤维。
5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述高分子导电聚合物纤维选自聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯中的至少一种；所述导电金属选自银、铜、镍、锌中的至少一种；所述非导电高分子纤维选自锦纶、聚酯、尼龙、氨纶中的至少一种。
【专利技术属性】
技术研发人员：崔燕，姜瑞娟，盖卫明，支春义，吕双坤，
申请(专利权)人：深圳市市政设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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