一种梯度弹性聚氨酯及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开一种梯度弹性聚氨酯及其制备方法和用途，梯度弹性聚氨酯由具有三维网状结构的聚氨酯和负载到聚氨酯内部的电介质组成；电介质在聚氨酯内部的负载量呈梯度分布，即在其中一个方向上：电介质在聚氨酯内部的负载量依次降低或升高。采用聚醚多元醇和异氰酸酯为原料发泡制备弹性聚氨酯，并进行电介质掺杂，制备得到梯度弹性聚氨酯。该梯度弹性聚氨酯可用于摩擦纳米发电机GP

【技术实现步骤摘要】
一种梯度弹性聚氨酯及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及摩擦纳米发电机
具体地说是一种梯度弹性聚氨酯及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]在物联网的新时代，传统传感器不仅需要外接电源，而且寿命有限，维护成本高。摩擦纳米发电机(TENG)作为一种新型的电源供应器和自驱动传感器，近年来发展迅速。因此，以摩擦纳米发电机(TENG)作为自驱动传感器成为目前研究者的研究热点。聚四氟乙烯作为一种良好的摩擦层介电材料，具有较强的捕获电子的能力，在摩擦纳米发电机(TENG)中具有很好的应用价值。但聚四氟乙烯的弹性和压缩性均不理想，当需要通过收集不规则和随机机械能进行摩擦发电时，聚四氟乙烯其弹性和压缩性较差的性质限制了其在摩擦纳米发电机(TENG)中的应用。
[0003]另外，在拳击训练过程中，使用传感器可以采集和统计分析拳击运动员的训练数据来分析其运动习惯，从而实现辅助训练，改进其训练方法。但若在沙袋和拳击靶上安装现有的传感器，通常会改变沙袋或拳击靶的硬度或弹性，因而容易对拳击训练产生负面影响。因此，寻找合适的自驱传感器材料是开发拳击训练智能设备的关键之一。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种梯度弹性聚氨酯及其制备方法，该梯度弹性聚氨酯具有柔软性好、弹性强的特点，能够用于摩擦纳米发电机中并有效地收集不规则和随机的机械能并实现自驱动传感；该材料可用于沙袋或拳击靶上自驱传感器的安装和应用，为拳击训练智能设备的制造提供了可能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种梯度弹性聚氨酯，由具有三维网状结构的聚氨酯和负载到聚氨酯内部的电介质组成；电介质在聚氨酯内部的负载量呈梯度分布，即在其中一个方向上：电介质在聚氨酯内部的负载量依次降低或升高。
[0007]上述梯度弹性聚氨酯，聚氨酯中电介质的质量分数为1～5wt％，电介质的粒径为0.2μm；电介质为聚四氟乙烯粉末、全氟乙烯丙烯共聚物FEP粉末和聚酰胺纤维Nylon粉末中的一种或两种及两种以上的混合；但在试验中发现，当电介质为聚四氟乙烯粉末时，得到的梯度弹性聚氨酯在用于制作摩擦纳米发电机时，具有最优的电输出性能。
[0008]上述梯度弹性聚氨酯，聚氨酯利用聚醚多元醇和异氰酸酯进行发泡反应制成，且聚醚多元醇和异氰酸酯的质量之比为2～4:1。
[0009]上述梯度弹性聚氨酯，由底层弹性聚氨酯和顶层弹性聚氨酯组成，电介质为聚四氟乙烯【经试验发现，当梯度弹性聚氨酯为两梯度时，即梯度弹性聚氨酯由底层弹性聚氨酯和顶层弹性聚氨酯组成时，相比三梯度或三个梯度以上的弹性聚氨酯层与金属电极制成的摩擦纳米发电机具有更好地电输出性能和电输出稳定性】；聚醚多元醇和异氰酸酯的质量
之比为2:1；顶层弹性聚氨酯中聚四氟乙烯的质量分数为3wt％，底层弹性聚氨酯中聚四氟乙烯的质量分数为2wt％，底层弹性聚氨酯和顶层弹性聚氨酯的高度之比为1:1。
[0010]一种梯度弹性聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：
[0011]步骤A：将电介质粉末加入到聚醚多元醇中充分搅拌，得到电介质和聚醚多元醇的混合分散液，采用同样的方法分别配制得到两份或两份以上的电介质和聚醚多元醇的混合分散液，并根据混合分散液的份数依次记为混合分散液A1、混合分散液A2
…
和混合分散液An；混合分散液A1、混合分散液A2
…
和混合分散液An中电介质的质量分数依次增大或减小；
[0012]步骤B：向混合分散液A1中加入异氰酸酯并充分搅拌，混合均匀后得到混合分散液B1；
[0013]步骤C：将混合分散液B1立即倒入模具中进行发泡以形成具有三维网状结构的聚氨酯，并使电介质粉末均匀负载到聚氨酯内部；发泡结束后，在模具底部形成底层弹性聚氨酯；
[0014]步骤D：向混合分散液A2中加入异氰酸酯并充分搅拌，混合均匀后得到混合分散液B2；
[0015]步骤E：待步骤C中混合分散液B1发泡结束且未完全凝固时，将混合分散液B2立即倒入盛有底层弹性聚氨酯的模具中进行发泡，发泡结束后，在底层弹性聚氨酯上形成次底层弹性聚氨酯；
[0016]步骤F：重复步骤D和步骤E，直到混合分散液An与异氰酸酯混合后得到的混合分散液Bn在模具中发泡形成顶层弹性聚氨酯，待完全凝固后，即得到梯度弹性聚氨酯。
[0017]上述梯度弹性聚氨酯的制备方法，步骤A中，电介质粉末的粒径为150～200nm；当电介质粉末粒径在150～200nm时，粒径较小，粒径越小比表面积越大，会增强梯度弹性聚氨酯的摩擦起电效果。梯度弹性聚氨酯中电介质的质量分数为1～5wt％；电介质为聚四氟乙烯粉末、全氟乙烯丙烯共聚物FEP粉末和聚酰胺纤维Nylon粉末中的一种或两种及两种以上的混合。
[0018]上述梯度弹性聚氨酯的制备方法，混合分散液B1、混合分散液B2
…
和混合分散液Bn中：聚醚多元醇和异氰酸酯的质量之比均为2～4:1；混合分散液B1、混合分散液B2
…
和混合分散液Bn的体积之比为1:1。
[0019]上述梯度弹性聚氨酯的制备方法，步骤A中混合分散液为两份，即混合分散液A1和混合分散液A2；电介质粉末为聚四氟乙烯粉末；步骤F中得到的梯度弹性聚氨酯由底层弹性聚氨酯和顶层弹性聚氨酯组成；
[0020]步骤C中，底层弹性聚氨酯中聚四氟乙烯的质量分数为2wt％；步骤E中，顶层弹性聚氨酯中聚四氟乙烯的质量分数为3wt％；混合分散液B1和混合分散液B2中：聚醚多元醇和异氰酸酯的质量之比均为2:1；混合分散液B1和混合分散液B2的体积之比为1:1。
[0021]一种梯度弹性聚氨酯的用途，将上述梯度弹性聚氨酯用于摩擦纳米发电机中。
[0022]上述梯度弹性聚氨酯的用途，梯度弹性聚氨酯作为介电材料，金属作为电极构成摩擦纳米发电机，用于制备具有力值监测功能的沙袋或拳击靶。
[0023]本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：
[0024]本专利技术通过简单可行的发泡方法制备了梯度弹性聚氨酯，该梯度弹性聚氨酯可用于制备柔软性好的梯度弹性聚氨酯摩擦纳米发电机(GP
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TENG)，该发电机可有效地收集不
规则和随机的机械能并实现自驱动传感。GP
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TENG具有良好的摩擦电输出特性和物理特性，包括硬度、孔隙率、三维轮廓和弹性特性。一方面GP
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TENG作为电源供应端时，当顶层弹性聚氨酯和底层弹性聚氨酯中的聚四氟乙烯(含量分别为3wt％和2wt％)的梯度比为3：2时，GP
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TENG具有最佳的电输出性能和更高的拟合关系。另一方面，GP
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TENG可作为自驱动传感器应用于拳击训练监视，响应时间极短。本专利技术不仅为通过低成本、简单可行的方法开发GP
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TENG开辟了新途径，也为提高摩擦纳米发电机的输出性能提供了新方法，有利于促进智能体育产业大数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度弹性聚氨酯，其特征在于，由具有三维网状结构的聚氨酯和负载到聚氨酯内部的电介质组成；电介质在聚氨酯内部的负载量呈梯度分布，即在其中一个方向上：电介质在聚氨酯内部的负载量依次降低或升高。2.根据权利要求1所述的梯度弹性聚氨酯，其特征在于，聚氨酯中电介质的质量分数为1～5wt％，电介质的粒径为150～200nm；电介质为聚四氟乙烯粉末、全氟乙烯丙烯共聚物FEP粉末和聚酰胺纤维Nylon粉末中的一种或两种及两种以上的混合。3.根据权利要求1所述的梯度弹性聚氨酯，其特征在于，聚氨酯利用聚醚多元醇和异氰酸酯进行发泡反应制成，且聚醚多元醇和异氰酸酯的质量之比为2～4:1。4.根据权利要求3所述的梯度弹性聚氨酯，其特征在于，由底层弹性聚氨酯和顶层弹性聚氨酯组成，电介质为聚四氟乙烯；聚醚多元醇和异氰酸酯的质量之比为2:1；顶层弹性聚氨酯中聚四氟乙烯的质量分数为3wt％，底层弹性聚氨酯中聚四氟乙烯的质量分数为2wt％，底层弹性聚氨酯和顶层弹性聚氨酯的高度之比为1:1。5.一种梯度弹性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：将电介质粉末加入到聚醚多元醇中充分搅拌，得到电介质和聚醚多元醇的混合分散液，采用同样的方法分别配制得到两份或两份以上的电介质和聚醚多元醇的混合分散液，并根据混合分散液的份数依次记为混合分散液A1、混合分散液A2
…
和混合分散液An；混合分散液A1、混合分散液A2
…
和混合分散液An中电介质的质量分数依次增大或减小；步骤B：向混合分散液A1中加入异氰酸酯并充分搅拌，混合均匀后得到混合分散液B1；步骤C：将混合分散液B1立即倒入模具中进行发泡以形成具有三维网状结构的聚氨酯，并使电介质粉末均匀负载到聚氨酯内部；发泡结束后，在模具底部形成底层弹性聚氨酯；步骤D：向混合分散液A2中加入异氰酸酯并充分搅拌，混合均匀后得到混合分散液B2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝东，高晓波，王中林，
申请(专利权)人：嘉兴启林科技有限公司，
类型：发明
国别省市：