压电薄膜阵列传感器的混合粘合剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于流体测量领域，具体涉及压电薄膜阵列传感器的混合粘合剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、基于声呐阵列技术的管道流速测量传感器由保护膜、紧固带、压电薄膜条带、阻隔带、屏蔽网等五部分组成。其中的压电薄膜可以在不与管道接触的情况下，将水流对管道冲击所产生并传递的应变信号转化为电信号，并通过硬件采集与算法处理后，得出水流流速。相较于传统的流量监测仪表，采用压电薄膜的管道流速测试传感器拥有非接触、安装简单、免维护、测量精度高、稳定性强等优势。美国cidra公司在2003年就研发了用于管道流量监测的管道流速测试传感器，相较而言，我国在此领域的研究工作起步较晚，内容较少。

2、作为压电薄膜的重要组成部分的粘合剂，其主要起到粘接、隔绝薄膜电极与导电基底的电荷传导等作用。由于粘合剂采用的是粘弹性材料，过大的粘合剂厚度会使应变信号在传递过程中出现较大的失真，影响信号质量。相较安装在平面上的传感器而言，粘合剂厚度对安装在管道曲面上的传感器的信号质量影响更大。同时，用于管道流速测试传感器的粘合剂普遍存在纵横比高，尺度大，厚度小，精度高等特点，这些特点对粘合剂的涂覆过程提出了更高的要求，传统的刮涂、辊涂、喷涂等方式均无法满足这些要求，而狭缝挤出、光刻等方式又过于昂贵。因此，目前仍急需开发一种粘合剂，在保证足够粘结强度的前提下，又能以性价比较高的方式制得相应的管道流速测试传感器，同时需要具备优异的信号质量，寿命和稳定性。

技术实现思路

1、为了满足对压电薄膜传感器的粘合剂的要求，克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种混合粘合剂以及包含该混合粘合剂的压电薄膜阵列传感器。

2、本发明的一个方面提供一种混合粘合剂，所述混合粘合剂由酚醛树脂类粘合剂和聚异丁烯类粘合剂组成，所述酚醛树脂类粘合剂和聚异丁烯类粘合剂的体积比为1：1～1：5。

3、在一个或多个实施方案中，所述酚醛树脂类粘合剂选自酚醛树脂vk-25型，酚醛树脂vk-50型或酚醛树脂vk-3型；所述聚异丁烯类粘合剂选自聚异丁烯pb1400型，聚异丁烯pb1300型或聚异丁烯pb950型。

4、优选地，所述酚醛树脂类粘合剂为酚醛树脂vk-50型，所述聚异丁烯类粘合剂为聚异丁烯pb1300型。优选地，所述酚醛树脂类粘合剂为酚醛树脂vk-50型，所述聚异丁烯类粘合剂为聚异丁烯pb950型。优选地，所述酚醛树脂类粘合剂为酚醛树脂vk-50型，所述聚异丁烯类粘合剂为聚异丁烯pb1400型。优选地，所述酚醛树脂类粘合剂为酚醛树脂vk-3型，所述聚异丁烯类粘合剂为聚异丁烯pb1300型。优选地，所述酚醛树脂类粘合剂为酚醛树脂vk-3型，所述聚异丁烯类粘合剂为聚异丁烯pb950型。优选地，所述酚醛树脂类粘合剂为酚醛树脂vk-3型，所述聚异丁烯类粘合剂为聚异丁烯pb1400型。优选地，所述酚醛树脂类粘合剂为酚醛树脂vk-25型，所述聚异丁烯类粘合剂为聚异丁烯pb1400型。优选地，所述酚醛树脂类粘合剂为酚醛树脂vk-25型，所述聚异丁烯类粘合剂为聚异丁烯pb1300型。优选地，所述酚醛树脂类粘合剂为酚醛树脂vk-25型，所述聚异丁烯类粘合剂为聚异丁烯pb950型。

5、在一个或多个实施方案中，所述酚醛树脂类粘合剂和聚异丁烯类粘合剂的体积比为1：3。

6、本发明的另一个方面提供一种制备如本文任一实施方案所述的混合粘合剂的方法，所述方法包括：预先取酚醛树脂类粘合剂与聚异丁烯类粘合剂，二者分别在常温下搅拌20～40min，静置待用；将酚醛树脂类粘合剂倒入聚异丁烯类粘合剂中，在常温下搅拌1～3h，得到混合粘合剂。

7、优选地，所述方法中，二者分别在常温下搅拌25～35min；更优选地，所述方法中，二者分别在常温下搅拌30min。

8、优选地，所述方法中，将酚醛树脂类粘合剂倒入聚异丁烯类粘合剂中，在常温下搅拌1.5～2.5h；更优选地，所述方法中，将酚醛树脂类粘合剂倒入聚异丁烯类粘合剂中，在常温下搅拌2h。

9、本发明的另一个方面提供一种压电薄膜条带阵列传感器，所述压电薄膜条带阵列传感器由压电薄膜条带，阻隔带，紧固带，保护膜和屏蔽网组成；其中所述压电薄膜条带由金属导电条带，粘合层，导线和压电片、电极与保护层组成；所述紧固带的两个侧边焊接有固定导轨；所述压电薄膜条带通过粘合层粘合于紧固带的一面，所述保护膜粘合于紧固带的另一面；所述压电薄膜条带间设阻隔带，所述阻隔带也粘合于紧固带上；所述屏蔽网的两侧与紧固带两个侧边上的固定导轨焊接固定；所述粘合层由如本文中任一实施方案所述的混合粘合剂构成。

10、优选地，所述保护膜由高分子材料组成；更优选地，所述保护膜材料由聚酰亚胺组成。

11、优选地，所述紧固带，固定导轨和屏蔽网分别由金属材料组成；更优选地，所述紧固带，固定导轨和屏蔽网分别由不锈钢组成。

12、优选地，所述阻隔带由高分子材料组成；更优选地，所述阻隔带由选自聚醚、聚酯或聚乙烯醇中一种或多种成分组成。

13、本发明的另一个方面提供一种制备压电薄膜条带阵列传感器的方法，所述方法包括以下步骤：

14、s1：准备丝网印刷所需的不锈钢模具，在模具中切削加工出长方体凹槽，凹槽等距均匀分布；

15、s2：在每个凹槽中放入金属导电条带；

16、s3：将丝网平放于模具上方，使丝网覆盖所有条带，倒入混合粘合剂直至混合粘合剂覆盖整个丝网，并静置；静置完成后，使用刮刀均匀刮动丝网，以将混合粘合剂均匀涂覆到金属导电条带表面，作为粘合层；刮动完成后静置；

17、s4：取出涂覆有混合粘合剂的条带，在其上粘贴已集成好的压电片模块，得到压电薄膜条带1；所述压电片模块由压电片、电极和保护层和导线组成。

18、s5：将压电薄膜条带通过粘合层粘合于紧固带的一面，将保护膜粘合于紧固带的另一面，所述紧固带上焊接有固定导轨；在压电薄膜条带间设阻隔带，阻隔带粘合于紧固带上；再通过焊接将屏蔽网与固定导轨固定，得到管道流速测试传感器。

19、在一个或多个实施方案中，步骤s3中，环境温度为0～40℃，环境湿度为50～70％。

20、优选地，步骤s3中，环境温度为5～35℃；更优选地，步骤s3中，环境温度为10～30℃；更优选地，步骤s3中，环境温度为15～25℃。

21、优选地，步骤s3中，环境湿度为55～65％；更优选地，步骤s3中，环境湿度为60％。

22、在一个或多个实施方案中，步骤s3中，每次静置时间独立地为1min～2h。

23、优选地，步骤s3中，刮动前的静置时间为0.5～1.5h。

24、优选地，步骤s3中，刮动后的静置时间为15～25min。

25、在一个或多个实施方案中，步骤s3中，刮刀均匀刮动丝网的速率为0.1～1mm/s。

26、优选地，步骤s3中，刮刀均匀刮动丝网的速率为0.4～0.6mm/s；更优选地，步骤s3中，刮刀均匀刮动丝网的速率为0.5mm/s。

27、本发明的另一个方面提供一种测试管道流速的方法，所述方法包含使用如本文任一实施方案中所述的混合粘合剂或如本文任一实施方案中所述的压电薄膜条带阵列传感器。

28、本发明的另一个方面提供如本文任一实施方案中所述的混合粘合剂或如本文任一实施方案中所述的压电薄膜条带阵列传感器在管道流速测量中的应用。

29、本发明采用的丝网印刷涂覆方式较好地满足了管道流速测试传感器所需要的高纵横比、大尺度、小厚度、高精度的涂覆加工要求，而相对于狭缝挤出、光刻等涂覆方式又具有成本上的显著优势。在丝网印刷的过程中，多数聚氨酯胶水、硅脂胶水粘合剂往往具有粘度、固含量过高，可操作时间过短等特点，这使得丝网印刷过程中容易出现粘网，涂层不均匀，过早凝固导致涂层不连续等问题。本发明提供的酚醛树脂类和聚异丁烯类的混合粘合剂，搭配特定的丝网印刷速率和环境参数，可有效避免上述问题，提高涂覆的成功率。此外，本发明提供的混合粘合剂具有较强的粘结强度，用于制备管道流速测试传感器时，相较常见的双面胶、聚氨酯、硅脂等粘合剂而言，流速测量的信号质量显著提高，并能比肩cidra公司同类顶尖产品。