一種用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料及其制備方法。所述導(dǎo)電漿料由必要成分和調(diào)節(jié)成分組成。所述必要成分包括45～95wt％的彈性體基體及0.1～20wt％的導(dǎo)電相；所述調(diào)節(jié)成分包括0～40wt％的有機(jī)溶劑及0～2wt％的助劑。制備方法為：分別稱取所述必要成分和調(diào)節(jié)成分中的各種原料并進(jìn)行預(yù)混，隨后倒入分散設(shè)備中共混。漿料充分混合后，可通過粘合、涂覆、層壓、絲網(wǎng)印刷、網(wǎng)版印刷或填充工藝制備柔性織物傳感器。該導(dǎo)電漿料具有可調(diào)的工藝性、良好的織物基底附著性、良好的人體接觸安全性和綠色環(huán)保性能?；谠搶?dǎo)電漿料的柔性織物傳感器具有可調(diào)的電阻初值、可控的靈敏度系數(shù)、良好的耐水洗性能和良好的傳感器性能。
【專利說明】
一種用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料配方及其制備方法，屬于智 能穿戴技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 皇家飛利浦電子有限股份公司的一項(xiàng)發(fā)明專利CN101622518A涉及了一種可穿戴 織物中剪切力和壓力的傳感器。這種傳感器的設(shè)置測量剪切力和壓力的方法，其中所述剪 切力和壓力被施加在躺在床上或者坐在椅子上的人的皮膚上，這種織物傳感器允許同時(shí)測 量抗褥瘡織物中的剪切力和壓力。此種電容傳感器用于測量壓力與剪切力的方法的局限性 是使用者只能在睡覺或者坐姿時(shí)進(jìn)行測量，非貼身穿戴，限制了其使用范圍。
[0003] 柔性織物傳感器的優(yōu)勢在于它能將織物的柔性以及導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電性能很 好地結(jié)合。用于柔性織物傳感器的導(dǎo)電漿料大多為復(fù)合材料，由基體、導(dǎo)電相、溶劑以及助 劑通過機(jī)械共混方法制備。炭黑、碳納米管、碳纖維以及其他導(dǎo)電聚合物作為導(dǎo)電填料，以 其良好的導(dǎo)電性及化學(xué)穩(wěn)定性已經(jīng)被廣泛地使用于導(dǎo)電復(fù)合材料中。隨著導(dǎo)電填料在復(fù)合 材料中增加，復(fù)合材料體系中逐漸形成導(dǎo)電互穿網(wǎng)絡(luò)，使得復(fù)合材料由絕緣體體系轉(zhuǎn)變?yōu)?半導(dǎo)體體系。
[0004] 柔性織物傳感器兼具柔性織物的可穿戴性和傳感器的信號檢測功能，可以廣泛的 應(yīng)用于智能穿戴設(shè)備。柔性織物傳感器通過監(jiān)測人體體型的變化，提供一系列數(shù)據(jù)供檢測 者本人或者醫(yī)生作為身體健康或運(yùn)動指數(shù)的依據(jù)。因此，柔性傳感技術(shù)可以提高人們的生 活質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料及 其制備方法，該導(dǎo)電漿料具有可調(diào)的導(dǎo)電性能，且與織物基底具有良好的粘結(jié)性，所制備的 柔性織物傳感器具有一定的電學(xué)特性和良好的傳感性能。與以往柔性織物傳感器所用的導(dǎo) 電漿料相比，該漿料本身具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的制備工藝性、良好的人體接觸安全 性和可水洗性的特征，適用于智能穿戴領(lǐng)域。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種用于柔性織物傳感器涂敷用導(dǎo)電漿料，其由必要成分和調(diào)節(jié)成分組成，所述 必要成分包括以質(zhì)量百分比計(jì)45~95wt%的彈性體基體及0.1~20wt%的導(dǎo)電相;所述調(diào) 節(jié)成分包括以質(zhì)量百分比計(jì)〇~40wt %的有機(jī)溶劑及0~2wt %的助劑；
[0008] 其中，所述彈性體基體可采用聚氨酯、硅橡膠、聚丙烯酸酯或彈性嵌段共聚物;所 述導(dǎo)電相可采用炭黑、碳納米管、碳纖維、導(dǎo)電石墨或石墨烯、金粉、銀粉、鎳粉或本征型導(dǎo) 電聚合物;所述有機(jī)溶劑可采用石油醚、硅油、醇或烷烴類溶劑;所述助劑可采用乙氧基化 烷基胺、硫酸酯、季銨鹽或鈦酸酯偶聯(lián)劑。
[0009] 本發(fā)明還提供了上述用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料的制備方法，其包括下 列步驟：
[0010] 步驟1)、將所述必要成分和調(diào)節(jié)成分按照質(zhì)量百分比換算成所需稱量的質(zhì)量，稱 重后預(yù)混成混合漿料；
[0011] 步驟2 )、將預(yù)混好的混合漿料倒入分散設(shè)備中進(jìn)行分散共混，使該混合漿料體系 中的導(dǎo)電相分散均勻，待共混完成后將共混得到的導(dǎo)電漿料進(jìn)行收集；
[0012] 步驟3)、將共混得到的用于制備柔性織物傳感器的導(dǎo)電漿料注入模具進(jìn)行加熱， 固化制成板狀，并測量該板狀材料的邵氏硬度和電阻率；
[0013] 步驟4)、所得導(dǎo)電漿料通過一定工藝，用于制備柔性織物傳感器；
[0014] 其中，所述工藝可采用粘合、涂覆、層壓、絲網(wǎng)印刷、網(wǎng)版印刷或填充。
[0015] 所述步驟3)中制成的所述板狀材料的邵氏硬度可調(diào)范圍為20~45HA，電阻率可調(diào) 節(jié)范圍為9.0\10~1.0\101(^.〇11。
[0016] 所述步驟4)中制成的所述柔性織物傳感器的電阻初值可調(diào)范圍為10~1.0X104 Ω，滿足水洗要求并具有良好的傳感性能。
[0017] 本發(fā)明中彈性體作為漿料的基體，能與織物基材有很好的粘結(jié)特性;有機(jī)溶劑能 使?jié){料中的導(dǎo)電填料良好的分散于漿料體系；導(dǎo)電填料作為復(fù)合材料的導(dǎo)電相，分散于漿 料體系中形成導(dǎo)電互穿網(wǎng)絡(luò)，使得整個(gè)漿料體系絕緣體轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體體系。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本明的有益效果在于：
[0019] (1)本發(fā)明用于柔性織物傳感器涂覆具有良好的傳感性能，同時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性良好， 與基材的粘結(jié)性優(yōu)良，硬度、電阻率范圍適宜且易于調(diào)整；
[0020] (2)制備工藝簡單，成本較低，易于操作；
[0021 ] (3)所選擇的彈性體、導(dǎo)電填料、有機(jī)溶劑和助劑的質(zhì)量比例合理，添加導(dǎo)電填料 量高，所得漿料具有可調(diào)的電阻率，且柔性織物傳感器性能穩(wěn)定良好；
[0022] (4)特別適用于柔性織物傳感器的大規(guī)模應(yīng)用，導(dǎo)電相的質(zhì)量比在整個(gè)體系較小， 良好的人體接觸安全性。經(jīng)過工藝制備的傳感器可貼身使用，是加工智能服裝的理想用料。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明更明顯易懂，茲優(yōu)選實(shí)施例，作詳細(xì)說明如下。
[0024] 實(shí)施例1-4所需的原料的組成及性能如表1所示。
[0025] 表1.用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料的組分及性能
[0026]
[0027] 實(shí)施例1:
[0028] -種用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料的制備方法，具體如下：
[0029]按照表1中第一列組成折算成質(zhì)量后進(jìn)行物料稱量，攪拌均勻后，將漿料倒入分散 設(shè)備中進(jìn)行機(jī)械共混，室溫為25 °C，將漿料充分混合；
[0030] 部分漿料澆鑄于直徑，深度為6mm的不銹鋼治具中，在將其放入真空干燥箱中進(jìn)行 抽真空處理，待抽真空處理完畢后，將其放入烘箱中加熱固化。此種方法制備的塊狀試樣用 于測試基于導(dǎo)電漿料所得材料的電阻率與邵氏硬度。
[0031] 將混合好的漿料通過工藝制備柔性織物傳感器，最后進(jìn)行傳感器的性能測試。
[0032] 上述方法制備的傳感器電學(xué)性能通過拉力機(jī)進(jìn)行動態(tài)電學(xué)性能的測試，循環(huán)拉伸 多次，記錄其電壓、形變、時(shí)間以及力值的變化情況。測試結(jié)果見于表1。
[0033] 實(shí)施例2:
[0034] -種用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料的制備方法，具體如下：
[0035] 1)按照表1中第二列組成折算成質(zhì)量后進(jìn)行物料稱量，攪拌均勻后，將漿料倒入分 散設(shè)備中進(jìn)行機(jī)械共混，室溫為25°C，按照分散設(shè)備設(shè)定的程序?qū)⒌谷敕稚⒃O(shè)備中的漿料 充分混合；
[0036] 2)將混合好的漿料通過網(wǎng)版印刷制備柔性織物傳感器，按照制備工藝完成傳感器 的制備，最后進(jìn)行傳感器的動態(tài)電學(xué)性能測試。
[0037] 檢測樣品的制作及檢測方法和條件同實(shí)施例1，其測試結(jié)果見于表1。
[0038] 實(shí)施例3:
[0039] -種用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料的制備方法，具體如下：
[0040] 1)按照表1中第三列組成折算成質(zhì)量后進(jìn)行物料稱量，攪拌均勻后，將漿料倒入分 散設(shè)備中進(jìn)行機(jī)械共混，室溫為25°C，按照分散設(shè)備設(shè)定的程序?qū)⒌谷敕稚⒃O(shè)備中的漿料 充分混合；
[0041] 2)將混合好的漿料通過網(wǎng)版印刷制備柔性織物傳感器，按照制備工藝完成傳感器 的制備，最后進(jìn)行傳感器的動態(tài)電學(xué)性能測試。
[0042]檢測樣品的制作及檢測方法和條件同實(shí)施例1，其測試結(jié)果見于表1。
[0043] 實(shí)施例4:
[0044] -種用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料的制備方法，具體如下：
[0045] 1)按照表1中第四列組成折算成質(zhì)量后進(jìn)行物料稱量，攪拌均勻后，將漿料倒入分 散設(shè)備中進(jìn)行機(jī)械共混，室溫為25°C，按照分散設(shè)備設(shè)定的程序?qū)⒌谷敕稚⒃O(shè)備中的漿料 充分混合；
[0046] 2)將混合好的漿料通過網(wǎng)版印刷制備柔性織物傳感器，按照制備工藝完成傳感器 的制備，最后進(jìn)行傳感器的動態(tài)電學(xué)性能測試。
[0047] 檢測樣品的制作及檢測方法和條件同實(shí)施例1，其測試結(jié)果見于表1。
[0048] 由表1可見，本發(fā)明的有益效果在于：
[0049] (1)本發(fā)明用于柔性織物傳感器涂覆具有較好的動態(tài)電學(xué)性能，同時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性 良好，與基材的粘結(jié)性優(yōu)良，硬度、電阻率范圍適宜且易于調(diào)整；
[0050] (2)制備工藝簡單，成本較低，易于操作；
[00511 (3)所選擇的彈性體、導(dǎo)電填料、有機(jī)溶劑、助劑的質(zhì)量比例合理，添加導(dǎo)電填料量 高，所得漿料具有更小的電阻率且柔性織物傳感器動態(tài)電學(xué)性能優(yōu)良穩(wěn)定；
[0052] (4)特別適用于柔性織物傳感器的大規(guī)模應(yīng)用，導(dǎo)電相的質(zhì)量比在整個(gè)體系較小， 良好的人體接觸安全性。經(jīng)過工藝制備的傳感器可貼身使用，是智能服裝的理想使用材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料，其特征在于，其由必要成分和調(diào)節(jié)成分 組成;所述必要成分包括45~95wt %的彈性體基體及0.1~20wt %的導(dǎo)電相;所述調(diào)節(jié)成分 包括以質(zhì)量百分比計(jì)〇~40wt%的有機(jī)溶劑及O~2wt%的助劑； 其中，所述彈性體基體可采用聚氨酯、硅橡膠、聚丙烯酸酯或彈性嵌段共聚物;所述導(dǎo) 電相可采用炭黑、碳納米管、碳纖維、導(dǎo)電石墨或石墨烯、金粉、銀粉、鎳粉或本征型導(dǎo)電聚 合物;所述有機(jī)溶劑可采用石油醚、硅油、醇或烷烴類溶劑;所述助劑可采用乙氧基化烷基 胺、硫酸酯、季銨鹽或鈦酸偶聯(lián)劑。2. -種權(quán)利要求1所述的用于柔性織物傳感器制備的導(dǎo)電漿料的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟： 步驟1)、將所述必要成分和調(diào)節(jié)成分按照質(zhì)量百分比換算成所需稱量的質(zhì)量，稱重后 預(yù)混成混合衆(zhòng)料； 步驟2 )、將預(yù)混好的混合漿料倒入分散設(shè)備中進(jìn)行分散共混，使該混合漿料體系中的 導(dǎo)電相分散均勻，待共混完成后將共混得到的導(dǎo)電漿料進(jìn)行收集； 步驟3)、將共混得到的用于制備柔性織物傳感器的導(dǎo)電漿料注入模具進(jìn)行加熱，固化 制成板狀，并測量該板狀材料的邵氏硬度和電阻率； 步驟4)、所得導(dǎo)電漿料通過一定工藝，用于制備柔性織物傳感器； 其中，所述工藝可采用粘合、涂覆、層壓、絲網(wǎng)印刷、網(wǎng)版印刷或填充。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中制成的所述板狀材料的 邵氏硬度范圍為20~45HA，電阻率范圍為9.OXlO~I.OXIO iqQ · cm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中制成的所述柔性織物傳 感器的電阻初值的范圍為10~1.0XlO 4Ω。
【文檔編號】D06M15/564GK105887490SQ201610126049
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月4日
【發(fā)明人】王楊勇, 張仲仲, 王飛, 葉瀚澤, 王廣峰
【申請人】珠海安潤普科技有限公司