【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感复合材料领域，具体涉及一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法。
技术介绍
1、丁腈橡胶(nbr)是一种由丙烯腈与丁二烯单体聚合而成的共聚物，以其优异的耐油性、耐磨性、耐热性和气密性而闻名。这些特性使得丁腈橡胶在多个领域，如航空航天、汽车制造、轨道交通和油田开采等，发挥着重要作用。然而，尽管丁腈橡胶在耐油性和耐热性方面表现出色，但在力学性能和电导性方面仍有提升的空间。
2、高志一，发表的《柔性传感器件及其集成在仿人体感觉系统领域的研究与应用》论文开发能够模拟人体感觉系统功能的仿生传感器及其集成系统，并从器件结构设计、材料选用以及系统化的集成等方面进行了一系列的研究工作。设计了基于压力传感器和温度传感器集成的可自愈电子皮肤，其能够检测和识别不同刺激，同时又具有自我恢复能力。采用具有良好弹性、柔韧性和自愈合能力的聚氨酯、聚氨酯@多壁碳纳米管和纤维素纳米晶体@羧化丁腈橡胶@聚乙烯亚胺分别作为压力敏感材料、温度敏感材料和基底，并通过热压法制作了一种集成温度和压力感知功能的电子皮肤。该电子皮肤内部每种类型的传感器仅对目标刺激表现出快速且精确的反应。同时，由于聚氨酯和纤维素纳米晶体@丁腈橡胶@聚乙烯亚胺自愈合能力，还使得其在损伤后实现自我修复，并且修复后的电子皮肤依旧保持良好的温度敏感性和压力敏感性。另外，基于这一电子皮肤器件制作了5×5的器件阵列，可以同时对压力和温度分布进行成像，且保持自修复能力。该电子皮肤器件为人工皮肤、人机界面和生物监测设备等领域启迪新思路。但是该论文并没有实现高强度，性能稳定的传感电信号。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，而提供了一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法。
2、本专利技术的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，是按照以下步骤进行：
3、步骤1、将采用tempo氧化法制备的纳米纤维素进行超声处理；然后，将超声后的纳米纤维素进行搅拌；重复超声处理、搅拌操作后，得到处理后的纳米纤维素分散液，其中，纳米纤维素占丁腈橡胶基传感复合材料质量的0.2～0.6％，待用；
4、步骤2、在步骤1制得的纳米纤维素分散液中滴入丙三醇后，超声处理，经搅拌后，得纳米纤维素混液，待用；
5、步骤3、将多壁碳纳米管加入到步骤2处理的纳米纤维素混液中，搅拌至多壁碳纳米管完全浸入到纳米纤维素中，然后进行超声处理，得到多壁碳纳米管与纳米纤维素混合物，其中，多壁碳纳米管占丁腈橡胶基传感复合材料质量的0.4～0.8％；
6、步骤4、向步骤3得到的多壁碳纳米管与纳米纤维素混合物中，加入丁腈橡胶乳液进行搅拌，得到混合溶液；
7、步骤5、将步骤4的混合溶液放在真空除泡机中进行真空除泡处理后，待用；
8、步骤6、将真空除泡后的混合溶液放入真空干燥箱中进行真空干燥，即完成所述的丁腈橡胶基传感复合材料的制备。
9、进一步地，步骤1中所述的采用tempo氧化法制备纳米纤维素，是将质量浓度为1％的tempo氧化处理纳米纤维素。
10、进一步地，步骤1中所述的超声处理是在超声功率为200～400w、冰水浴条件下处理5～20min。
11、进一步地，步骤2中纳米纤维素分散液与丙三醇的体积比10～30:1；其中，丙三醇的体积浓度为99％。
12、进一步地，步骤2中所述的超声处理是在超声功率为200～400w、冰水浴条件下处理1～10min；搅拌为磁力搅拌，磁力搅拌时间10～30min。
13、进一步地，所述的多壁碳纳米管的质量浓度为96～98％。
14、进一步地，步骤1、步骤2、步骤3和步骤4中的搅拌均是通过磁力搅拌进行，磁力搅拌转速均为200～400rpm/min。
15、进一步地，步骤4中丁腈橡胶乳液的质量浓度为40～60％。
16、进一步地，步骤5中的真空除泡处理条件为：在800～1000rpm/min转速下真空除泡20min，然后转入1000～1200rpm/min继续进行真空除泡。
17、进一步地，步骤6中的干燥温度为70℃。
18、纳米纤维素(cnf)作为一种轻质高强的材料，其在提供优异的机械增强效果和分散效果方面具有独特优势。首先纳米纤维素具有较大的比表面积和高的杨氏模量，这使得它在复合材料中可以提供显著的机械增强。由于其纳米尺度的尺寸和高纵横比，纳米纤维素可以与基体材料形成有效的界面相互作用，从而增强复合材料的力学性能。其次，纳米纤维素的表面富含羟基，这些羟基可以通过氢键与基体材料相互作用，增强复合材料的内聚力和整体强度。再者，纳米纤维素的层级结构使其在复合材料中形成有效的力学支撑，类似于自然界中树木的结构，这种结构有助于分散应力，提高材料的韧性和强度。此外，纳米纤维素还有较好的分散作用，纳米纤维素的表面性质和界面相容性是其应用性能的关键。通过静电排斥和空间位阻，纳米纤维素可以在多种溶剂和聚合物基质中实现良好的分散性。能对多壁碳纳米管起到很好分散效果，有效解决多壁碳纳米管聚集导致分散不均的弊端。
19、多壁碳纳米管(mwcnts)具有极高的电导率，这主要得益于其结构中碳原子的sp2杂化以及形成的六角形网络。这种结构使得电子能够在管内自由流动，从而展现出优异的电导性。在少量多壁碳纳米管掺杂时，可以通过球磨搅拌使得多壁碳纳米管分散较均匀，在微结构间形成三维导电通道，有利于载流子的输运，使样品的电导率逐渐增加。但球磨只能解决少量掺杂的问题，掺杂量过度时，仍然会出现分散不均的问题。纳米纤维素可以有效的分散多壁碳纳米管，通过添加纳米纤维素可以有效的解决多壁碳纳米管分散不均的问题。
20、通过纳米纤维素对多壁碳纳米管分散作用，可以将丁腈橡胶、纳米纤维素和多壁碳纳米管结合，制备出一种集优异力学性能、电导性和热稳定性于一体的高性能复合材料。这种材料在柔性传感领域具有广泛的应用潜力。这种复合材料可以用于开发高性能的柔性传感器，它们能够适应各种弯曲和变形，同时保持稳定的电性能。这些传感器可用于可穿戴设备、健康监测系统以及人机交互技术，提供实时的健康数据和环境反馈。
21、本专利技术包含以下有益效果：
22、本专利技术的方法通过纳米纤维素对多壁碳纳米管分散作用，实现了室温下多壁碳纳米管在丁腈橡胶中的均匀分散，同时提升了丁腈橡胶/纳米纤维素/多壁碳纳米管复合膜的力学性能，导电性能和摩擦起电性能。将丁腈橡胶的弹性、纳米纤维素的高强度以及多壁碳纳米管的导电性和热稳定性结合在一起，实现了性能的多重优化。
23、多壁碳纳米管作为填料的加入进一步丰富了材料的性能。其独特的导电性使复合材料在电子和电气领域具有极大的应用潜力。例如，在柔性电子设备中，材料的导电性和柔韧性使其能够适应复杂的结构设计和动态变形，保持良好的电性能。此外，碳纳米管的热导性有效提高了材料的热稳定性，使其在高温环境下仍能保持性能稳定，不易发生热降解。然而多壁碳纳米管在复合材料中容易发生絮聚，本专利技术通过先将其本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的采用TEMPO氧化法制备纳米纤维素，是将质量浓度为1％的TEMPO氧化处理纳米纤维素。
3.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的超声处理是在超声功率为200～400W、冰水浴条件下处理5～20min。
4.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中纳米纤维素分散液与丙三醇的体积比10～30:1；其中，丙三醇的体积浓度为99％。
5.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中所述的超声处理是在超声功率为200～400W、冰水浴条件下处理1～10min；搅拌为磁力搅拌，磁力搅拌时间10～30min。
6.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于所述的多壁碳纳米管的质量浓度为96～98％。
7.根据权利要求1所述的一
8.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤4中丁腈橡胶乳液的质量浓度为40～60％。
9.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤5中的真空除泡处理条件为：在800～1000rpm/min转速下真空除泡20min，然后转入1000～1200rpm/min继续进行真空除泡。
10.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤6中的干燥温度为70℃。
...【技术特征摘要】
1.一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的采用tempo氧化法制备纳米纤维素，是将质量浓度为1％的tempo氧化处理纳米纤维素。
3.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的超声处理是在超声功率为200～400w、冰水浴条件下处理5～20min。
4.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中纳米纤维素分散液与丙三醇的体积比10～30:1；其中，丙三醇的体积浓度为99％。
5.根据权利要求1所述的一种丁腈橡胶基传感复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中所述的超声处理是在超声功率为200～400w、冰水浴条件下处理1～10min；搅拌为磁力搅拌，磁力搅拌时间10～3...
【专利技术属性】
技术研发人员：金海兰，李子森，罗长虹，续燕成，毛俊一，徐海娇，章婷，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：
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