一种正电阻效应的拉力敏感型电阻传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种拉力敏感型电阻传感器，特别设及一种正电阻效应的拉力敏感型 电阻传感器。
【背景技术】
[0002] 1885年，英国物理学家开尔文发现金属在承受压力（拉力或扭力）后产生机械形 变的同时，由于受材料尺寸（长度、截面积）改变的影响，电阻值也发生了特征性变异，即应 变电阻效应。人们便从电阻值的变化获得材料受力的特征和量值，分别开发出压力敏感型 和拉力敏感型的电阻应变传感器。目前使用的拉力敏感型电阻应变式传感器，简称拉敏电 阻传感器，主要有金属应变电阻式、半导体应变电阻式、合金应变电阻式等。但是由于传感 材料本身弹性模量的限制，该些应变型型电阻传感元件存在W下缺点：一是缺乏柔性和弹 性、不能弯曲，因而在体育、医疗、智能穿戴等需要弯曲、拉伸等复杂形变的领域的应用受到 限制；二是力学量变化幅度较小，因而不能用于形变量较大的领域；=是结构复杂，制造成 本高，限制了其在更广领域的应用。特别是前两个缺点，给生物力学检测、康复医疗、智能可 穿戴设备、智能机器人等领域中的许多特殊结构的应力应变的测量带来了很大困难，因此 急需寻找新型的柔性的力学敏感材料制造柔性的电阻应变型传感器。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种正电阻效应的拉力敏感型电阻传感器，提高传感器的 柔性和弹性，增大力学量变化幅度，结构简单，降低制造成本。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种正电阻效应的拉力敏感型电阻传 感器，包括拉敏电阻材料W及安装在所述拉敏电阻材料两端的金属电极；所述拉敏电阻材 料是在娃橡胶材料中填充导电填料制成的体积电阻率介于LOXlO2Q.cm和LOXlO5Q. cm之间的一种导电娃橡胶材料。所述金属电极选自金属膜、金属巧、金属片中的一种，通过 导电胶粘合、高温热压、丝网印刷或者真空锻膜的方式制作在拉敏电阻材料两端的表面。所 述的正电阻效应的拉力敏感型电阻传感器在拉伸力作用下传感器电阻逐渐增加，呈现正拉 敏电阻效应，在30%拉伸形变电阻变化倍率介于2到50倍，且电阻与形变之间具有良好的 线性度，可W通过检测电阻值的变化或将变化的电阻信号转换成其他电平信号来获得外界 作用力的信息，从而制成一种模拟型拉敏电阻应变式传感器，在生物力学检测、医疗康复、 机器人、智能可穿戴设备等领域具有广阔的应用前景，且该传感器件制造工艺简单、成本 低。
[0005] 为实现上述技术方案，所述导电娃橡胶材料按照质量份各组分配比为；娃橡胶 100份，结构控制剂0. 1-10份，硫化剂0. 2-5份，补强填料5-40份，导电炭黑30-100份。其 中，质量份是工业上出于计算方便使用的一个直观的质量配比方法，数字直接表示所需要 配比物质的质量比。
[0006] 进一步地，所述娃橡胶为高温硫化型娃橡胶，选自二甲基娃橡胶、甲基己締基娃橡 胶、甲基苯基己締基娃橡胶和氣娃橡胶中的一种。
[0007] 进一步地，所述结构控制剂，选自哲基硅油、二苯基娃二醇。
[0008] 进一步地，所述导电炭黑，粒径为20-120nm，吸油值为40cm3/100g-200cm3/100g。
[0009] 进一步地，所述补强填料选自气相二氧化娃，BET法所测比表面积100-400mVg。除 了补强之外，还具有改善拉敏电阻的电阻蠕变与松弛的作用。
[0010] 进一步地，所述硫化剂，选自有机过氧化物，包括过氧化苯甲酯BP0、过氧化二异 丙苯DCP、过氧化二叔了基DTBP、二（叔了基过氧化异丙基）DIPB、2, 4-二氯过氧化苯甲酯 DCBP、2, 5-二甲基-2, 5-双（叔了基过氧基）己烧DBPMH。
[0011] 进一步地，所述导电娃橡胶材料的电阻率介于1.OXIO2Q.cm和1.OXIO5Q.cm之 间。
[0012] 进一步地，所述金属电极选自金属巧、金属片、金属膜中的一种，通过导电胶粘合、 高温热压、银浆丝网印刷或真空锻膜的方式制作，W方便拉敏电阻传感器与信号采集端的 连接。所述导电银浆包括热固化型和紫外光固化型。所述真空锻膜的方法包括真空蒸发锻 膜、真空瓣射锻膜、真空离子锻膜。
[0013] 进一步地，所述拉敏电阻器在拉伸力作用下100%拉伸形变范围内电阻值逐渐增 加，在30 %拉伸形变电阻变化倍率介于2到50倍，并且电阻与形变之间具有良好的线性度。 拉敏电阻传感器在形变前后电阻值的变化倍率，定义为传感器的灵敏度或灵敏因子。
[0014] 本发明还提供了一种正电阻效应的拉力敏感型电阻传感器的制造方法，包括W下 步骤：
[0015] 步骤A;按照一定的质量配比将娃橡胶基体、结构控制剂、导电填料、补强填料和 硫化剂依照上述顺序依次加入到双漉开炼机或者密炼机进行混炼，设定温度低于为50°C， 各组分混合均匀后，薄通出片，整个混炼过程的温度控制在80°CW下；
[0016] 步骤B ;将混炼好导电橡胶胶料放入一定的模腔尺寸的模具中，在一定的温 度、压力和时间下硫化成型，得到导电橡胶板材。硫化分为一段硫化；150-200°C，压力 10MPa-20MPa，5-15分钟；二段硫化；转移至烘箱中150-200°C，2-4小时；W及
[0017] 步骤C;将导电橡胶板材，裁切成一定长度和宽度的橡胶样条，使用导电银胶粘 接、高温热压、丝网印刷或者真空锻膜的方法在样条两端做出金属电极，也可W进一步在其 上连接金属导线，从而制备出正电阻效应的拉敏电阻传感器。
[0018] 有益效果；本发明的正电阻效应的拉力敏感型电阻传感器在100%拉伸形变范围 内其电阻随形变增大逐渐增加，呈现正电阻效应，在30%拉伸形变电阻变化倍率介于2到 50倍，且电阻与形变之间的线性度良好，，可W通过检测电阻值的变化获得传感器受力的信 息。而且该电阻传感器柔性好，力学量变化幅度大，结构简单，制造成本低。在生物力学检 、医疗康复、机器人、智能可穿戴设备等领域具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0019] 图1是正电阻效应拉力敏感型电阻传感器结构示意图；
[0020] 图2-图8是正电阻效应拉敏电阻传感器中电阻与形变的关系曲线图。
[0021] 图中标记；10-拉敏电阻材料；11-金属电极；12-金属导线。
【具体实施方式】
[0022] 为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举W下实施例对本发明的模拟型拉 敏电阻传感器作详细说明：
[0023] 实施例1
[0024] 结合图1，本实施例的正电阻效应的拉敏电阻传感器采用导电娃橡胶作为拉敏电 阻材料10,其制作方法如下：
[0025] 导电橡胶的成份配比及制作方法如下：
[0026] 按照W下顺序依次将100质量份的甲基己締基娃橡胶（牌号110-1，分子量 45-70万，己締基含量0. 13-0. 22%，南京东爵有机娃公司），2质量份的二苯甲基娃二醇， 80质量份的炭黑（3030B，粒径55皿，吸油值140mVg，S菱化学），20质量份气相白炭黑 (AER0SIL150,赢创德固赛），2质量份的双25硫化剂化5-二甲基-2, 5-双（过氧化叔了 基）己烧），加入到双漉开炼机进行混炼，开炼机温度设定为30°C，各组分混合均匀后，薄通 出片。将混炼好的娃橡胶放入模具中，在170°C，ISMI^压力下硫化8分钟，然后在鼓风烘箱 中于180°C中二段硫化2小时，得到厚度为Imm的导电娃橡胶板材。
[0027] 将导电娃橡胶板材，裁切成长度50mm，宽度5mm的样条，使用导电银胶粘接的方 法在样条两端做出金属巧电极并在其上连接金属导线12,其中金属巧为锻镶铜巧，厚度 0. 035mm，长度10mm，宽度5mm;金属铜线直径0. 4mm。
[0028] 本实施例的拉敏电阻器如图1所示，包括拉敏电阻材料10W及安装在所述拉敏电 阻材料10两端的金属电极11;所述拉敏电阻材料10是在娃橡胶材料中填充导电填料制成 的电阻率介于1.OXlO2Q.cm和1.OXlO5Q.cm之间的一种导电娃橡胶材料，按照质量份 各组分配比为；娃橡胶100份，结构控制剂1份，硫化剂0. 2份，补强填料5份，导电炭黑30 份。
[0029] 优选地，所述导电娃橡胶材料，按照质量份各组分配比为；娃橡胶100份，结构控 制剂5份，硫化剂2. 5份，补强填料20份，导电炭黑60份。
[0030] 优选地，所述导电娃橡胶材料，按照质量份各组分配比为；娃橡胶100份，结构控 制剂10份，硫化剂5份，补强填料40份，导电炭黑100份。
[0031] 优选地，所述娃橡胶为高温硫化型娃橡胶，选自二甲基娃橡胶、甲基己締基娃橡 胶、甲基苯基己締基娃