一种智能压力感知弹性体发泡材料制造技术

本发明专利技术公开了一种智能压力感知弹性体发泡材料，所述发泡材料含有以下组份：1～30质量份聚烯烃树脂、70～99质量份热塑性弹性体、0.01～3质量份分散剂、0.01～2质量份成核剂以及质量含量不超过其导电阈值的导电剂，所述导电剂为导电碳材料、导电高分子材料、金属纳米材料中的一种或几种混合。由该智能压力感知弹性体发泡材料制得的制品可以在不同外力作用下，释放出不同的电信号，可以被用来制备传感器、探测器等高端柔性电子器件，运用在智能机械臂、抓取臂、机器人、智能穿戴设备等智能感知设备上。设备上。设备上。

【技术实现步骤摘要】
一种智能压力感知弹性体发泡材料


[0001]本专利技术涉及智能压力感知弹性体发泡材料，属于智能材料领域，具体涉及一种在不同外力作用下，表现出不同电信号的弹性体发泡材料。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，各种不同类型的智能高分子材料正在源源不断地涌现。智能高分子材料可以在不同的外界信号刺激作用下，产生独特的反馈：比如在光、电场、磁场、外力等不同因素的刺激下，材料产生一定程度的形变或色变；在外界刺激停止后，材料又恢复到最初的状态。我们熟知的智能感应材料就是运用的上述原理。智能材料由于具有对光、电、磁、力等外界因素的反馈能力，可以被用来制备传感器、探测器等高端电子器件，运用在智能机械臂、抓取臂和机器人等智能感知设备上。
[0003]发泡高分子材料的最大特点是轻量化、弹性、缓冲、隔音性能优异，但目前对结合了智能特性的发泡高分子材料的研究和应用却几乎没有。传统的刚性结构机械手(包括机械夹器和机械钳具)具有更换成本高、控制算法复杂等问题。特别是在抓取易破、易碎的异形件物体时，由于缺乏有效、灵敏的力反馈，容易夹破和损坏被抓取物体。在此场景中，如果可以使用具备对外力有感知能力的发泡材料来制备柔性机械手，就可以解决这一问题。智能发泡材料会根据机械手对被抓取物品产生的压力大小，产生不同的电信号并同时反馈给中央控制器；中央控制器再根据电信号进行计算，并输出适合的抓力，在提高机械手对被抓物体贴附力精度的同时，减少因为抓力过大而损坏被抓取物体的风险。又例如，为创造出更好的成绩，田径、篮球、足球运动员对运动鞋性能的要求越来越高。用此类智能感知弹性体发泡材料制作的鞋垫，可以测量出不同运动员在跑、跳过程中，脚底不同部位产生的不同压力，并以电信号的形式输出给数据处理器。数据处理器根据接收到的信号，可建模并分析脚底不同部位(前脚左\右区掌、脚中掌、脚后跟等)需要提供的适合的缓冲及回弹力，从而为运动鞋设计师设计个性化、差异化且性能优异的运动鞋提供数据基础。
[0004]因此，开发智能压力感知发泡材料十分重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种智能压力感知弹性体发泡材料。该发泡材料可以在不同外加压力作用下，释放出不同的电信号。当外加压力增大时，电信号增强；反之，当外加压力减少或消失时，电信号也随之减弱或消失。该智能压力感知发泡材料可以被当作压力传感器来使用，也可以用于制备柔性机械手、智能机器人、智能穿戴设备。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种智能压力感知弹性体发泡材料，含有以下组份：1～30质量份聚烯烃树脂、70～99质量份热塑性弹性体、0.01～3质量份分散剂、0.01～2质量份成核剂以及质量含量不超过其导电阈值的导电剂，所述导电剂为导电碳材料、导电高分子材料、金属纳米材料中的一种或几种混合。
[0007]由于需要保证材料在外界不同压力下产生不同的导电性，所以添加的导电剂的量
应略少于或等于材料的导电阈值(即，在不施加外力的情况下，材料导电时，导电剂的最少添加量)。例如，当没有外界压力时，发泡材料没有发生形变，导电剂之间没有(或极少量)相互接触，不(或极少量)形成“导电通路”，没有(或较弱)导电性；当压力开始作用于发泡材料时，材料开始发生形变，更多的导电剂相互接触，发泡材料具备一定的导电能力并产生相对应的电信号；当外界压力继续增加时，发泡材料的形变进一步增大，相互接触的导电剂数量进一步增加，材料的导电能力进一步增强并能输出强电信号；最后当外界压力撤除时，由于发泡材料本身具有较好的回弹性能，材料的形变消失，导电剂又回到最初非(或极少量)接触的状态，材料又显现出绝缘(或较弱导电)性能。此外，导电剂的添加量不能过多，否则会导致材料在没有受到外界压力的情况下，依然具备较好的导电性能。当外力增大，材料随之所产生的形变增大时，材料的导电性无法进一步增加，无法输出差异化的电信号，使得材料不具备“感知”外力大小的能力。
[0008]进一步的，所述导电炭材料为导电炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、多分枝纳米碳束(CNS)中的一种或几种混合，所述导电高分子材料为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚亚苯甲基中的一种或几种混合，所述金属纳米材料为金纳米颗粒、金纳米棒、银纳米颗粒、银纳米棒、不锈钢纳米纤维中的一种或几种混合。
[0009]进一步的，所述导电剂优选为多分枝纳米碳束(CNS)。CNS具有“树杈状”碳纳米管多分枝结构。导电炭黑、直管状碳纳米管、导电高分子材料、金属纳米材料等普通导电剂，需要添加相对较多的量才能保证它们之间相互接触，在高分子基材中形成闭合的“导电路通”，使电子可以在“导电通路”中自由移动；CNS由于本身特殊的“树主干
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树分枝”结构，在少量添加时，可通过“枝干
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枝干”、“枝干
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主干”、“主干
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主干”的相互连接，增加接触点机率，来形成完整的“导电通路”，使材料具备导电性能。
[0010]进一步的，所述聚烯烃树脂为均聚聚丙烯、聚乙烯、乙丙共聚物、丙烯
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丁烯共聚物中的一种或几种共混。为保证发泡后材料具有必要的力学强度和优异的弹性，优选聚乙烯或乙丙共聚物，弹性模量≤700MPa，缺口冲击强度≥3.5kJ/m2(23℃)，熔点与维卡软化点之差不超过60℃。
[0011]进一步的，所述热塑性弹性体为乙烯
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醋酸乙烯共聚物弹性体、聚酰胺类弹性体(包括C6和C12聚酰胺类弹性体)、聚酯基弹性体、聚苯乙烯基弹性体、乙烯
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丙烯无规或嵌段共聚物弹性体、乙烯
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辛烯无规或嵌段共聚物弹性体中的一种或几种共混。优选为乙烯
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辛烯无规或嵌段共聚物弹性体。相对于其他弹性体材料，乙烯
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辛烯无规或嵌段共聚物弹性体与聚乙烯类基材由于都含有乙烯链段的重复单元，两者有较好的相容性；更重要的是，乙烯
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辛烯无规或嵌段共聚物弹性体具有较好的弹性形变和回复性，在外力反复施加的过程中，产生的不可回复的永久压缩形变较少，使用周期更长。
[0012]进一步的，所述分散剂为马来酸酐接枝聚合物。马来酸酐接枝聚合物一端亲和CNS，另一端亲和有机高分子机体。这可以提高CNS在高分子基材中的分散性，减少团聚，提高在少量添加导电剂时的导电性能。
[0013]进一步的，所述成核剂为碳酸钙、蒙脱土、氯化钠、氯化钾、硼酸锌、玻璃纤维等中的一种或几种混合。成核剂可以在材料发泡过程中，作为泡核，起异相成核的作用。在有效降低发泡压力的同时，使得泡孔的尺寸更加均匀。
[0014]进一步的，所述发泡材料还含有0.01～3质量份润滑剂，所述润滑剂为小分子聚乙
烯蜡、白油、芥酸酰胺、油酸酰胺、滑石粉等中的一种或几种混合。润滑剂可以提高物料的挤出加工流动性能。还可以根据实际需要添加着色剂、阻燃剂等助剂。
[0015]一种智能压力感知弹性体发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
[0016]步骤一：将配方量的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能压力感知弹性体发泡材料，其特征在于，含有以下组份：1～30质量份聚烯烃树脂、70～99质量份热塑性弹性体、0.01～3质量份分散剂、0.01～2质量份成核剂以及质量含量不超过其导电阈值的导电剂，所述导电剂为导电碳材料、导电高分子材料、金属纳米材料中的一种或几种混合。2.根据权利要求1所述的智能压力感知弹性体发泡材料，其特征在于，所述导电碳材料为导电炭黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、多分枝纳米碳束(CNS）中的一种或几种混合，所述导电高分子材料为聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚亚苯甲基中的一种或几种混合，所述金属纳米材料为金纳米颗粒、金纳米棒、银纳米颗粒、银纳米棒、不锈钢纳米纤维中的一种或几种混合。3.根据权利要求2所述的智能压力感知弹性体发泡材料，其特征在于，所述导电剂为多分枝纳米碳束(CNS）。4.根据权利要求1所述的智能压力感知弹性体发泡材料，其特征在于，所述聚烯烃树脂为均聚聚丙烯、聚乙烯、乙丙共聚物、丙烯
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丁烯共聚物中的一种或几种共混。5.根据权利要求1所述的智能压力感知弹性体发泡材料，其特征在于，所述热塑性弹性体为乙烯
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醋酸乙烯共聚物弹性体、聚酰胺类弹性体、聚酯基弹性体、聚苯乙烯基弹性体、乙烯
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丙烯无规或嵌段共聚物弹性体、乙烯
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辛烯无规或嵌段共聚物弹性体中的一种或几种共混。6.根据权利要求1所述的智能压力感知弹性体发泡材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋璠晖，张珊珊，何若虚，宋新意，史亚杰，熊业志，曾佳，刘缓缓，高浩瑞，朱民，
申请(专利权)人：无锡会通轻质材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：