一种高强度高弹性导电橡胶及其制备和应用的制作方法

本发明涉及一种高强度高弹性的导电橡胶，具体是一种具有高拉伸强度的耐用的，可以拉伸到静置长度5倍而维持高导电性的，可以直接应用3d打印技术的导电橡胶，以及这种导电橡胶的具体制备方法和在柔性电子设备接线上的应用。

背景技术：

在柔性电子设备比如贴近人体或者类人型感知机器人的制作上，因为各种关节部位的存在，对可以拉伸几倍而维持导电功能的柔性排线的需要很急切，目前制作柔性导线的最常用的方法是将导电物质比如银纳米颗粒制备好后，再掺杂到柔性绝缘物质比如橡胶中。这种方法最大的困扰在于掺杂的均匀性和稳定性比较差。最重要的是，掺杂颗粒相互之间很难有稳定的连接，特别是在材料拉伸变形的情况下保持良好的连接，也就很难获得稳定的导电效果。为解决这个问题，技术人员需要在绝缘材料内部直接原位生成导电物质，而且生成的导电物质必要均匀分布且相互之间相互连接形成网状结构，这样才能保证材料在拉伸变形情况下最大程度的维持导电功能，减低柔性导线自身电阻变化带来的系统误差。

技术实现要素：

本发明的目的是制备一种高强度高弹性导电橡胶，包括高弹性氟橡胶，氧化石墨烯纳米片，银纳米线，1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷，聚乙烯吡咯烷酮，其中高弹性氟橡胶占比为50%，氧化石墨烯纳米片的占比为7%，银纳米线的占比为40%，1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷的占比为2%，聚乙烯吡咯烷酮的占比为1%；其中银纳米线呈放射状缠绕在氧化石墨烯纳米片周围，并相互连接；所述银纳米线的直径为100纳米；所述导电橡胶在没有拉伸的情况下的导电率为6000西门子每厘米，在拉伸到自身长度5倍时的导电率为2000西门子每厘米。

这种高强度高弹性导电橡胶可以作为柔性导线直接应用在柔性电子设备的制作上。其中一个应用实例是一种温度压力测试橡胶手套，包括绝缘橡胶主体，温度传感器，压力传感器，导电橡胶导线；所述导电橡胶导线位于绝缘橡胶内部，并与所述温度传感器，所述压力传感器分别连接，作为所述温度传感器和所述压力传感器的电子传输通道；所述导电橡胶为圆形条状，直径为200微米；所述温度传感器和所述压力传感器网状分布在所述橡胶手套内部。

制备上述高强度高弹性导电橡胶，首先将氧化石墨烯纳米片和乙烯吡咯烷酮均匀分散在甲基异丁基酮中，得到混合物a；然后将高弹性氟橡胶粒溶解到甲基异丁基酮中，加入1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷，混合均匀，得到混合物b；将大小为5到10微米的银片在50摄氏度烘箱中在氧气气氛下烘2分钟，立即分散到混合物b中，混合均匀后，利用微波加热的方式迅速将温度升高到50摄氏度，并维持1分钟，自然降温后加入混合物a，混合均匀，得到具有一定粘度的黑色打印原料；利用普通挤压型3d打印机或者人工挤压涂抹的方式在3d物件表面或内部制备由所述黑色打印原料构成的一定大小形状的线条或者图案，然后转移到80摄氏度的烘箱中反应2小时，再升高反应温度至100摄氏度，继续处理2小时，自然降温得到具有相应大小形状的线条或者图案的高强度高弹性导电橡胶。

利用3d打印技术制作温度压力测试橡胶手套，首先，按照重量比1:1将高弹性氟橡胶粒溶解到甲基异丁基酮中，得到绝缘橡胶填料；然后，使用上述制作方法制备得到所述黑色打印原料，作为导电橡胶填料；将绝缘橡胶填料和导电橡胶填料分别加入到双通道挤出型3d打印机的供料室，将温度传感器和压力传感器固定在温度维持在90摄氏度的手套固定台上，利用3d打印机按照设定程序将绝缘橡胶涂料或导电橡胶填料挤到设定的位置，形成手套的形状；最后将所述橡胶手套从所述手套固定台上取下，转移到100摄氏度的烘箱中处理1小时，得到所述温度压力测试橡胶手套。

附图说明

图1是本发明所述高强度高弹性导电橡胶的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种高强度高弹性导电橡胶，包括高弹性氟橡胶1，氧化石墨烯纳米片2，银纳米线3，1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷，聚乙烯吡咯烷酮，其中高弹性氟橡胶占比为50%，氧化石墨烯纳米片的占比为7%，银纳米线的占比为40%，1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷的占比为2%，聚乙烯吡咯烷酮的占比为1%；其中银纳米线呈放射状缠绕在氧化石墨烯纳米片周围，并相互连接；所述银纳米线的直径为100纳米。

制备上述高强度高弹性导电橡的步骤包括：

第一步，将氧化石墨烯纳米片和乙烯吡咯烷酮均匀分散在甲基异丁基酮中，得到混合物a；然后将高弹性氟橡胶粒溶解到甲基异丁基酮中，加入1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷，混合均匀，得到混合物b；将大小为5到10微米的银片在50摄氏度烘箱中在氧气气氛下烘2分钟，立即分散到混合物b中，混合均匀后，利用微波加热的方式迅速将温度升高到50摄氏度，并维持1分钟，自然降温后加入混合物a，混合均匀，得到打印原料。

第二步，利用普通挤压型3d打印机或者人工挤压涂抹的方式在3d物件表面或内部制备由所述黑色打印原料构成的一定大小形状的线条或者图案，然后转移到80摄氏度的烘箱中反应2小时，再升高反应温度至100摄氏度，继续处理2小时，自然降温得到高强度高弹性导电橡胶。

一个应用实例是一种温度压力测试橡胶手套，包括绝缘橡胶主体，温度传感器，压力传感器，导电橡胶导线；所述导电橡胶导线位于绝缘橡胶内部，并与所述温度传感器，所述压力传感器分别连接，作为所述温度传感器和所述压力传感器的电子传输通道；所述导电橡胶为圆形条状，直径为200微米；所述温度传感器和所述压力传感器网状分布在所述橡胶手套内部。

制备这种温度压力测试橡胶手套，首先按照重量比1:1将高弹性氟橡胶粒溶解到甲基异丁基酮中，得到绝缘橡胶填料；然后，使用上述制作方法制备得到所述黑色打印原料，作为导电橡胶填料；将绝缘橡胶填料和导电橡胶填料分别加入到双通道挤出型3d打印机的供料室，将温度传感器和压力传感器固定在温度维持在90摄氏度的手套固定台上，利用3d打印机按照设定程序将绝缘橡胶涂料或导电橡胶填料挤到设定的位置，形成手套的形状；最后将所述橡胶手套从所述手套固定台上取下，转移到100摄氏度的烘箱中处理1小时，得到所述温度压力测试橡胶手套。

技术特征：

1.一种高强度高弹性导电橡胶，其技术特征在于包括高弹性氟橡胶，氧化石墨烯纳米片，银纳米线，1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷，聚乙烯吡咯烷酮，其中高弹性氟橡胶占比为50%，氧化石墨烯纳米片的占比为7%，银纳米线的占比为40%，1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷的占比为2%，聚乙烯吡咯烷酮的占比为1%；其中银纳米线呈放射状缠绕在氧化石墨烯纳米片周围，并相互连接；所述银纳米线的直径为100纳米；所述导电橡胶在没有拉伸的情况下的导电率为6000西门子每厘米，在拉伸到自身长度5倍时的导电率为2000西门子每厘米。

2.一种高强度高弹性导电橡胶的制备方法，其技术特征在于包括一下制备过程，首先将氧化石墨烯纳米片和乙烯吡咯烷酮均匀分散在甲基异丁基酮中，得到混合物a；然后将高弹性氟橡胶粒溶解到甲基异丁基酮中，加入1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷，混合均匀，得到混合物b；将大小为5到10微米的银片在50摄氏度烘箱中在氧气气氛下烘2分钟，立即分散到混合物b中，混合均匀后，利用微波加热的方式迅速将温度升高到50摄氏度，并维持1分钟，自然降温后加入混合物a，混合均匀，得到具有一定粘度的黑色打印原料；利用普通挤压型3d打印机或者人工挤压涂抹的方式在3d物件表面或内部制备由所述黑色打印原料构成的一定大小形状的线条或者图案，然后转移到80摄氏度的烘箱中反应2小时，再升高反应温度至100摄氏度，继续处理2小时，自然降温得到具有相应大小形状的线条或者图案的高强度高弹性导电橡胶。

3.一种温度压力测试橡胶手套，其技术特征在于包括绝缘橡胶主体，温度传感器，压力传感器，导电橡胶导线；所述导电橡胶导线位于绝缘橡胶内部，并与所述温度传感器，所述压力传感器分别连接，作为所述温度传感器和所述压力传感器的电子传输通道；所述导电橡胶为圆形条状，直径为200微米；所述温度传感器和所述压力传感器网状分布在所述橡胶手套内部。

4.一种温度压力测试橡胶手套的制作方法，其技术特征在于包括以下制作步骤：首先，按照重量比1:1将高弹性氟橡胶粒溶解到甲基异丁基酮中，得到绝缘橡胶填料；然后，将氧化石墨烯纳米片和乙烯吡咯烷酮均匀分散在甲基异丁基酮中，得到混合物a，同时将高弹性氟橡胶粒溶解到甲基异丁基酮中，加入1h,1h,2h,2h-全氟十七烷三甲基氧硅烷，混合均匀，得到混合物b；将大小为5到10微米的银片在50摄氏度烘箱中在氧气气氛下烘2分钟，立即分散到混合物b中，混合均匀后，利用微波加热的方式迅速将温度升高到50摄氏度，并维持1分钟，自然降温后加入混合物a，混合均匀，得到导电橡胶填料；将绝缘橡胶填料和导电橡胶填料分别加入到双通道挤出型3d打印机的供料室，将温度传感器和压力传感器固定在温度维持在90摄氏度的手套固定台上，利用3d打印机按照设定程序将绝缘橡胶涂料或导电橡胶填料挤到设定的位置，形成手套的形状；最后将所述橡胶手套从所述手套固定台上取下，转移到100摄氏度的烘箱中处理1小时，得到所述温度压力测试橡胶手套。

技术总结
本发明公开了一种高强度高弹性导电橡胶，其技术特征在于包括高弹性氟橡胶，氧化石墨烯纳米片，银纳米线，1H,1H,2H,2H‑全氟十七烷三甲基氧硅烷，聚乙烯吡咯烷酮，其中高弹性氟橡胶占比为50%，氧化石墨烯纳米片的占比为7%，银纳米线的占比为40%，1H,1H,2H,2H‑全氟十七烷三甲基氧硅烷的占比为2%，聚乙烯吡咯烷酮的占比为1%；其中银纳米线呈放射状缠绕在氧化石墨烯纳米片周围，并相互连接；所述导电橡胶在没有拉伸的情况下的导电率为6000西门子每厘米，在拉伸到自身长度5倍时的导电率为2000西门子每厘米。本发明还公开了这种导电橡胶的制作方法以及其作为柔性导线在柔性电子设备接线上的应用。

技术研发人员：谭杨帆
受保护的技术使用者：香港米琪佩琪有限公司
技术研发日：2018.10.15
技术公布日：2020.04.21