[发明专利]一种导电PU海绵材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种导电PU海绵材料的制备方法，包括：(1)将PU海绵在洗涤溶液中超声，然后干燥；(2)将强酸加入水中配成强酸溶液，向强酸溶液中加入PVA，搅拌至澄清，冷却得到PVA凝胶电解质；(3)将步骤(1)处理后的PU海绵浸入PVA凝胶电解质中超声，取出干燥，重复浸入超声、干燥过程，将浸渍过PVA凝胶电解质的PU海绵烘干，得到导电PU海绵材料。本发明通过简单的超声浸渍及干燥处理就能得到导电性良好的导电PU海绵材料，制备方法简单，便于操作，且制备成本低；导电PU海绵材料与导电织物通过简单的组装构成压力传感器，具有较好的灵敏度和重复性，经过2400次重复测试仍能表现出较好的传感性能。

技术领域

本发明涉及导电PU海绵材料的制备方法和应用，尤其涉及一种基于PVA凝胶电解质的导电PU海绵材料的制备方法和导电PU海绵材料在压力传感器中的应用。

背景技术

压力传感用导电复合材料被广泛应用于各种智能可穿戴用压力传感器的设计当中，可将所感受或响应的力学信息直接转换成电阻变化，这就要求材料基体具有良好的导电性、较为明显的电阻变化和弹性回复性，PU(聚氨酯)海绵因其特殊的空隙结构、良好的弹性成为了压力传感用导电复合材料制备常用的基体材料。

Wu,Xiaodong等人(Large Area Compliant,Low Cost,and Versatile PressureSensing Platform Basedon Microcrack Designed Carbon Black@Polyurethane Spongefor Human-Machine Interfacing.Adv.Funct.Mater.2016,26,6246-6256.)以PU海绵为基材，浸渍氧化石墨烯后还原继续在其表面进行聚苯胺的原位聚合，重复操作多次制备传感用导电材料，该材料虽然传感性能较好，但操作过程较为复杂、制备时间较长、生产效率较低。Yichun Ding等人(Highly sensitive,reliable and flexible piezoresistivepressure sensors featuring polyurethane sponge coated with MXene sheets,Journal of Colloid and Interface Science,2019,542:54-62.)在氩气保护下超声处理得到稳定的Ti₃C₂TX MXene悬浮液，然后将浸渍过壳聚糖的PU海绵于50℃干燥5h后放入该悬浮液中，重复操作几次继续放入真空干燥箱中于50℃干燥2小时制备传感用复合材料，该方法的问题在于Ti₃C₂TX MXene悬浮液的制备条件要求较高，且整个反应耗时太长，不利于进行大规模生产。公开号为CN109650779A的中国专利公开了一种石墨烯气凝胶/聚氨酯泡沫导电复合材料的制备方法，首先分别制备氧化石墨烯分散液和壳聚糖溶液，再将二者混合，然后将混合溶液在真空状态下填充进开孔PU泡沫内；之后通过冷冻处理、冷冻干燥、热处理的措施制得石墨烯气凝胶/聚氨酯开孔导电泡沫复合材料，虽然制备的复合材料具有高导电性、高压阻灵敏度、高压缩回复性、高耐久性的优点，但该方法操作耗时较长。

现有的导电PU海绵材料的制备大都以无机非金属物质(石墨、纳米碳管及石墨烯)和有机高分子(聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺)为导电成分，在制备过程中存在工艺耗时长且成本较高的问题。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于PVA凝胶电解质的导电PU海绵材料的制备方法，制备方法简单且成本低，所得材料具有一定的导电性能且弹性良好。本发明的另一目的是提供该导电PU海绵材料在压力传感器中的应用。

技术方案：本发明所述的导电PU海绵材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)PU海绵的前处理：将PU海绵在洗涤溶液中超声，然后干燥；

(2)PVA(聚乙烯醇)凝胶电解质的制备：将强酸加入水中配成强酸溶液，向强酸溶液中加入PVA，搅拌至澄清，冷却得到PVA凝胶电解质；