CN111138835B - 多孔抗冲击tpu复合压力传感材料，制备方法及应用 - Google Patents

多孔抗冲击tpu复合压力传感材料，制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法，包括如下步骤：(1)、将热塑性聚氨酯、导电材料和有机溶剂配置成均匀的混合溶液；(2)、混合溶液通过蒸汽诱导相分离法处理，得到成型的TPU复合压力传感材料；(3)、成型的TPU复合压力传感材料先用醇多次洗涤，然后用水多次洗涤，再冷冻干燥，得到多孔抗冲击TPU复合压力传感材料。步骤(1)的混合溶液中，TPU与有机溶剂的质量体积比为1g：(1～10)mL。本发明的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料同时兼具良好的机械性能、高敏感因子和优异的抗冲击吸能性能。且本发明的制备方法工艺简单，质量可控性高，生产成本低。

Description

多孔抗冲击TPU复合压力传感材料，制备方法及应用
技术领域
本发明属于压力传感器技术领域，尤指一种多孔抗冲击TPU复合压力传感材料，制备方法及应用。
背景技术
随着人工智能和机器人技术的快速发展，压力传感器被广泛应用于人体运动检测、生物信号传感和可穿戴检测器等领域。制备压力传感器的材料通常有金属或硅基复合材料、导电聚合物复合材料。不同于传统的金属或硅基复合材料，导电聚合物复合材料制备的压力传感器由于其良好的机械性能、形变性能、易加工性能、导电性能可调和低密度等优点而备受关注。制备导电聚合物复合材料的常规方法是在聚合物中引入导电填料，其中导电填料可以是碳粉、碳纤维、碳纳米管、石墨烯或金属颗粒等。导电聚合物复合材料中，三维多孔导电聚合物复合材料因各向同性和多孔结构能提高复合材料的形变能力和力阻变化的敏感性而更佳。然而，现有技术中的三维多孔导电聚合物复合材料存在如下缺陷：
(一)、许多应力传感复合材料中导电填料与聚合物基底的结合力比较弱，在长期使用过程中导电填料容易从结构中脱落导致导电材料性能降低。
(二)、三维多孔导电聚合物复合材料的制备工艺复杂，制造成本高。现有技术中，通常采用冷冻干燥法形成多孔导电聚合物复合材料，然而冷冻干燥法使溶剂结冰，形成一层冰一层聚合物的结构，干燥后形成不规则的通孔，其机械强度欠佳，导致导电性能稳定性欠佳，且抗冲击吸能性能欠佳。例如：Composites Science and Technology 149(2017)166e177中，采用定向冷冻法，得到的TPU复合材料在形变量为10-50％范围时的压缩强度仅为20-100Kpa。
(三)、由于三维多孔导电聚合物复合材料制备的应力传感器通常依靠结构形变和聚合物基底本身的物理性能来吸收来自外力的冲击，因此抗冲击性是可穿戴应力传感器需要考虑的一个重要性能。然而现有的三维多孔聚合物复合应力传感器注重导电性能(即应力传感)的研究，鲜有考虑其吸能抗冲击性能，因此，现有的三维多孔聚合物复合应力传感器的吸能抗冲击性能欠佳。
综上所述，有必要研发新的多孔三维导电聚合物复合材料，以克服现有技术中的上述技术问题。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种多孔抗冲击TPU复合应力传感材料的制备方法，具有优异的机械性能和高敏感因子，创新地提出了抗冲击吸能防护及应力传感一体的概念，以克服现有技术中的上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将热塑性聚氨酯、导电材料和有机溶剂配置成均匀的混合溶液；
(2)、步骤(1)的混合溶液通过蒸汽诱导相分离法处理，得到成型的TPU复合压力传感材料；
(3)、步骤(2)的成型的TPU复合压力传感材料先用醇多次洗涤，然后用水多次洗涤，再冷冻干燥，得到多孔抗冲击TPU复合压力传感材料；
所述步骤(1)的混合溶液中，所述TPU与有机溶剂的质量体积比为1g：(1～10)mL。
需要说明的是，本发明的所述步骤(1)中，所述导电材料的加入是必须的，只有加入导电材料才能实现压力传感的功能。本领域技术人员根据常识可合理选择所述导电材料的加入量。
优选地，本发明中，所述导电填料的加入量为TPU质量的1～30wt％。
本发明的所述步骤(1)中，不限制所述热塑性聚氨酯、导电材料和有机溶剂形成混合溶液的具体方法。优选地，所述步骤(1)中，先将配方量的TPU溶于有机溶剂中，混合均匀，然后再加入配方量的导电材料，并分散均匀，得到所述混合溶液。
根据本发明，所述有机溶剂的沸点高于所述蒸汽诱导相分离法采用的诱导溶剂的沸点，所述有机溶剂为TPU的良性溶剂，所述诱导溶剂为TPU的不良溶剂。
优选地，所述有机溶剂不限制地选自N’N-二甲基乙酰胺、N’N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和甲苯中的一种或多种；所述诱导溶剂不限制地选自水、乙醇、甲醇和四氢呋喃中的一种或几种。
所述步骤(2)中，所述蒸汽诱导相分离法处理具体包括如下步骤：
将步骤(1)的混合溶液置于容器内，并将容器置于底部盛满诱导溶剂的干燥器中，然后在密闭条件下进行蒸汽诱导相分离5～15天。
优选地，所述TPU与有机溶剂的质量体积比为1g：(2～5)mL。
优选地，所述导电填料选自碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、炭黑粉末和导电金属粉末中的一种或几种。其中，所述导电金属粉末为铝粉、铁粉等导电金属粉末。
进一步优选地，所述导电填料为碳纳米管。
优选地，所述导电填料的加入量为TPU质量的2～10wt％。在上述导电填料的加入范围内，制备得到的TPU复合压力传感材料具有良好的机械性能，且敏感因子高，抗冲击吸能性能好。且导电填料的加入量适中，导电材料的成本降低。
进一步优选地，所述导电填料的加入量为TPU质量的2～8wt％。
本发明的第二个目的是提供上述多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法制备的多孔抗冲击TPU复合材料。
根据本发明，所述多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的平均孔径大小范围为20～80μm，优选为20～50μm。
根据本发明，所述多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的多孔基本为圆孔，均匀分布在TPU基底内。
根据本发明，所述多孔抗冲击TPU复合压力传感材料在10％到40％的形变范围内的压缩强度为0.03～2.73MPa，因此具有优异的机械性能。
本发明的第三个目的是提供上述多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的应用。所述多孔抗冲击TPU复合压力传感材料作为压力传感材料用于制备压力传感器。
需要说明的是，本发明中蒸汽诱导相分离的原理：本发明中采用的有机溶剂为TPU的良性溶剂，诱导溶剂为TPU的不良溶剂，且诱导溶剂的沸点低于有机溶剂的沸点。在密闭的干燥器中，低沸点的诱导溶剂挥发至干燥器上部空间，随着诱导溶剂浓度的增加，诱导溶剂形成小液滴，掉落至含有TPU的混合溶液内，掉落至混合溶液内的小液滴仍然保持液滴的圆形。由于不良溶剂的加入改变了良性溶剂体系的性质，因此混合溶液中随着诱导溶剂小液滴的增多，TPU不断析出，固化成型。
当采用醇类物质进行洗涤时，有机溶剂大部分被洗涤掉；当采用蒸馏水进行洗涤时，醇类物质和诱导溶剂被洗涤掉；得到已经具有分布均匀的圆形多孔的TPU复合压力传感材料。然后将已经具有多孔结构的TPU复合压力传感材料冷冻干燥，以除去TPU复合压力传感材料内部残留的少量有机溶剂和水。
本发明采用蒸汽诱导相分离得到的多孔为圆孔，且分布均匀，导电填料分布在经蒸汽诱导相分离产生的多孔周围，在多孔TPU复合材料受到外部应力而压缩的过程中，由于分布均匀，使得多孔很容易与相邻的多孔的边界相接，增加的边界相接处增加了复合材料中导电路径的数量，且导电路径随着压缩程度的增加而增加，从而表现出高敏感因子的特性。
需要说明的是，通常，混合溶液中TPU的浓度越高，混合溶液的粘度越大。TPU的浓度越低，混合溶液的粘度越小。当TPU与有机溶剂的质量体积比达到1g:1mL(即TPU的浓度较高)时，诱导溶剂小液滴滴入装有混合溶液的容器内，很难进入混合溶液内部，因此形成的多孔数量较少，孔径较小。当TPU与有机溶剂的质量体积比低于1g:10mL(即TPU的浓度较低)时，诱导溶剂小液滴滴入装有混合溶液的容器内，很容易进入混合溶液内部，相邻的小液滴很容易聚合成大液滴，因此得到的多孔TPU复合材料的孔径较大，均一性较差。因此，本发明通过控制混合溶液中TPU的含量，可通过蒸汽诱导相分离法控制多孔的孔径大小。
本发明的积极进步效果在于：
(1)、本发明的多孔抗冲击TPU复合应力传感材料的制备方法，含有TPU和导电材料的混合溶液通过蒸汽诱导相分离方法处理后，经洗涤、冷冻干燥去除溶剂和水后得到多孔抗冲击TPU复合应力传感材料，该材料兼具良好的机械性能、高敏感因子和优异的抗冲击吸能性能，可满足应力传感检测运动的同时具有优异的保护作用，是理想的应力传感材料。导电填料被包裹在TPU橡胶中，防止了应力传感材料使用过程中导电填料脱落的情况，因此即使应力传感材料长期使用，导电材料性能也很稳定。且首次考虑了复合应力传感材料的抗冲击吸能性能，以更适用于运动型复合应力传感器的制备。
(2)、本发明的多孔抗冲击TPU复合应力传感材料的制备方法，制备工艺简单，质量可控性高，生产成本低。
(3)、可通过添加的导电材料的量结合蒸汽诱导相分离法控制多孔的孔径大小，以调节TPU复合材料的机械性能、应力性能、敏感因子和抗冲击吸能性能。
附图说明
图1为实施例1样品的SEM图；
图2为实施例2样品的SEM图；
图3为实施例3样品的SEM图；
图4为实施例4样品的SEM图；
图5为实施例5样品的SEM图；
图6为实施例6样品的SEM图；
图7为实施例7样品的SEM图；
图8为实施例8样品的SEM图；
图9为实施例9样品的SEM图；
图10为应力应变曲线对比图。其中，A曲线表示纯TPU的应力应变曲线。B曲线表示实施例2的样品的应力应变曲线。C曲线表示实施例3的样品的应力应变曲线。D曲线表示对比例2的样品的应力应变曲线。
图11为实施例1、实施例2和对比例2的压缩强度和压缩模量比较图。
图12为实施例1的样品在不同时间条件下的电流值，以及受到不同形变量情况下的电流值变化。
图13为实施例2的样品在不同时间条件下的电流值，以及受到不同形变量情况下的电流值变化。
图14为纯TPU的静态应力应变曲线。
图15为对比例1的样品的静态应力应变曲线。
图16为实施例1的样品的静态应力应变曲线。
图17为实施例2的样品的静态应力应变曲线。
图18为动态应力应变曲线。
图19为纯TPU、对比例1多孔TPU及实施例1和实施例2的TPU复合压力传感材料的应变能量密度曲线。图中：
多孔TPU表示对比例1制备的TPU材料。2％-CNT-TPU表示实施例1的TPU复合压力传感材料。8％-CNT-TPU表示实施例2的TPU复合压力传感材料。
具体实施方式
以下实施例中：采用的原料均为市售。其中：
热塑性聚氨酯(TPU)购买自德国享斯迈，力学性能优异，具有较高的冲击功。
碳纳米管(CNT)购买自苏州碳丰石墨烯科技有限公司，电导率＞100S/cm。
碳纳米纤维购买自苏州碳丰石墨烯科技有限公司，电阻率约为0.0001mΩ·cm。
石墨烯购买自苏州碳丰石墨烯科技有限公司，电阻率约为0.001mΩ·cm。
应力应变曲线按照国标GB T528-2009方法测试。
实施例1、制备多孔抗冲击TPU复合应力传感材料
(1)、取10g TPU颗粒溶于90mL的N’N-二甲基乙酰胺中，混合均匀，再加入0.2g碳纳米管，并分散均匀，得到混合溶液；
(2)、将步骤(1)的混合溶液置于底部盛满水的干燥器中，密闭蒸汽诱导相分离5天，得到成型的TPU复合压力传感材料；
(3)、步骤(2)的成型的TPU复合压力传感材料用50mL乙醇洗涤2次，然后用100mL蒸馏水洗涤2次，接着将洗涤好的TPU复合压力传感材料于-80℃冰箱冷冻12h，后置于-72℃冷冻干燥机中保持72h，得到经过冷冻干燥处理的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料。
本实施例中，导电材料碳纳米管的加入质量为TPU质量的2wt％。TPU与有机溶剂N’N-二甲基乙酰胺的质量体积比为1g：9mL。
实施例2、制备多孔抗冲击TPU复合应力传感材料
(1)、取30g TPU颗粒溶于70mL的N’N-二甲基乙酰胺中，混合均匀，再加入2.4g碳纳米管，并分散均匀，得到混合溶液；
(2)、将步骤(1)的混合溶液置于底部盛满水的干燥器中，密闭蒸汽诱导相分离10天，得到成型的TPU复合压力传感材料；
(3)、步骤(2)的成型的TPU复合压力传感材料用50mL乙醇洗涤2次，然后用100mL蒸馏水洗涤2次，接着将洗涤好的TPU复合压力传感材料于-80℃冰箱冷冻12h，后置于-72℃冷冻干燥机中保持72h，得到经过冷冻干燥处理的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料。
本实施例中，导电材料碳纳米管的加入质量为TPU质量的8wt％。TPU与有机溶剂N’N-二甲基乙酰胺的质量体积比为30g：70mL，约1g：2.3mL。
实施例3、制备多孔抗冲击TPU复合应力传感材料
基本方案与实施例2相同，区别在于，所述步骤(1)中，加入3g碳纳米管，即加入的碳纳米管的质量为TPU质量的10wt％；
所述步骤(2)中，密闭蒸汽诱导相分离15天。
实施例4、制备多孔抗冲击TPU复合应力传感材料
基本方案与实施例2相同，区别在于，所述步骤(1)中，采用的有机溶剂为二甲基亚砜；所述步骤(2)中，诱导溶剂为乙醇。
实施例5、制备多孔抗冲击TPU复合应力传感材料
基本方案与实施例2相同，区别在于，所述步骤(1)中，取45g TPU颗粒溶于55mL的甲苯中；
所述步骤(2)中，诱导溶剂为四氢呋喃。
本实施例中，导电材料碳纳米管的加入质量为TPU质量的8wt％。TPU与有机溶剂甲苯的质量体积比为45g：55mL，约1g：1.2mL。
实施例6、制备多孔抗冲击TPU复合应力传感材料
基本方案与实施例2相同，区别在于，所述步骤(2)中，加入的导电材料为碳纳米纤维。
实施例7、制备多孔抗冲击TPU复合应力传感材料
基本方案与实施例2相同，区别在于，所述步骤(2)中，加入的导电材料为石墨烯。
实施例8、制备多孔抗冲击TPU复合应力传感材料
基本方案与实施例1相同，区别在于，所述步骤(1)中，取50g TPU颗粒溶于50mL的N’N-二甲基乙酰胺中，混合均匀，再加入4g的碳纳米管，并分散均匀，得到混合溶液；
所述步骤(2)中，密闭蒸汽诱导相分离15天；
本实施例中，导电材料碳纳米管的加入质量为TPU质量的8wt％。TPU与有机溶剂N’N-二甲基乙酰胺的质量体积比为50g：50mL，为1g：1mL。
实施例9、制备多孔抗冲击TPU复合应力传感材料
基本方案与实施例1相同，区别在于，所述步骤(1)中，取8g TPU颗粒溶于92mL的N’N-二甲基乙酰胺中，混合均匀，再加入0.16g的碳纳米管，并分散均匀，得到混合溶液；
即TPU与有机溶剂N’N-二甲基乙酰胺的质量体积比为1g：11.5mL。
对比例1、多孔TPU
基本方案与实施例2相同，区别在于，所述步骤(1)中，不加入导电材料。
对比例2、多孔TPU复合压力传感材料
(1)、取30g TPU颗粒溶于70mL的N’N-二甲基乙酰胺中，混合均匀，再加入2.4g碳纳米管，并分散均匀，得到混合溶液；
(2)、将步骤(1)的混合溶液于-80℃冰箱冷冻12h，后置于-72℃冷冻干燥机中保持72h，得到采用冷冻干燥法处理的多孔TPU复合压力传感材料。
实施例10、多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的电镜扫描及孔径大小分布
(一)、电镜扫描
实施例1-9的样品经电镜扫描，得到的SEM图像如图1至图9所示。
由图1至图19可以看出，实施例1-7制备的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料中多孔结构为基本为圆形的孔，且分布均匀。由图8可以看出，实施例8由于TPU与有机溶剂的质量体积比较大，因此，体系的粘度大，使得制备的TPU复合压力传感材料中多孔基本分布在表层，且形成的多孔较少。由图9可以看出，实施例9由于TPU与有机溶剂的质量体积比较小，因此，体系的粘度小，诱导溶剂小液滴滴入装有混合溶液的容器内，很容易进入混合溶液内部。相邻的小液滴聚合成大液滴，因此最终得到的多孔TPU复合材料的孔径较大，均一性较差。
(二)、孔径分布
分析实施例1-9的样品的平均孔径布，结果如表1所示。实施例8的孔隙不明显，在此不计算平均孔径。
表1、实施例1-9的样品的平均孔径
Figure BDA0002357456610000101
由表1的数据可知，实施例1-7制备的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的孔径大小在20～80μm。结合图1至图9可知，本发明制备的TPU复合压力传感材料具有均匀的孔径，且基本为圆孔，有助于应力传感的稳定性能。而结合图9可知，实施例9中含有较大的孔，孔径分布很不均匀。
实施例11、机械性能检测——压缩强度和模量检测
采用万能拉伸试验机检测实施例1-9，对比例2的样品的压缩强度和模量，同时以纯TPU作为对比，结果如表2和表3所示。纯TPU在10％，20％，30％，40％形变时的压缩强度分别为0.43MPa，1.67MPa，3.30MPa，5.44MPa，模量为5MPa。
表2实施例1-9，对比例2样品的压缩强度(MPa)
Figure BDA0002357456610000102
表3实施例1-9，对比例2样品的模量
Figure BDA0002357456610000111
其中，纯TPU、实施例2、实施例3和对比例2样品的应力应变曲线如图10所示，实施例2和实施例3和对比例2的模量柱形图如图11所示。
由表2、表3的数据及图10、图11可知，本发明的产品在形变量为10％-40％范围时，压缩强度为0.03-3.75MPa。其中，形变量为10％时的压缩强度为0.03-0.04MPa；形变量为20％时的压缩强度为0.15-0.81MPa；形变量为30％时的压缩强度为0.34-1.92MPa；形变量为40％时的压缩强度为0.78-3.75MPa。
对比实施例1-7和对比例2的压缩强度，当形变量为10％时，实施例1-7的样品的压缩强度为对比例2的样品的压缩强度的10～13.33倍；当形变量为20％时，实施例1-7的样品的压缩强度为对比例2的样品的压缩强度的15～81倍；当形变量为30％时，实施例1-7的样品的压缩强度为对比例2的样品的压缩强度的17～92倍；当形变量为40％时，实施例1-7的样品的压缩强度为对比例2的样品的压缩强度的19.5～93.75倍。
其中，对比例2的配方组分与实施例2相同，区别在于形成多孔的方法不同。由表2的结果可知，形变量为10％时，实施例2的样品的压缩强度为对比例2的样品的压缩强度的13.33倍；形变量为20％时，实施例2的样品的压缩强度为对比例2的样品的压缩强度的53倍；形变量为30％时，实施例2的样品的压缩强度为对比例2的样品的压缩强度的60.5倍；形变量为40％时，实施例2的样品的压缩强度为对比例2的样品的压缩强度的51倍。
由此可见，本发明的方法制备的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的压缩强度非常高，是采用现有冷冻法制备的TPU复合压力传感材料的压缩强度的10-81倍，因此，本发明的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料具有十分优异的机械性能。同时，由表2中实施例1-7的数据及图11可知，加入的导电材料的量从2wt％增加到8wt％，样品的压缩强度增大，说明本发明的技术方案条件下，加入的导电材料的量越多，机械性能更优。
另外，从表2中实施例8和9的数据可知，实施例8的样品内部具有很少的孔，因此，其压缩强度较大。实施例9由于内部形成大孔，且孔分布不均匀，因此其压缩强度交较小。
实施例12、压缩相变应力传感性能检测
(一)、采用电化学工作站检测实施例1-7样品不同时间条件下的电流值，以及受到不同形变量情况下的电流值变化。
其中，实施例1和2的结果如图12和图13所示。由图12和图13可以看出，实施例1，2制备的样品能够有效实现应力传感，且在受到压力产生形变的情况下，电流值急剧增加，压力作用消失后，电流值又快速恢复至原来水平。实施例1，2制备的样品的电流值基线平稳，即使是发生10％～40％的形变量，也能够快速恢复，说明本实施例的样品具有非常好的回弹性能。同时，还可以看出，导电材料的添加量从2wt％增加到8wt％时，其应力传感效果最好。
其他实施例的检测结果与实施例1，2类似。
(二)、采用电化学工作站检测实施例1-9样品，并根据测量结果计算样品在不同形变量下的电阻变化率和敏感因子，结果如表4和表5所示。
表4、不同形变量下的电阻变化率
Figure BDA0002357456610000121
表5、不同形变量下的敏感因子
Figure BDA0002357456610000131
由表4的数据可以看出，实施例8和实施例9的样品的电阻变化率明显小于实施例1-7制备的样品的电阻变化率。因此，实施例1-7的制备条件下制备的具有较优的电阻变化率。
由表5的数据可以看出，实施例1-7的样品的形变量为10％时，敏感因子处于2.6-9.0，形变量为20％时，敏感因子处于2.65-5.23。形变量为30％时，敏感因子处于2.17-3.65，形变量为40％时，敏感因子处于1.25-2.44。实施例8和实施例9的敏感因子明显小于本发明实施例1-7制备的样品的敏感因子。
由表4和表5的数据可知，本发明制备的产品微小的形变量即会发生较大的电阻率的变化，具有高敏感因子的特点，因此实施例1-7的方法制备的材料具有优异的应力传感性能，是一种良好的应力传感材料。
实施例13、抗冲击吸能试验
采用分离式霍普金森杆检测纯TPU、对比例1(多孔TPU，不添加CNT)、实施例1(多孔TPU复合压力传感材料，CNT添加量2wt％)和实施例2(多孔TPU复合压力传感材料，CNT添加量8wt％)的样品在静态冲击下的应力应变曲线，分别如图14至17所示；在动态冲击下的应力应变曲如图18所示，冲击速度为15±5m/s。静态和动态冲击下的应变能量密度如图19所示，冲击速度为15±5m/s。
对比图14至17可知，纯的TPU橡胶具有优异的弹性和力学性能，具有非常好的抗冲击吸能性能。对比例1的多孔TPU材料的抗冲击性能较纯TPU橡胶差。纯TPU具有最大的动态压缩强度，而对比例1未添加导电填料的多孔TPU动态压缩强度最小，但随着CNT添加量的增加，动态压缩强度逐渐增加。
对比图14-17和图18，在相同应变条件下，所有4个样品的动态冲击的压缩强度大于静态压缩强度。此外，参考图19，各样品的静态应变能量密度都小于动态应变能量密度。随着CNT添加量的增加，应变能量密度逐渐增加。其中当CNT加入量从2wt％增加到8wt％时，形变量为18％时的动态应变能量密度从0.24MJ/m3升高到0.33MJ/m3。对比例1的多孔TPU的动态应变能量密度仅为0.1MJ/m3。这充分表明随着导电填料的加入，本发明的TPU复合压力传感材料的抗冲击吸能性能逐步提高。对比例2冷冻法制备的多孔TPU复合应力传感材料在形变量为18％时应变能量密度仅为0.01MJ/m3，仅为本发明的应变能量密度的3～4％。
综上所述，本发明实施例1-7制备的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料具有优异的抗冲击吸能性能，非常适合于运动型的抗冲击应力传感器的制备。
综上所述，本发明的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料兼具良好的机械性能，具有优异的敏感因子，和优异的抗冲击吸能性能，是一种理想的应力传感材料，且特别适用于制备运动型的抗冲击应力传感器。

Claims (9)

1.多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、制备悬浮液：将热塑性聚氨酯、导电材料和有机溶剂配置成均匀的混合溶液；
(2)、步骤(1)的混合溶液采用诱导溶剂通过蒸汽诱导相分离法处理，得到成型的TPU复合压力传感材料；所述有机溶剂的沸点高于所述蒸汽诱导相分离法采用的诱导溶剂的沸点，且所述有机溶剂为TPU的良性溶剂，所述诱导溶剂为TPU的不良溶剂；所述有机溶剂选自N’N-二甲基乙酰胺、N’N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和甲苯中的一种或多种；所述诱导溶剂选自水、乙醇、甲醇和四氢呋喃中的一种或几种；
(3)、步骤(2)的成型的TPU复合压力传感材料先用醇洗涤，然后用水洗涤，再冷冻干燥，得到多孔抗冲击TPU复合压力传感材料；
所述步骤(1)的混合溶液中，所述TPU与有机溶剂的质量体积比为1g：1～10mL。
2.根据权利要求1所述的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法，其特征在于，所述导电填料的加入量为TPU质量的1～30wt％。
3.根据权利要求1所述的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述蒸汽诱导相分离法处理具体包括如下步骤：
将步骤(1)的混合溶液置于容器内，并将容器置于底部盛满诱导溶剂的干燥器中，然后在密闭条件下进行蒸汽诱导相分离5～15天。
4.根据权利要求1所述的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法，其特征在于，所述TPU与有机溶剂的质量体积比为1g：2～5mL。
5.根据权利要求1所述的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法，其特征在于，所述导电填料选自碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、炭黑粉末和导电金属粉末中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法，其特征在于，所述导电填料为碳纳米管。
7.根据权利要求1所述的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法，其特征在于，所述导电填料的加入量为TPU质量的2～10wt％。
8.权利要求1-6中任一项所述的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的制备方法制备的多孔抗冲击TPU复合材料。
9.权利要求8所述的多孔抗冲击TPU复合压力传感材料的应用，其特征在于，作为压力传感材料用于制备压力传感器。
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