一種摩擦壓力感應(yīng)電纜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種摩擦壓力感應(yīng)電纜，其包括依次同軸貼合設(shè)置的中心導(dǎo)線、高分子聚合物絕緣層、電極層和絕緣外層；所述中心導(dǎo)線與高分子聚合物絕緣層，和/或高分子聚合物絕緣層與電極層分別通過(guò)摩擦產(chǎn)生信號(hào)；所述中心導(dǎo)線和電極層是該摩擦壓力感應(yīng)電纜的輸出電極。本發(fā)明還提供了一種摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，包括如下步驟：（1）高分子聚合物溶液的制備；（2）澆注空腔骨架的形成；（3）澆注；（4）定型；以及（5）絕緣外層的形成得到摩擦壓力感應(yīng)電纜。本發(fā)明提供的摩擦壓力感應(yīng)電纜在不需要高輸入阻抗電路或電荷放大器的條件下仍可實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)壓力電纜相同的監(jiān)測(cè)效果。
【專利說(shuō)明】一種摩擦壓力感應(yīng)電纜及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力電纜，尤其涉及摩擦壓力感應(yīng)電纜的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，壓力電纜在過(guò)去數(shù)十年里取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道、醫(yī)療等眾多行業(yè)。
[0003]一般普通壓力電纜的輸出為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)，或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)。而通常使用的壓力電纜主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的。盡管壓力電纜應(yīng)用范圍如此廣泛，但它本身存在高阻抗，信號(hào)微弱這一弊端，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器才能克服。
[0004]因此，開(kāi)發(fā)一種新的輸出信號(hào)強(qiáng)度更高的壓力感應(yīng)電纜成為業(yè)內(nèi)人員的亟需解決的技術(shù)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有高輸出信號(hào)強(qiáng)度的摩擦壓力感應(yīng)電纜。
[0006]本發(fā)明解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種摩擦壓力感應(yīng)電纜制備方法。
[0007]具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的。
[0008]一種摩擦壓力感應(yīng)電纜，其包括依次同軸貼合設(shè)置的中心導(dǎo)線、高分子聚合物絕緣層、電極層和絕緣外層；所述中心導(dǎo)線與高分子聚合物絕緣層，和/或高分子聚合物絕緣層與電極層分別通過(guò)摩擦產(chǎn)生信號(hào)；所述中心導(dǎo)線和電極層是該摩擦壓力感應(yīng)電纜的輸出電極。
[0009]其中，所述中心導(dǎo)線與高分子聚合物絕緣層為一體設(shè)置，其中所述高分子聚合物絕緣層與電極層之間沒(méi)有縫隙或縫隙極小。
[0010]其中，所述高分子聚合物絕緣層通過(guò)液態(tài)固化成型在所述中心導(dǎo)線上。
[0011]其中，所述電極層為條狀結(jié)構(gòu)、帶狀結(jié)構(gòu)或線編織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0012]其中，在電極層與絕緣外層之間設(shè)有屏蔽層。
[0013]其中，在高分子聚合物絕緣層和電極層之間還進(jìn)一步設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層。
[0014]其中，所述高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層之間，第二高分子聚合物絕緣層與電極層之間沒(méi)有縫隙或縫隙極小。
[0015]其中，所述第二高分子聚合物絕緣層材料選自聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龍、聚烯烴、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡膠、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亞胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、熱塑性硫化橡膠(TPV)、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(TPU)、三元乙丙橡膠(EPDM)、熱塑性橡膠(TPR)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚偏氟乙烯、聚酯纖維、氟化乙烯丙烯共聚物、聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹(shù)脂薄膜中的一種。
[0016]其中，所述電極層和第二高分子聚合物絕緣層中至少有一個(gè)層結(jié)構(gòu)上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)。
[0017]其中，所述電極層的材料選自銦錫氧化物、銀納米線膜、銅、鐵、鋁、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、鈦、鉻、錫、猛、鑰、鶴或鑰;、招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金、鉭合金中的一種或幾種。
[0018]其中，所述高分子聚合物絕緣層所用材料選自聚二甲基硅氧烷(PDMS)、酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚氨酯中的一種。
[0019]其中，所述中心導(dǎo)線的材料選自銅、鐵、鋁、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、鈦、鉻、錫、錳、鑰、鎢或鑰;、招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、鉍合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金、鉭合金，銦錫氧化物、銀納米線膜中的一種或幾種。
[0020]本發(fā)明還提供一種摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0021](I)高分子聚合物溶液的制備:在高分子聚合物中加入固化劑得到高分子聚合物溶液，其中固化劑與高分子聚合物質(zhì)量的質(zhì)量比例為1%_20% ；
[0022](2)澆注空腔骨架的形成:在中心導(dǎo)線的一端加裝盲孔密封管件，在距離盲孔密封管件L處加裝通孔密封管件，在盲孔密封管件和通孔密封管件外層設(shè)置包覆層，形成以盲孔密封管件和通孔密封管件為上下底面的封閉空腔結(jié)構(gòu)；
[0023](3)澆注:將通孔密封管件從步驟(2)的澆注空腔骨架取下，將步驟(I)制備的高分子聚合物溶液澆注到步驟(2)制備的澆注空腔內(nèi)，后將通孔密封管件加裝到澆注后的空腔上對(duì)其封閉得到澆注結(jié)構(gòu)；
[0024](4)定型:將步驟(3)得到的封閉澆注結(jié)構(gòu)烘烤定型；之后將盲孔密封管件、通孔密封管件以及用于形成空腔的輔助結(jié)構(gòu)取下；以及
[0025](5)絕緣外層的形成:在步驟(4)定型后的電極層外纏繞絕緣外層，得到摩擦壓力感應(yīng)電纜。
[0026]其中，步驟(2)所述的盲孔密封管件為盲孔絲堵；所述的通孔密封管件為通孔絲堵。
[0027]其中，步驟(2)所述的通孔密封管件與盲孔密封管件的橫截面形狀相同。
[0028]其中，步驟(2)所述的設(shè)置包覆層是通過(guò)在盲孔密封管件和通孔密封管件外層包覆條狀或帶狀電極層實(shí)現(xiàn)。
[0029]其中，步驟(2)所述的設(shè)置包覆層是通過(guò)在盲孔密封管件和通孔密封管件外層用輔助結(jié)構(gòu)包覆實(shí)現(xiàn)。
[0030]其中，步驟(4)取下輔助結(jié)構(gòu)后在高分子聚合物絕緣層上纏繞第二高分子聚合物絕緣層。
[0031]其中，步驟(4)取下輔助結(jié)構(gòu)后在高分子聚合物絕緣層上纏繞條狀結(jié)構(gòu)、線狀結(jié)構(gòu)或線編織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極層。
[0032]其中，步驟(4 )取下輔助結(jié)構(gòu)后在第二高分子聚合物絕緣層上纏繞條狀結(jié)構(gòu)、線狀結(jié)構(gòu)或線編織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極層。
[0033]其中，所述中第二高分子聚合物絕緣層材料選自聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龍、聚烯烴、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡膠、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亞胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、熱塑性硫化橡膠(TPV)、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(TPU)、三元乙丙橡膠(EPDM)或熱塑性橡膠(TPR)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚偏氟乙烯、聚酯纖維、氟化乙烯丙烯共聚物、聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹(shù)脂薄膜中的一種。
[0034]其中，步驟(4)定型后的電極層外先設(shè)置屏蔽層，之后再纏繞絕緣外層。
[0035]其中，步驟(4)所述形成空腔的輔助結(jié)構(gòu)選自柔性空心管、亞克力空心管、水溶性空心管中的一種。
[0036]其中，所述高分子聚合物絕緣層所用材料選自聚二甲基硅氧烷(PDMS)、酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚氨酯中的一種。
[0037]其中，步驟(3)所述澆注的澆注方式為自然注入和/或壓力注入。
[0038]其中，步驟(I)所述的加入固化劑與高分子聚合物質(zhì)量的質(zhì)量比例為10%。
[0039]本發(fā)明的有益效果如下:
[0040]本發(fā)明提供的摩擦壓力感應(yīng)電纜，利用外界環(huán)境對(duì)摩擦壓力感應(yīng)電纜的作用使其產(chǎn)生形變并產(chǎn)生信號(hào)，通過(guò)測(cè)量該信號(hào)即可達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明的摩擦壓力感應(yīng)電纜在相同條件下，所產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度要大于傳統(tǒng)的壓力電纜所產(chǎn)生的電壓信號(hào)，在不需要高輸入阻抗電路或電荷放大器的條件下仍可實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)壓力電纜相同的監(jiān)測(cè)效果，從而提供了一種新的制作壓力感應(yīng)電纜的方法。
[0041]本發(fā)明中的摩擦壓力感應(yīng)電纜包括依次同軸貼合設(shè)置的中心導(dǎo)線、高分子聚合物絕緣層、電極層和絕緣外層，具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)、效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1為本發(fā)明摩擦壓力感應(yīng)電纜的一種【具體實(shí)施方式】；
[0043]圖2為本發(fā)明摩擦壓力感應(yīng)電纜的另一種【具體實(shí)施方式】；
[0044]圖3為本發(fā)明摩擦壓力感應(yīng)電纜的另一種【具體實(shí)施方式】；
[0045]圖4為本發(fā)明摩擦壓力感應(yīng)電纜的另一種【具體實(shí)施方式】；
[0046]圖5為本發(fā)明摩擦壓力感應(yīng)電纜制備過(guò)程的一種【具體實(shí)施方式】的示意圖；
[0047]圖6為本發(fā)明摩擦壓力感應(yīng)電纜制備過(guò)程自然注入的示意圖；
[0048]圖7為本發(fā)明摩擦壓力感應(yīng)電纜的一種【具體實(shí)施方式】；
[0049]圖8為本發(fā)明摩擦壓力感應(yīng)電纜的一種【具體實(shí)施方式】；
[0050]其中，1-中心導(dǎo)線，2-高分子聚合物絕緣層，3-電極層，4-絕緣外層，5-屏蔽層，6-盲孔絲堵，7-通孔絲堵，8-柔性空心管，9-第二高分子聚合物絕緣層。

【具體實(shí)施方式】
[0051]為了充分說(shuō)明本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所實(shí)施使用的技術(shù)方案。下面對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的技術(shù)方案和保護(hù)范圍并不僅僅限于此。
[0052]本發(fā)明提供一種摩擦壓力感應(yīng)電纜，其包括依次同軸貼合設(shè)置的中心導(dǎo)線、高分子聚合物絕緣層、電極層和絕緣外層；所述中心導(dǎo)線與高分子聚合物絕緣層，高分子聚合物絕緣層與電極層分別通過(guò)摩擦產(chǎn)生信號(hào)；所述中心導(dǎo)線和電極層是該摩擦壓力感應(yīng)電纜的輸出電極。絕緣外層可以采用各種軟質(zhì)絕緣材料，例如Kapton膠帶。其中所述中心導(dǎo)線與高分子聚合物絕緣層為一體設(shè)置，高分子聚合物絕緣層與電極層之間沒(méi)有縫隙或縫隙極小。其中所述高分子聚合物絕緣層通過(guò)液態(tài)固化成型在所述中心導(dǎo)線上。這種摩擦壓力感應(yīng)電纜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要簡(jiǎn)單的四層或五層的層結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)，不需要信號(hào)放大裝置。上述通過(guò)一體設(shè)置，最終形成的中心導(dǎo)線、高分子聚合物層和電極層之間沒(méi)有縫隙或縫隙極小，所述縫隙極小是考慮到接觸面在微觀狀態(tài)下不可能完全沒(méi)有縫隙的情況。
[0053]在一種【具體實(shí)施方式】中，所述電極層為條狀結(jié)構(gòu)、帶狀結(jié)構(gòu)或線編織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所述電極層所用材料選自銦錫氧化物、銀納米線膜、銅、鐵、鋁、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、鈦、鉻、錫、猛、鑰、鶴或鑰;、招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金中的一種或幾種。其中所選材料是任意的導(dǎo)電金屬或金屬合金，優(yōu)選為銅。上述帶、條結(jié)構(gòu)或線編制的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)作為電極層用于摩擦壓力感應(yīng)電纜的輸出電極。
[0054]所述中心導(dǎo)線的材料選自銅、鐵、鋁、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、鈦、鉻、錫、錳、鑰、鎢或釩、
招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金、鉭合金，金屬氧化物、銀納米線中的一種或幾種。其中所選材料是任意的導(dǎo)電金屬或金屬合金，優(yōu)選為銅和鐵。
[0055]在一種【具體實(shí)施方式】中，所述摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中所述高分子聚合物絕緣層所用材料選自聚二甲基硅氧烷(PDMS)、酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)月旨、環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚氨酯中的一種，優(yōu)選聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
[0056]在一種【具體實(shí)施方式】中，所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，在電極層與絕緣外層之間設(shè)有屏蔽層。所述屏蔽層的材料與電極層材料相同，在不設(shè)置屏蔽層時(shí)，所述的電極層也能起到屏蔽作用。為了屏蔽效果更加，可以再設(shè)置一層屏蔽層用于屏蔽電信號(hào)。
[0057]在一種【具體實(shí)施方式】中，其中所述電極層和第二高分子聚合物絕緣層中至少有一個(gè)層結(jié)構(gòu)上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)。當(dāng)摩擦壓力感應(yīng)電纜設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層時(shí)，第二高分子聚合物絕緣層和/或電極層的表面設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)，當(dāng)摩擦壓力感應(yīng)電纜沒(méi)有設(shè)置第二高分子聚合物絕緣層時(shí)，電極層上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)。
[0058]在一種【具體實(shí)施方式】中，其中在高分子聚合物絕緣層和電極層之間還含有第二高分子聚合物絕緣層。
[0059]一種摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0060](I)高分子聚合物溶液的制備:在高分子聚合物中加入固化劑得到高分子聚合物溶液，其中固化劑與高分子聚合物的質(zhì)量比例為1%_20% ;其中所述的固化劑與高分子聚合物的質(zhì)量比例優(yōu)選10%。該步驟中加入固化劑使高分子聚合物固化成型。所述固化劑的種類是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)不同的高分子聚合物通過(guò)公知常識(shí)進(jìn)行常規(guī)選擇就可以得到。
[0061](2)澆注空腔骨架的形成:在中心導(dǎo)線的一端加裝盲孔密封管件，在距離盲孔密封管件L處加裝通孔密封管件，在盲孔密封管件和通孔密封管件外層設(shè)置包覆層，形成以盲孔密封管件和通孔密封管件為上下底面的封閉空腔結(jié)構(gòu)；其中所述的盲孔密封管件為盲孔絲堵；所述的通孔密封管件為通孔絲堵。其中所述的通孔密封管件與盲孔密封管件的橫截面形狀相同，其中所述橫截面為垂直于所述管件中心線的截面。其中所述的包覆層是通過(guò)在盲孔密封管件和通孔密封管件外層包覆條狀或帶狀電極層實(shí)現(xiàn)。其中所述的包覆層是通過(guò)在盲孔密封管件和通孔密封管件外層用輔助結(jié)構(gòu)包覆實(shí)現(xiàn)。
[0062]其中L的具體數(shù)值取決于所制備的摩擦壓力感應(yīng)電纜的長(zhǎng)度，可以是大于O的任意值。在形成封閉空腔結(jié)構(gòu)過(guò)程中，可以采用任何可以形成用于澆注的空腔的方法，不限于通過(guò)電極層包覆圍成，通過(guò)輔助結(jié)構(gòu)圍成。
[0063](3)澆注:將通孔密封管件從步驟(2)的澆注空腔骨架取下，將步驟(I)制備的高分子聚合物溶液澆注到步驟(2)制備的澆注空腔內(nèi)，后將通孔密封管件加裝澆注后的空腔上對(duì)其封閉；優(yōu)選所述澆注的澆注方式為自然注入和/或壓力注入。通過(guò)上述注入方式后得到摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中心導(dǎo)線、高分子聚合物絕緣層、電極層貼合設(shè)置，形成緊湊、貼合的層結(jié)構(gòu)，各層之間基本不能形成空腔，這樣的層結(jié)構(gòu)更有利于各層之間的摩擦而產(chǎn)生電信號(hào)。所制備的摩擦壓力感應(yīng)電纜具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。
[0064](4)定型:將步驟(3)得到的封閉烘烤定型；之后將盲孔密封管件、通孔密封管件以及用于形成空腔的輔助結(jié)構(gòu)取下；所述形成空腔的輔助結(jié)構(gòu)是柔性空心管、亞克力空心管、水溶性空心管。所述的輔助結(jié)構(gòu)可以是任何用于形成空腔的而非本發(fā)明摩擦壓力感應(yīng)電纜需要的結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行烘烤定型過(guò)程中，烘烤定型的溫度和時(shí)間是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)所烘烤的高分子聚合物的材料種類根據(jù)本領(lǐng)域的公知常識(shí)可以確定的，其中使用PDMS作為高分子聚合物絕緣層時(shí)，烘烤溫度為70-90°C，時(shí)間為3-5h。
[0065]在一種【具體實(shí)施方式】中，步驟(4)取下輔助結(jié)構(gòu)后在高分子聚合物絕緣層上纏繞第二高分子聚合物絕緣層；或者步驟(4)取下輔助結(jié)構(gòu)后在高分子聚合物絕緣層上纏繞條狀結(jié)構(gòu)、線狀結(jié)構(gòu)或線編織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極層；或者在步驟(4)取下輔助結(jié)構(gòu)后在第二高分子聚合物絕緣層上纏繞條狀結(jié)構(gòu)、線狀結(jié)構(gòu)或線編織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極層。這樣將形成完整的多層結(jié)構(gòu)。
[0066](5)絕緣外層的形成:在步驟(4)定型后的電極層外纏繞絕緣外層，得到摩擦壓力感應(yīng)電纜。
[0067]其中其中步驟(4)定型后的電極層外先設(shè)置屏蔽層，之后再纏繞絕緣外層。
[0068]在一種【具體實(shí)施方式】中，摩擦壓力感應(yīng)電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示，其為摩擦壓力感應(yīng)電纜的一種結(jié)構(gòu)。其中中心導(dǎo)線選任意直徑的銅制、鐵質(zhì)等材質(zhì)的導(dǎo)線，該導(dǎo)線起導(dǎo)電作用并作為摩擦壓力感應(yīng)電纜的一極；盲孔絲堵與通孔絲堵采用不導(dǎo)電材質(zhì)制作而成，起支撐作用；銅膠帶作為摩擦壓力感應(yīng)電纜的另一極導(dǎo)電材料，同時(shí)與絲堵構(gòu)成注入PDMS的圓柱空間；PDMS與中心導(dǎo)線和/或與電極層摩擦產(chǎn)生信號(hào)。
[0069]如圖2所示，其為摩擦壓力感應(yīng)電纜的另外一種結(jié)構(gòu)。其中中心導(dǎo)線選任意直徑的銅制、鐵質(zhì)等材質(zhì)的導(dǎo)線，該導(dǎo)線起導(dǎo)電作用并作為摩擦壓力感應(yīng)電纜的一極；盲孔絲堵與通孔絲堵采用不導(dǎo)電材質(zhì)制作而成，起支撐作用；柔性空心管與絲堵共同構(gòu)成注入PDMS的圓柱空間；銅膠帶作為摩擦壓力感應(yīng)電纜的另一極導(dǎo)電材料；PDMS與中心導(dǎo)線和/或與電極層摩擦產(chǎn)生信號(hào)。
[0070]在一種【具體實(shí)施方式】中，摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法如下:
[0071]制作PDMS。取一定質(zhì)量的PDMS，按照10:1的比例加入固化劑，攪拌均勻后，放入真空干燥器內(nèi)，將溶于PDMS中的空氣抽干凈。選一定直徑的中心導(dǎo)線，在中心導(dǎo)線的一端加裝盲孔絲堵，在相距L (L可根據(jù)具體要求取具體數(shù)值)處加裝通孔絲堵，通孔絲堵與盲孔絲堵的大小、形狀均一致，分別以兩端的絲堵為上下底面為端面，在絲堵的I面上(如圖5)纏繞涂有導(dǎo)電膠的銅膠帶，膠帶層數(shù)大于一圈，然后取下通孔絲堵，從該端注入已抽氣后的PDMS，注入的方式可采用自然注入或壓力注入(如采用注射器注入)等，注滿后，加裝好通孔絲堵，使中心導(dǎo)線與銅膠帶之間不得接觸，放入烘箱，烘烤溫度為70-90°C，時(shí)間為3-5h。烘烤完成后，取下盲孔絲堵和通孔絲堵，最后在外層纏繞Kapton膠帶絕緣密封。
[0072]下面通過(guò)具體的實(shí)施例來(lái)闡述本發(fā)明的方法的實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。
[0073]實(shí)施例
[0074]下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的測(cè)定方法以及材料來(lái)源進(jìn)行說(shuō)明。
[0075]電壓的測(cè)定方法:將制備的摩擦壓力感應(yīng)電纜的兩個(gè)電極輸出引線連接在示波器測(cè)試設(shè)備的兩個(gè)輸入端，屏蔽層電極接地。
[0076]下述實(shí)施例中使用的高分子聚合物材料等均為市售購(gòu)買得到的。
[0077]實(shí)施例1
[0078]如圖1所示摩擦壓力感應(yīng)電纜，其結(jié)構(gòu)如下:其由內(nèi)而外依次同軸設(shè)置中心導(dǎo)線(O,高分子聚合物絕緣層(2 )，電極層(3 )，絕緣外層(4 )。
[0079]下面結(jié)合圖2說(shuō)明摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中在摩擦壓力感應(yīng)電纜的一端為盲孔絲堵(6)，另一端為通孔絲堵(7)。
[0080]其制備方法包括如下步驟:
[0081]取500g的PDMS，按照10:1的比例加入固化劑道康寧184，攪拌均勻后，放入真空干燥器內(nèi)，將溶于PDMS中的空氣抽干凈。
[0082]選直徑為5mm的銅質(zhì)中心導(dǎo)線，在中心導(dǎo)線的一端加裝盲孔絲堵，在相距20cm處加裝通孔絲堵，通孔絲堵(6)與盲孔絲堵(7)的橫截面形狀均一致，分別以兩端的絲堵為上下底面為端面，在絲堵的I面上(如圖5)纏繞涂有導(dǎo)電膠的銅膠帶，膠帶層數(shù)為2圈，然后取下通孔絲堵，從該端注入制備好的已抽氣的PDMS，注入的方式可采用自然注入(如圖6)，注滿后，加裝好通孔絲堵，使中心導(dǎo)線與銅膠帶之間不得接觸，放入烘箱，在烘烤溫度為80°C，烘烤4h。烘烤完成后，取下通孔絲堵和盲孔絲堵，在外層纏繞Kapton膠帶絕緣密封，得到摩擦壓力感應(yīng)電纜1#。測(cè)定其輸出電壓為2.5V。
[0083]實(shí)施例2
[0084]如圖3所示制備的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其由內(nèi)而外依次同軸設(shè)置中心導(dǎo)線(1)，高分子聚合物絕緣層(2)，電極層(3)，絕緣外層(4)，其中的電極層(3)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0085]下面結(jié)合圖4說(shuō)明摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其是沒(méi)有取下盲孔絲堵、通孔絲堵以及制備空腔所用輔助結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，其中在摩擦壓力感應(yīng)電纜的一端為盲孔絲堵
(6)，另一端為通孔絲堵(7)，柔性空心管(8)在高分子聚合物絕緣層(2)外。其包括如下步驟:
[0086]取500g的PDMS，按照100:1的比例加入固化劑道康寧184，攪拌均勻后，放入真空干燥器內(nèi)，將溶于PDMS中的空氣抽干凈。
[0087]選直徑為5mm的銅質(zhì)中心導(dǎo)線，在中心導(dǎo)線的一端加裝盲孔絲堵，在相距20cm處加裝通孔絲堵，通孔絲堵與盲孔絲堵的橫截面形狀均一致，分別以兩端的絲堵為上下底面為端面，在絲堵的I面上將柔性空心管套入，然后取下通孔絲堵，從該端注入制備好的已抽氣的PDMS，注入的方式采用壓力注入，注滿后，加裝好通孔絲堵，使中心導(dǎo)線與柔性空心管之間不得接觸，放入烘箱，在烘烤溫度為80°C，烘烤3h。烘烤完成后，取下柔性空心管、通孔絲堵和盲孔絲堵，將金屬銅線纏繞在高分子聚合物絕緣層外形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從而形成電極層，最后在外層纏繞Kapton膠帶絕緣密封，得到摩擦壓力感應(yīng)電纜樣品2#。測(cè)定其輸出電壓為2.8V。
[0088]實(shí)施例3
[0089]如圖7所示制備的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其由內(nèi)而外依次同軸設(shè)置中心導(dǎo)線(1)，高分子聚合物絕緣層(2)，電極層(3)，屏蔽層(5)，絕緣外層(4)。
[0090]其制備方法包括如下步驟:
[0091]取500g的PDMS，按照100:20的比例加入固化劑道康寧184，攪拌均勻后，放入真空干燥器內(nèi)，將溶于PDMS中的空氣抽干凈。
[0092]選直徑為5mm的銅質(zhì)中心導(dǎo)線，在中心導(dǎo)線的一端加裝盲孔絲堵，在相距20cm處加裝通孔絲堵，通孔絲堵與盲孔絲堵的橫截面形狀均一致，分別以兩端的絲堵為上下底面為端面，在絲堵的I面上纏繞涂有導(dǎo)電膠的銅膠帶形成電極層，然后取下通孔絲堵，從該端注入制備好的已抽氣的PDMS，注入的方式采用壓力注入，注滿后，加裝好通孔絲堵，使中心導(dǎo)線與銅膠帶之間不得接觸，放入烘箱，在烘烤溫度為80°C，烘烤4h。烘烤完成后，取下通孔絲堵和盲孔絲堵，采用0.1mm鍍錫銅線10根編織作為屏蔽層纏繞在電極層外層。最后在外層纏繞Kapton膠帶絕緣密封，得到摩擦壓力感應(yīng)電纜樣品3#。測(cè)定其輸出電壓為3V。
[0093]實(shí)施例4
[0094]如圖8所示制備的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其由內(nèi)而外依次同軸設(shè)置中心導(dǎo)線(1)，高分子聚合物絕緣層(2)，第二高分子聚合物絕緣層(9)、電極層(3)，屏蔽層(5)，絕緣外層
(4)。
[0095]其制備方法包括如下步驟:
[0096]取500g的PDMS，按照10:1的比例加入固化劑道康寧184，攪拌均勻后，放入真空干燥器內(nèi)，將溶于PDMS中的空氣抽干凈。
[0097]選直徑為5mm的銅質(zhì)中心導(dǎo)線，在中心導(dǎo)線的一端加裝盲孔絲堵，在相距20cm處加裝通孔絲堵，通孔絲堵與盲孔絲堵的橫截面形狀均一致，分別以兩端的絲堵為上下底面為端面，在絲堵的I面上纏繞涂有導(dǎo)電膠的銅膠帶作為電極層，然后取下通孔絲堵，從該端注入制備好的已抽氣的PDMS，注入的方式采用壓力注入，注滿后，加裝好通孔絲堵，使中心導(dǎo)線與銅膠帶之間不得接觸，放入烘箱，在烘烤溫度為80°C，烘烤4h。烘烤完成后取下盲孔絲堵和通孔絲堵，將第二高分子聚合物絕緣層的PTFE線纏繞在銅膠帶外層，采用0.1mm鍍錫銅線10根編織作為屏蔽層纏繞在電極層外層。最后在外層纏繞Kapton膠帶絕緣密封，得到摩擦壓力感應(yīng)電纜樣品4#。測(cè)定其輸出電壓為2.4V。
[0098]實(shí)施例5
[0099]如圖8所示制備的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其由內(nèi)而外依次同軸設(shè)置中心導(dǎo)線(1)，高分子聚合物絕緣層(2)，第二高分子聚合物絕緣層(9)、電極層(3)，屏蔽層(5)，絕緣外層
(4)。
[0100]其制備方法還可以包括如下步驟:
[0101]取500g的酚醛樹(shù)脂，按照10:1的比例加入固化劑石油磺酸，攪拌均勻后，放入真空干燥器內(nèi)，將溶于酚醛樹(shù)脂中的空氣抽干凈。
[0102]選直徑為5mm的銅質(zhì)中心導(dǎo)線，在中心導(dǎo)線的一端加裝盲孔絲堵，在相距20cm處加裝通孔絲堵，通孔絲堵與盲孔絲堵的橫截面形狀均一致，分別以兩端的絲堵為上下底面為端面，在絲堵的I面上纏繞涂有導(dǎo)電膠的銅膠帶(電極層)，然后取下通孔絲堵，從該端注入制備好的已抽氣的酚醛樹(shù)脂，注入的方式采用壓力注入，注滿后，加裝好通孔絲堵，使中心導(dǎo)線與銅膠帶之間不得接觸，放入烘箱，在烘烤溫度為70°C，烘烤4h。烘烤完成后，取下通孔絲堵和盲孔絲堵，將第二高分子聚合物絕緣層的PTFE線纏繞在銅膠帶外層，采用0.1mm鍍錫銅線10根編織作為屏蔽層纏繞在電極層外層。最后在外層纏繞Kapton膠帶絕緣密封，得到摩擦壓力感應(yīng)電纜樣品5#。測(cè)定其輸出電壓為2.2V。
[0103]實(shí)施例6
[0104]制備高分子聚合物絕緣層的材料為酚醛樹(shù)脂，結(jié)構(gòu)如圖1所示摩擦壓力感應(yīng)電纜，其制備方法包括如下步驟:
[0105]取500g的酚醛樹(shù)脂，按照10:1的比例加入固化劑石油磺酸，攪拌均勻后，放入真空干燥器內(nèi)，將溶于酚醛樹(shù)脂中的空氣抽干凈。
[0106]選直徑為5mm的銅質(zhì)中心導(dǎo)線，在中心導(dǎo)線的一端加裝盲孔絲堵，在相距20cm處加裝通孔絲堵，通孔絲堵(6)與盲孔絲堵(7)的橫截面形狀均一致，分別以兩端的絲堵為上下底面為端面，在絲堵的I面上(如圖5)纏繞涂有導(dǎo)電膠的銅膠帶，膠帶層數(shù)為2圈，然后取下通孔絲堵，從該端注入制備好的已抽氣的酚醛樹(shù)脂，注入的方式可采用自然注入(如圖6)，注滿后，加裝好通孔絲堵，使中心導(dǎo)線與銅膠帶之間不得接觸，放入烘箱，在烘烤溫度為80°C，烘烤4h。烘烤完成后，取下通孔絲堵和盲孔絲堵，在外層纏繞Kapton膠帶絕緣密封，得到摩擦壓力感應(yīng)電纜1#。測(cè)定其輸出電壓為2V。
[0107]通過(guò)上述實(shí)施例1-6的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明實(shí)施例制備的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其輸出電壓高于傳統(tǒng)的壓力電纜，輸出電壓可以達(dá)到2-3V，性能顯著提高。
[0108]最后，需要注意的是:以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例子，當(dāng)然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改動(dòng)和變型，倘若這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種摩擦壓力感應(yīng)電纜，其特征在于，其包括依次同軸貼合設(shè)置的中心導(dǎo)線、高分子聚合物絕緣層、電極層和絕緣外層；所述中心導(dǎo)線與高分子聚合物絕緣層，和/或高分子聚合物絕緣層與電極層分別通過(guò)摩擦產(chǎn)生信號(hào)；所述中心導(dǎo)線和電極層是該摩擦壓力感應(yīng)電纜的輸出電極。
2.如權(quán)利要求1所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中所述中心導(dǎo)線與高分子聚合物絕緣層為一體設(shè)置，高分子聚合物絕緣層與電極層之間沒(méi)有縫隙或縫隙極小。
3.如權(quán)利要求1或2所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中所述高分子聚合物絕緣層通過(guò)液態(tài)固化成型在所述中心導(dǎo)線上。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中所述電極層為條狀結(jié)構(gòu)、帶狀結(jié)構(gòu)或線編織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中在電極層與絕緣外層之間設(shè)有屏蔽層。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中在高分子聚合物絕緣層和電極層之間還進(jìn)一步設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中所述高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層之間，第二高分子聚合物絕緣層與電極層之間沒(méi)有縫隙或縫隙極小。
8.如權(quán)利要求6-7任一項(xiàng)所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中所述第二高分子聚合物絕緣層材料選自聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龍、聚烯烴、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡膠、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亞胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、熱塑性硫化橡膠、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠、三元乙丙橡膠或熱塑性橡膠、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚酯纖維、氟化乙烯丙烯共聚物、聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹(shù)脂薄膜中的一種。
9.如權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中所述電極層和第二高分子聚合物絕緣層中至少有一個(gè)層結(jié)構(gòu)上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中所述電極層的材料選自銦錫氧化物、銀納米線膜、銅、鐵、招、銀、鉬、鈕、招、鎳、鈦、鉻、錫、猛、鑰、鶴或銀、招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金、鉭合金中的一種或幾種。
11.如權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中所述高分子聚合物絕緣層所用材料選自聚二甲基硅氧烷、酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚氨酯中的一種。
12.如權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜，其中所述中心導(dǎo)線的材料選自銅、鐵、招、銀、鉬、鈕、招、鎳、鈦、鉻、錫、猛、鑰、鶴或銀、招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、鈮合金、鉭合金，銦錫氧化物、銀納米線膜中的一種或幾種。
13.—種摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (I)高分子聚合物溶液的制備:在高分子聚合物中加入固化劑得到高分子聚合物溶液，其中固化劑與高分子聚合物質(zhì)量的質(zhì)量比例為1%_20% ； (2)澆注空腔骨架的形成:在中心導(dǎo)線的一端加裝盲孔密封管件，在距離盲孔密封管件L處加裝通孔密封管件，在盲孔密封管件和通孔密封管件外層設(shè)置包覆層，形成以盲孔密封管件和通孔密封管件為上下底面的封閉空腔結(jié)構(gòu)； (3)澆注:將通孔密封管件從步驟(2)的澆注空腔骨架取下，將步驟(I)制備的高分子聚合物溶液澆注到步驟(2)制備的澆注空腔內(nèi)，后將通孔密封管件加裝到澆注后的空腔上對(duì)其封閉得到澆注結(jié)構(gòu)； (4)定型:將步驟(3)得到的封閉澆注結(jié)構(gòu)烘烤定型；之后將盲孔密封管件、通孔密封管件以及用于形成空腔的輔助結(jié)構(gòu)取下；以及 (5)絕緣外層的形成:在步驟(4)定型后的電極層外纏繞絕緣外層，得到摩擦壓力感應(yīng)電纜。
14.如權(quán)利要求13所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中步驟(2)所述的盲孔密封管件為盲孔絲堵；所述的通孔密封管件為通孔絲堵。
15.如權(quán)利要求13或14所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中步驟(2)所述的通孔密封管件與盲孔密封管件的橫截面形狀相同。
16.如權(quán)利要求13-15任一項(xiàng)所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中步驟(2)所述的設(shè)置包覆層是通過(guò)在盲孔密封管件和通孔密封管件外層包覆條狀或帶狀電極層實(shí)現(xiàn)。
17.如權(quán)利要求13-16任一項(xiàng)所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中步驟(2)所述的設(shè)置包覆層是通過(guò)在盲孔密封管件和通孔密封管件外層用輔助結(jié)構(gòu)包覆實(shí)現(xiàn)。
18.如權(quán)利要求13-17任一項(xiàng)所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中步驟(4)取下輔助結(jié)構(gòu)后在高分子聚合物絕緣層上纏繞第二高分子聚合物絕緣外層。
19.如權(quán)利要求17所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中步驟(4)取下輔助結(jié)構(gòu)后在高分子聚合物絕緣層上纏繞條狀結(jié)構(gòu)、線狀結(jié)構(gòu)或線編織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極層。
20.如權(quán)利要求18所述的摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中步驟(4)取下輔助結(jié)構(gòu)后在第二高分子聚合物絕緣層上纏繞條狀結(jié)構(gòu)、線狀結(jié)構(gòu)或線編織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電極層。
21.如權(quán)利要求18-20任一項(xiàng)所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其所述中第二高分子聚合物絕緣層材料選自聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、氟塑料、聚氯乙烯、聚全氟乙丙烯、尼龍、聚烯烴、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、硅橡膠、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚苯乙烯、氯化聚醚、聚酰亞胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、熱塑性硫化橡膠、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠、三元乙丙橡膠、熱塑性橡膠、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚酯纖維、氟化乙烯丙烯共聚物、聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹(shù)脂薄膜中的一種。
22.如權(quán)利要求13-21任一項(xiàng)所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中其中步驟(4)定型后的電極層外先設(shè)置屏蔽層，之后再纏繞絕緣外層。
23.如權(quán)利要求13-22任一項(xiàng)所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中步驟(4)所述形成空腔的輔助結(jié)構(gòu)選自柔性空心管、亞克力空心管、水溶性空心管中的一種。
24.如權(quán)利要求13-23任一項(xiàng)所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中所述高分子聚合物絕緣層所用材料選自聚二甲基硅氧烷、酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚氨酯中的一種。
25.如權(quán)利要求13-24任一項(xiàng)所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中步驟(3)所述澆注的澆注方式為自然注入和/或壓力注入。
26.如權(quán)利要求13-25任一項(xiàng)所述摩擦壓力感應(yīng)電纜的制備方法，其中步驟(I)所述的加入固化劑與高分子聚合物的質(zhì)量比例為10%。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK104515632SQ201310444935
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】徐傳毅, 趙豪, 郝立星, 王竹, 郎佳星 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司