轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，制备银包覆热塑性弹性体微孔发泡珠粒；步骤2，制备PDMS/MWCNT前驱体导电液；步骤3，将步骤2所得的PDMS/MWCNT前驱体导电液和固化剂混合，搅拌10～30min混合均匀获得导电液；步骤4，将步骤1所得的银包覆热塑性弹性体微孔珠粒与步骤3所得的导电液均匀混合导入模具，制得轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料。本发明专利技术所制得的隔离型弹性体复合微孔应变传感材料具有轻质、柔性、低填充和高灵敏等特点，在可穿戴设备、人体健康与运动监测、人工智能及功能鞋底等方面具有良好的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法
本专利技术属于聚合物基应变传感材料
，涉及一种轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法。
技术介绍
随着柔性电子技术与人工智能的迅猛发展，对于传感系统的需求与日剧增，以实现对环境的智能感知及实时人机交互。应变传感材料是一种可以将拉、压、弯等外界刺激转换为可视电信号的功能材料，在软体机器人、人机交互、柔性显示屏及可穿戴设备中具有良好的应用前景。传统的基于金属或半导体传感材料具有高灵敏、快速响应且良好工作稳定性，但是其便携性、柔韧性及可穿戴性差，从而严重限制了其应用发展。聚合物基应力应变传感材料具有柔韧性好、耐化学腐蚀、易加工成型且低成本等特性，因而在柔性应力应变传感领域具有重要的应用价值。目前的聚合物基应力应变传感材料主要将导电填料均匀分散于聚合物基体中制得。然而，要达到良好的导电性能和传感性能通常需要较高的填充量，严重影响复合材料的可加工性和力学性能(主要是强度和柔韧性)。因此，如何在低填充下研发轻质、柔性、低逾渗且高灵敏的可穿戴聚合物基应力应变传感材料成为目前亟需解决的技术难点和科学问题。通过调控导电粒子在聚合物基体中的分布构筑高效导电网络结构是降低聚合物基导电复合材料逾渗阈值的有效途径。例如，通过在聚合物基导电复合材料中构筑隔离结构使导电粒子选择性地分布于聚合物颗粒之间的界面处，只需很少填充量便可形成高效导电网络，解决了常规聚合物基导电复合材料中导电网络差的问题，能够有效降低聚合物基导电复合材料的逾渗阈值，从而在低填充下具有更高的电导率和应力应变传感性能。在可穿戴设备、人体健康与运动监测、人工智能等领域，不仅需要高电导率，而且对轻量化、柔韧性和灵敏性也提出了更高的要求。因此制备兼具轻质、柔性、低填充且高灵敏的聚合物基应传感材料，对可穿戴设备、人体健康与运动监测、人工智能、功能鞋底等相关领域传感材料的设计和拓展具有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法，该方法所制得的隔离型弹性体复合微孔应变传感材料具有轻质、柔性、低填充和高灵敏等特点，在可穿戴设备、人体健康与运动监测、人工智能、功能鞋底等方面具有良好的应用价值。本专利技术所采用的技术方案是，轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，将热塑性弹性体珠粒置于充满超临界CO2的高压釜中进行饱和吸收3～6h，饱和温度为35～60℃，饱和压力为8～16MPa，然后将完全饱和的热塑性弹性体珠粒置于发泡装置中进行微孔发泡，获得不同发泡倍率的热塑性弹性体微孔发泡珠粒，然后采用浸涂法将导电银浆包覆于热塑性弹性体微孔发泡珠粒表面，室温下干燥，即得银包覆热塑性弹性体微孔发泡珠粒；步骤2，将聚二甲基硅氧烷预聚体溶解在四氢呋喃中得到PDMS预聚体溶液，将干燥后的MWCNTs分散于PDMS预聚体溶液中，超声搅拌30～50min使MWCNTs均匀分散于PDMS预聚体溶液中，然后放置于60℃～100℃烘箱中去除溶剂得到PDMS/MWCNT前驱体导电液；步骤3，将步骤2所得的PDMS/MWCNT前驱体导电液和固化剂按照质量比为5:1～10:1混合，搅拌10～30min混合均匀获得PDMS/MWCNT导电液，然后将PDMS/MWCNT导电液在室温下置于真空干燥箱中，消泡20～40min，至PDMS/MWCNT导电液中无气泡；步骤4，将步骤1所得的银包覆热塑性弹性体微孔珠粒与步骤3所得的PDMS/MWCNT导电液均匀混合，倒入预制模具中，置于烘箱中进行固化得到隔离型弹性体复合微孔应变传感材料，然后对隔离型弹性体复合微孔应变传感材料进行重复预压缩以使电信号输出稳定，最后使用导电银浆将铜箔粘接于复合微孔材料的两端作为电极，并在室温下干燥得到轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料。本专利技术的特点还在于，复合微孔应变传感材料的密度为0.62g/cm3～0.9g/cm3。复合微孔应变传感材料的电导率为8.64×10-5S/m～0.25S/m。步骤1中的发泡装置为油浴锅，油浴锅中的发泡温度为100～130℃，发泡时间为45～100s。步骤1中热塑性弹性体为热塑性尼龙弹性体、热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酯弹性体、热塑性聚烯烃弹性体中的一种。步骤2中MWCNTs的长度为10-30μm，直径为10-20nm，纯度＞97％。步骤4中隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的固化温度为60～90℃，固化时间为70min～110min。步骤3中的固化剂为乙烯基封端的聚二甲基-甲基乙烯基硅氧烷。本专利技术的有益效果是，本专利技术采用环境友好的超临界CO2发泡技术在成型加工性好、回弹性高、力学性能优良的热塑性弹性体珠粒中引入微孔结构，通过简便高效的浸涂法在热塑性弹性体微孔珠粒表面包裹银制得银包覆热塑性弹性体微孔珠粒，然后将银包覆热塑性弹性体微孔珠粒和PDMS/MWCNT导电液通过共混-固化制得轻质、柔性、低填充且高灵敏的隔离型弹性体复合微孔应变传感材料。隔离结构使MWCNTs选择性分布在热塑性弹性体微孔发泡珠粒之间的界面处，显著降低了复合微孔材料的导电逾渗阈值，从而在低填充下赋予复合材料良好的导电性能和应变传感性能，改善了复合材料的加工流动性和机械柔性。微孔结构的引入可以降低复合材料的密度，改善复合材料的回弹性和柔性。本专利技术所采用的制备方法简便高效，环境友好，操作可控性强，成本低廉，可大规模化制造且易于生产。微孔结构与隔离结构的存在使所制备的隔离型弹性体复合微孔应变传感材料具有轻质、柔性、低填充且高灵敏等特点。因此，本专利所专利技术的隔离型热塑性弹性体复合微孔应变传感材料在可穿戴设备、人体健康与运动监测、人工智能、功能鞋底等领域具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法的实施例3中通过超临界CO2发泡制得的弹性体微孔发泡珠粒的扫描电镜图；图2为本专利技术轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法的实施例3中制得的隔离型弹性体复合微孔应变传感材料扫描电镜图；图3为本专利技术轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法的实施例3制得的隔离型弹性体复合微孔应变传感材料中MWCNTs分布的扫描电镜图；图4为本专利技术轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法的实施例3制得的隔离型弹性体复合微孔应变传感材料在鞋底材料中的应用图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，将热塑性弹性体珠粒置于充满超临界CO2的高压釜中进行饱和吸收3～6h饱和温度为35～60℃，饱和压力为8～16MPa，然后将完全饱和的热塑性弹性体珠粒置于高温发泡装置(油浴锅、加热釜和烘箱等)中进行微孔发泡，发泡温度为100～130℃，发泡时间为45～100s，获得不同发泡倍率的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：/n步骤1，将热塑性弹性体珠粒置于充满超临界CO

【技术特征摘要】
1.轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，将热塑性弹性体珠粒置于充满超临界CO2的高压釜中进行饱和吸收3～6h，饱和温度为35～60℃，饱和压力为8～16MPa，然后将完全饱和的热塑性弹性体珠粒置于发泡装置中进行微孔发泡，获得不同发泡倍率的热塑性弹性体微孔发泡珠粒，然后采用浸涂法将导电银浆包覆于热塑性弹性体微孔发泡珠粒表面，室温下干燥，即得银包覆热塑性弹性体微孔发泡珠粒；
步骤2，将聚二甲基硅氧烷预聚体溶解在四氢呋喃中得到PDMS预聚体溶液，将干燥后的MWCNTs分散于PDMS预聚体溶液中，超声搅拌30～50min使MWCNTs均匀分散于PDMS预聚体溶液中，然后放置于60℃～100℃烘箱中去除溶剂得到PDMS/MWCNT前驱体导电液；
步骤3，将步骤2所得的PDMS/MWCNT前驱体导电液和固化剂按照质量比为5:1～10:1混合，搅拌40～50min混合均匀获得PDMS/MWCNT导电液，然后将PDMS/MWCNT导电液在室温下置于真空干燥箱中，消泡20～40min，至PDMS/MWCNT导电液中无气泡；
步骤4，将步骤1所得的银包覆热塑性弹性体微孔珠粒与步骤3所得的PDMS/MWCNT导电液均匀混合，倒入预制模具中，置于烘箱中进行固化得到隔离型弹性体复合微孔应变传感材料，然后对隔离型弹性体复合微孔应变传感材料进行预压缩，最后使用导电银浆将铜箔粘接于复合微孔材料的两端作为电极，并在室温下干燥得到轻质柔性隔离型弹性体复合微孔应变传感材料。

【专利技术属性】
技术研发人员：马忠雷，魏阿静，马建中，邵亮，向小莲，康松磊，张梦辉，景佳瑶，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61