CN102190889A - 一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102190889A CN102190889A CN 201010123335 CN201010123335A CN102190889A CN 102190889 A CN102190889 A CN 102190889A CN 201010123335 CN201010123335 CN 201010123335 CN 201010123335 A CN201010123335 A CN 201010123335A CN 102190889 A CN102190889 A CN 102190889A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- coupling agent
- rubber composite
- silicon rubber
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法。复合材料包括硅烷偶联剂修饰的碳纳米管m-MWNT1~10质量份、甲基乙稀基硅橡胶VMQ100质量份其中硅烷偶联剂与碳纳米管的质量比为1∶100;所述碳纳米管外径为20~40nm,长度为5~15μm;其制备方法为:将m-MWNT超声分散于THF中2小时,将VMQ加热溶解于THF;然后,将两种溶液混合,继续超声10min,将混合溶液迅速倒入培养皿中,放置磁力搅拌器上,在55℃迅速挥发有机溶剂,待有机溶剂蒸干后将培养皿转移至干燥箱中,在80℃下,烘干4小时;真空烘箱中80℃,烘干200min,得到碳纳米管/硅橡胶混合物,然后加入硫化剂双2,5,挤压制备出线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料。材料具有线性可控、压敏强度高、性能稳定以及重复性强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶复合材料及其制备方法,特别涉及压敏强度大、材料性能稳定、制备工艺简单、应用广泛的一种压敏导电橡胶复合材料及其制备方法,属于功能性纳米复合材料技术。
背景技术
随着机械装置向结构复杂化发展,常需要对复杂装置的层间挤压应力等接触应力进行研究,从而需要一个理想的薄型挤压应力传感器来进行接触测量。这种新型传感器除应具有一般应力传感器的要求,如合适的精度及灵敏度、较好的动态特性、优良稳定的性能和长的使用寿命外,还要求力敏元件与接触面材料具有相匹配的弹性模量,以便如实地反映真实的接触情况,并且要求传感部位尽可能薄,更重要的是可满足非平行界面微区的挤压应力测量要求。由于压电陶瓷材料质脆且弹性模量可调范围窄,显然不能满足此要求。近年来,随着有机敏感材料的快速发展,各种有机力敏元件的研究和应用已取得重大进展,从而使研制非平行界面微区应力测量用薄膜传感器成为可能。
层间接触应力测量用压敏复合材料的研究,在国内外都是比较新的课题。据报道:美国已研制出用于汽车气缸盖法兰层间应力测量用压敏材料,但其测试稳定性有待进一步提高;国内电子部49所及复旦大学等单位,在层间挤压应力测量用压敏复合材料方面的研究也尚未获得成功。对压力传感器用线性压敏导电复合材料,除具有上述压力-电阻线性变化要求外,还要求具有两个特性:第一,其电阻率随外加压力的变化至少要达到103以上才具实用性;第二,要有优良的压缩应力松弛和较低的永久变形等性能。掺有25-35%体积的高电导金属微粒的硅橡胶可满足电阻率变化要求,但其加工性能和力学性能差,弹性模量可调范围窄;掺入炭黑或石墨的导电橡胶,其加工性能和力学性能虽有所改善,但其电阻率变化幅度仅102量级,故还不能用作压力传感器用感压材料。清华大学的丁天怀以及日本的Hussain一直致力于炭黑/硅橡胶导电复合材料稳定性以及压力-电阻线性变化的研究,已取得了一定成果,但材料一直难以达到有效的线性控制和稳定性。专利[200710054951.7]采用硅胶和镍粉制备压敏导电复合材料,但是没有对材料的压阻性能重复性作考察。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法,在较少填料含量下,复合材料电阻随着外加压力的增大而增大,而且在一定压力范围内电阻的对数与压力呈良好的线性关系,属于一种新型压敏材料。
一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料,其特征在于,包括以下组分:硅烷偶联剂修饰的碳纳米管m-MWNT1~10质量份、甲基乙稀基硅橡胶VMQ100质量份,其中硅烷偶联剂与碳纳米管的质量比为1∶100;所述碳纳米管外径为20~40nm,长度为5~15μm。
甲基乙稀基硅橡胶为110-2,分子量为40-65万,乙烯基质量分数为0.13-0.22。
所述的复合材料采用溶液法和随后的低温热压方法压制成型,其制备工艺过程为:
1)配料:按上述配方取外径为20~40nm、长度为5~15μm的1-10质量份硅烷偶联剂修饰的碳纳米管m-MWN,其中偶联剂与碳纳米管的质量比为1∶100,100质量份甲基乙烯基硅橡胶;
2)制样:按照上述比例,将m-MWNT超声分散于THF中2小时,将VMQ加热溶解于THF;然后,将两种溶液混合,继续超声10min,将混合溶液迅速倒入培养皿中,放置磁力搅拌器上,在55℃迅速挥发有机溶剂,待有机溶剂蒸干后将培养皿转移至干燥箱中,在80℃下,烘干4小时;真空烘箱中80℃,烘干200min,得到碳纳米管/硅橡胶混合物。
3)成型:按照现有技术用量将硫化剂双2,5加入到所制备的混合物中,在粉末压片机中,160℃和15MPa,硫化15min,最终得到碳纳米管/硅橡胶复合材料。
材料具有线性可控、压敏强度高、性能稳定以及重复性强的优点。
附图说明
图1碳纳米管含量对复合材料压阻性能影响曲线
其中R为压力下电阻,R0为常压下电阻
1-实施例1 2-实施例2 3-实施例3 4-实施例4
图2实施例1含有碳纳米管的复合材料样品的断面显微镜照片;
图3实施例3碳纳米管/硅橡胶复合材料在300N作用下处理24小时前后的压阻性能重复性曲线
1为处理前样品,2为处理后样品
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明进行更详细的说明。实施例仅是对本发明的一种说明,而不构成对本发明的限制。实施例是实际应用例子,对于本领域的专业技术人员很容易掌握并验证。如果在本发明的基础上做出某种改变,那么其实质并不超出本发明的范围。
(1)压阻性能测试方法:复合材料的压敏性能测试中,压力加载装置使用JSV-500D小型电子试验机;测试样品上下两面用小型离子溅射仪喷镀金作为电极,放置在电子试验机的平台之上。从试样上下两端引出导线连接电阻测量装置。电阻测量装置使用F-45电子万用表,电流方向与压力方向平行。
(2)扫描电子显微镜:样品在液氮中淬断,然后断面表面喷金。复合材料的形貌由英国剑桥公司生产的S-250-III型扫描电子显微镜(SEM)观察。
实施例1、
取甲基乙稀基硅橡胶VMQ100质量份,外径为20-40nm,长度为5-15μm硅烷偶联剂修饰的碳纳米管m-MWNT1质量份,偶联剂与碳纳米管的质量比为1∶100,按照上述比例,将m-MWNT超声分散于四氢呋喃THF中2小时,将VMQ加热溶解于THF,然后,将两种溶液混合,继续超声10min,将混合溶液迅速倒入培养皿中,放置磁力搅拌器上,在55℃迅速挥发有机溶剂。待有机溶剂蒸干后将培养皿转移至干燥箱中,在80℃下,烘干4小时;真空烘箱中80℃,烘干200min,得到碳纳米管/硅橡胶混合物。
将硫化剂双2,5加入到所制备的混合物中,在粉末压片机中,160℃和15MPa,硫化15min,最终得到碳纳米管/硅橡胶复合材料。
复合材料的压阻性能曲线见附图1中的1,复合材料扫描电镜图见图2。
实施例2、
各组分按质量比,取甲基乙稀基硅橡胶VMQ100份,外径为20-40nm,长度为5-15μm硅烷偶联剂修饰的碳纳米管m-MWNT2份,其中偶联剂用量为碳纳米管质量的1%,按照上述比例,将m-MWNT超声分散于THF中2小时,将VMQ加热溶解于THF。然后,将两种溶液混合,继续超声10min。将混合溶液迅速倒入培养皿中,放置磁力搅拌器上,在55℃迅速挥发有机溶剂。待有机溶剂蒸干后将培养皿转移至干燥箱中,在80℃下,烘干4小时;真空烘箱中80℃,烘干200min。得到碳纳米管/硅橡胶混合物。
将硫化剂双2,5加入到所制备的混合物中,在粉末压片机中,160℃和15MPa,硫化15min,最终得到碳纳米管/硅橡胶复合材料。
复合材料的压阻性能曲线见附图1中的2。
实施例3、
各组分按质量比,取甲基乙稀基硅橡胶100份,外径为20-40nm,长度为5-15μm硅烷偶联剂修饰的碳纳米管m-MWNT4份,其中偶联剂用量为碳纳米管质量的1%,按照上述比例,将m-MWNT超声分散于THF中2小时,将VMQ加热溶解于THF。然后,将两种溶液混合,继续超声10min。将混合溶液迅速倒入培养皿中,放置磁力搅拌器上,在55℃迅速挥发有机溶剂。待有机溶剂蒸干后将培养皿转移至干燥箱中,在80℃下,烘干4小时;真空烘箱中80℃,烘干200min。得到碳纳米管/硅橡胶混合物。
将硫化剂双2,5加入到所制备的混合物中,在粉末压片机中,160℃和15MPa,硫化15min,最终得到碳纳米管/硅橡胶复合材料。
复合材料的压阻性能曲线见附图1中的3。
复合材料在300N作用下处理24小时前后的压阻性能重复性曲线压阻性能重复性曲线见附图3,从图中可以看出,两条曲线基本重合,说明碳纳米管/硅橡胶复合材料的重复性非常好。
实施例4、
各组分按质量比,取甲基乙稀基硅橡胶100份,外径为20-40nm,长度为5-15μm硅烷偶联剂修饰的碳纳米管m-MWNT6份,其中偶联剂用量为碳纳米管质量的1%,按照上述比例,将m-MWNT超声分散于THF中2小时,将VMQ加热溶解于THF。然后,将两种溶液混合,继续超声10min。将混合溶液迅速倒入培养皿中,放置磁力搅拌器上,在55℃迅速挥发有机溶剂。待有机溶剂蒸干后将培养皿转移至干燥箱中,在80℃下,烘干4小时;真空烘箱中80℃,烘干200min。得到碳纳米管/硅橡胶混合物。
将硫化剂双2,5加入到所制备的混合物中,在粉末压片机中,160℃和15MPa,硫化15min,最终得到碳纳米管/硅橡胶复合材料。复合材料的压阻性能曲线见附图1中的4。
实施例5、
各组分按质量比,取甲基乙稀基硅橡胶100份,外径为20-40nm,长度为5-15μm硅烷偶联剂修饰的碳纳米管m-MWNT10份,其中偶联剂用量为碳纳米管质量的1%,按照上述比例,将m-MWNT超声分散于THF中2小时,将VMQ加热溶解于THF。然后,将两种溶液混合,继续超声10min。将混合溶液迅速倒入培养皿中,放置磁力搅拌器上,在55℃迅速挥发有机溶剂。待有机溶剂蒸干后将培养皿转移至干燥箱中,在80℃下,烘干4小时;真空烘箱中80℃,烘干200min。得到碳纳米管/硅橡胶混合物。
将硫化剂双2,5加入到所制备的混合物中,在粉末压片机中,160℃和15MPa,硫化15min,最终得到碳纳米管/硅橡胶复合材料。
从图1中碳纳米管含量对复合材料压阻性能影响曲线,可以看出相对电阻R/R0随着压力的增大而增大,并且从图1中的曲线成指数增长可以看出电阻的对数”与“压力”的确是呈良好的线性关系;而m-MWNT含量越低,相对电阻随着压力的变化更灵敏。
Claims (3)
1.一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料,其特征在于,包括以下组分:硅烷偶联剂修饰的碳纳米管m-MWNT1~10质量份、甲基乙稀基硅橡胶VMQ100质量份,其中硅烷偶联剂与碳纳米管的质量比为1∶100;所述碳纳米管外径为20~40nm,长度为5~15μm。
2.按照权利要求1的一种新型线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料,其特征在于,所述甲基乙稀基硅橡胶VMQ为110-2,分子量为40-65万,乙烯基质量分数为0.13-0.22。
3.按照权利要求1的一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料的制备方法,其特征在于,采用溶液法和随后的低温热压方法压制成型,其制备工艺过程为:
1)配料:按上述配方取外径为20~40nm、长度为5~15μm的1-10质量份硅烷偶联剂修饰的碳纳米管m-MWN,其中偶联剂与碳纳米管的质量比为1∶100,100质量份甲基乙烯基硅橡胶;
2)制样:按照上述比例,将m-MWNT超声分散于THF中2小时,将VMQ加热溶解于THF;然后,将两种溶液混合,继续超声10min,将混合溶液迅速倒入培养皿中,放置磁力搅拌器上,在55℃迅速挥发有机溶剂,待有机溶剂蒸干后将培养皿转移至干燥箱中,在80℃下,烘干4小时;真空烘箱中80℃,烘干200min,得到碳纳米管/硅橡胶混合物。
3)成型:按照现有技术用量将硫化剂双2,5加入到所制备的混合物中,在粉末压片机中,160℃和15MPa,硫化15min,最终得到碳纳米管/硅橡胶复合材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201010123335 CN102190889A (zh) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | 一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201010123335 CN102190889A (zh) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | 一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102190889A true CN102190889A (zh) | 2011-09-21 |
Family
ID=44599807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 201010123335 Pending CN102190889A (zh) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | 一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102190889A (zh) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102321279A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-01-18 | 北京化工大学 | 一种多巴胺改性碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法 |
CN103525093A (zh) * | 2013-07-16 | 2014-01-22 | 杭州师范大学 | 一种导电粒子/硅橡胶压敏材料及其制备方法与应用 |
CN104231624A (zh) * | 2014-08-22 | 2014-12-24 | 南京信息职业技术学院 | 一种改性氰酸酯树脂导热复合材料及其制备方法 |
CN104893291A (zh) * | 2015-05-04 | 2015-09-09 | 河南师范大学 | 一种硅橡胶基力敏复合材料的制备方法 |
CN106009677A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-10-12 | 深圳市尚智工程技术咨询有限公司 | 一种纳米导电橡胶传感单元及其制备方法 |
CN109834960A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-06-04 | 柔电(武汉)科技有限公司 | 一种碳纳米管膜及其制备方法 |
CN111032785A (zh) * | 2017-08-24 | 2020-04-17 | 株式会社电装 | 硅橡胶复合材料及防振部件 |
CN111732836A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-10-02 | 东南大学 | 一种用于高速铁路无砟轨道板健康状况实时监测的传感器材料及其制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008070825A1 (en) * | 2006-12-08 | 2008-06-12 | 3M Innovative Properties Company | Vibration damping polymer composites |
CN101392090A (zh) * | 2008-11-17 | 2009-03-25 | 北京理工大学 | 一种压电导电环氧树脂复合阻尼材料及其制备方法 |
CN101525524A (zh) * | 2008-03-04 | 2009-09-09 | 琳得科株式会社 | 压敏粘合剂组合物和压敏粘合剂片 |
-
2010
- 2010-03-12 CN CN 201010123335 patent/CN102190889A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008070825A1 (en) * | 2006-12-08 | 2008-06-12 | 3M Innovative Properties Company | Vibration damping polymer composites |
CN101525524A (zh) * | 2008-03-04 | 2009-09-09 | 琳得科株式会社 | 压敏粘合剂组合物和压敏粘合剂片 |
CN101392090A (zh) * | 2008-11-17 | 2009-03-25 | 北京理工大学 | 一种压电导电环氧树脂复合阻尼材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
《APPLIED PHYSICS LETTERS》 20061030 Mei-Juan Jiang, Zhi-Min Dang,Hai-Ping Xu Significant temperature and pressure sensitivities of electrical properties inchemically modified multiwall carbon nanotube/methylvinyl silicone rubber nanocomposites 第1-4页 1-3 第89卷, 第18期 * |
《APPLIED PHYSICS LETTERS》 20070105 Zhi-Min Dang, Sheng-Hong Yao, Hai-Ping Xu Effect of tensile strain on morphology and dielectric property in nanotube/polymer nanocomposites 第1-4页 1-3 第90卷, 第1期 * |
《APPLIED PHYSICS LETTERS》 20070126 Mei-Juan Jiang, Zhi-Min Dang, Hai-Ping Xu Giant dielectric constant and resistance-pressure sensitivity in carbon nanotubes/rubber nanocomposites with low percolation threshold 第1-4页 1-3 第90卷, 第4期 * |
《APPLIED PHYSICS LETTERS》 20070815 Mei-Juan Jiang, Zhi-Min Dang,Hai-Ping Xu, Sheng-Hong Yao Effect of aspect ratio of multiwall carbon nanotubes on resistance-pressure sensitivity of rubber nanocomposites 第1-4页 1-3 第91卷, 第7期 * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102321279A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-01-18 | 北京化工大学 | 一种多巴胺改性碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法 |
CN102321279B (zh) * | 2011-09-29 | 2013-01-23 | 北京化工大学 | 一种多巴胺改性碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法 |
CN103525093A (zh) * | 2013-07-16 | 2014-01-22 | 杭州师范大学 | 一种导电粒子/硅橡胶压敏材料及其制备方法与应用 |
CN103525093B (zh) * | 2013-07-16 | 2016-02-03 | 杭州师范大学 | 一种导电粒子/硅橡胶压敏材料及其制备方法与应用 |
CN104231624A (zh) * | 2014-08-22 | 2014-12-24 | 南京信息职业技术学院 | 一种改性氰酸酯树脂导热复合材料及其制备方法 |
CN104893291A (zh) * | 2015-05-04 | 2015-09-09 | 河南师范大学 | 一种硅橡胶基力敏复合材料的制备方法 |
CN104893291B (zh) * | 2015-05-04 | 2017-11-28 | 河南师范大学 | 一种硅橡胶基力敏复合材料的制备方法 |
CN106009677A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-10-12 | 深圳市尚智工程技术咨询有限公司 | 一种纳米导电橡胶传感单元及其制备方法 |
CN111032785A (zh) * | 2017-08-24 | 2020-04-17 | 株式会社电装 | 硅橡胶复合材料及防振部件 |
CN109834960A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-06-04 | 柔电(武汉)科技有限公司 | 一种碳纳米管膜及其制备方法 |
CN111732836A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-10-02 | 东南大学 | 一种用于高速铁路无砟轨道板健康状况实时监测的传感器材料及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102190889A (zh) | 一种线性压阻的碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法 | |
Yu et al. | Ultra‐stretchable porous fiber‐shaped strain sensor with exponential response in full sensing range and excellent anti‐interference ability toward buckling, torsion, temperature, and humidity | |
Levitt et al. | Bath electrospinning of continuous and scalable multifunctional MXene‐infiltrated nanoyarns | |
Wang et al. | A review for conductive polymer piezoresistive composites and a development of a compliant pressure transducer | |
CN108444377B (zh) | 基于规则微米裂纹阵列结构柔性应变传感器及其制备方法 | |
Zhang et al. | Multi-modal strain and temperature sensor by hybridizing reduced graphene oxide and PEDOT: PSS | |
CN112284577B (zh) | 一种压电压阻复合式触觉传感器及制备方法 | |
Zhuang et al. | Multi-functional multi-walled carbon nanotube-jute fibres and composites | |
US20180195914A1 (en) | Sensor for a physical feature, preferably comprising a multilayer structure | |
CN101354298A (zh) | 基于导电高分子敏感膜的压阻式传感器探头及其制备方法 | |
Ali et al. | Pressure sensitive sensors based on carbon nanotubes, graphene, and its composites | |
CN111253751B (zh) | 一种碳纳米管聚二甲基硅氧烷复合材料及其制备方法和应用 | |
Qiu et al. | Highly sensitive and flexible capacitive elastomeric sensors for compressive strain measurements | |
CN102675883A (zh) | 一种表面改性石墨烯聚合物基压阻复合材料及其制备方法 | |
CN103525093A (zh) | 一种导电粒子/硅橡胶压敏材料及其制备方法与应用 | |
Sun et al. | Magnetically induced robust anisotropic structure of multi-walled carbon nanotubes/Ni for high-performance flexible strain sensor | |
CN107216581A (zh) | 反铁电陶瓷/pvdf0‑3结构复合材料及其热处理制备方法 | |
Ma et al. | High-performance capacitive pressure sensors Fabricated by introducing dielectric filler and conductive filler into a porous dielectric layer through a Biomimic strategy | |
CN106883609B (zh) | 用于高温高压传感器的压力敏感材料及其制备方法 | |
Taherian et al. | Investigation on electrical properties of polyvinyl acetate/graphite adhesive by joule heating and hall effect tests | |
Rao et al. | A Comprehensive Review on Carbon Nanotubes Based Smart Nanocomposites Sensors for Various Novel Sensing Applications | |
CN110551308B (zh) | 一种利用生物质材料制备柔性应变传感器的方法 | |
Liu et al. | Additive Manufacturing of Stretchable Multi-Walled Carbon Nanotubes/Thermoplastic Polyurethanes Conducting Polymers for Strain Sensing | |
Kim | Processing and characterization of carbon nanotube mat/epoxy composites | |
CN105837178A (zh) | 获得促进沥青基压电陶瓷压电复合材料极化的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110921 |