一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料及其制备方法与流程

背景技术：

2.现阶段的研究中，有不少研发人员尝试将液态金属涂布于各种柔性或可伸缩的基材上，比如pet薄膜、pi薄膜、常规布料等，也有人尝试将液态金属分散在高分子基底中形成分散颗粒，比如在pdms材料或者pu材料中，然后通过拉伸的方式使这些液态金属赋予材料柔性和可拉伸的导电性能。3.虽然上述方法可以实现制备出柔性、可拉伸、导电材料，但仍存在一些缺陷。由于液态金属是以膜层的方式驻留于材料的表面或者微颗粒的形式存在高分子基底内部，其稳定性和可靠性仍存在较大问题。另外液态金属柔性导电材料有一大部分应用于可穿戴的电子材料领域，不可避免的要经受挤压、揉搓等外界破坏力，此时会影响液态金属在材料表面的附着，进而导致材料的导电性能受到影响。4.因此，研究一种廉价的、简单的、经外力破坏后导电性能基本不发生变化的材料成为一项重要任务。

技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料，包括无纺布、液态金属、tpu薄膜。6.作为一种优选的技术方案，所述的液态金属的原料选自镓、铟、铋、锡、铝、铜中的至少一种。7.作为一种优选的技术方案，所述的液态金属的原料选自镓、铟、锡；镓、铟、锡的质量百分比为65～70％：20～23％：8～12％。8.作为一种优选的技术方案，所述的液态金属的制备方法包括以下步骤：9.(1)将镓加入密闭烧瓶中，并置于水浴锅中加热到45～60℃，恒温加热5～15分钟，得到液态镓；10.(2)将步骤(1)得到的液态镓转入玻璃器皿中，加入铟、锡，在40～60℃条件下搅拌2～4小时，停止搅拌，保温10～20分钟，即得。11.作为一种优选的技术方案，所述的液态金属的熔点为8～12℃。12.作为一种优选的技术方案，所述的液态金属的熔点为10℃。13.本发明的第二方面提供了一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料的制备方法，包括以下步骤：14.s1：将无纺布浸泡于氢氧化钠水溶液中1～3小时，然后用紫外臭氧清洗机清洗0.5～1.5小时，备用；15.s2：将s1步骤处理后的无纺布浸没于液态金属中，超声2～5小时；得到液态金属无纺布；16.s3：将s2步骤得到的液态金属无纺布裁剪，接电线，密封于两块带有tpu薄膜的无纺布上，即得。17.作为一种优选的技术方案，s1步骤所述的氢氧化钠水溶液的摩尔浓度为0.5～2mol/l。18.作为一种优选的技术方案，s2步骤中所述的超声操作控制功率为200～260w，频率为30～50khz。19.作为一种优选的技术方案，s2步骤中所述的超声操作控制功率为240w，频率为40khz。20.有益效果：经本技术制备的液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料具有较好的拉伸强度和导电性能，并且经过性能测试显示，经本技术制备的材料揉搓100前和100次后的电阻相差在0.5ω以内，充分体现了材料的耐揉搓性能。具体实施方式21.为了解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料，包括无纺布、液态金属、tpu薄膜。22.无纺布，型号r01，购于广州正德无纺布有限公司。23.tpu薄膜24.tpu薄膜是在tpu颗粒料基础上，经压延、流延、吹膜、涂覆等特殊工艺制成的薄膜。25.tpu(thermoplastic polyurethanes)，热可塑性tpu弹性体，是由含nco官能基的mdi与含oh官能基的聚合物，经押出混炼而制成，由于弹性好、物性佳、各种机械强度都很好，因此，广泛用于射出、押出、压延及溶解成溶液型树脂等加工方式，是塑胶加工业者经常使用的塑胶材料，其制成产品涵盖了工业应用和民用必需品的范围。26.本技术中所述的tpu薄膜无特别限制，可自制也可购买，本技术中的tpu薄膜为购买，型号685a，购于德国巴斯夫；27.在一些优选的实施方式中，所述的液态金属的原料选自镓、铟、铋、锡、铝、铜中的至少一种。28.在一些优选的实施方式中，所述的液态金属的原料选自镓、铟、锡。29.镓30.镓(gallium)是灰蓝色或银白色的金属，元素符号ga，原子量69.723。镓的熔点很低，但沸点很高。纯液态镓有显著的过冷的趋势，在空气中易氧化，形成氧化膜。31.铟32.铟，是一种银白色并略带淡蓝色的金属，元素符号in，质地非常软，能用指甲刻痕。可塑性强，有延展性，可压成片。金属铟主要用于制造低熔合金、轴承合金、半导体、电光源等的原料。33.锡34.锡(tin，元素符号sn)是一种金属元素，无机物，普通形态的白锡是一种有银白色光泽的的低熔点金属，在化合物中是二价或四价，常温下不会被空气氧化，自然界中主要以二氧化物(锡石)和各种硫化物(例如硫锡石)的形式存在。35.在一些优选的实施方式中，所述的镓、铟、锡的质量百分比为65～70％：20～23％：8～12％。36.在一些优选的实施方式中，所述的镓、铟、锡的质量百分比为68.5％：21.5％：10％。37.在一些优选的实施方式中，所述的液态金属的制备方法包括以下步骤：38.(1)将镓加入密闭烧瓶中，并置于水浴锅中加热到45～60℃，恒温加热5～15分钟，得到液态镓；39.(2)将步骤(1)得到的液态镓转入玻璃器皿中，加入铟、锡，在40～60℃条件下搅拌2～4小时，停止搅拌，保温10～20分钟，即得。40.在一些优选的实施方式中，所述的液态金属的熔点为8～12℃。41.在一些优选的实施方式中，所述的液态金属的熔点为10℃。42.本发明的第二方面提供了一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料的制备方法，包括以下步骤：43.s1：将无纺布浸泡于氢氧化钠水溶液中1～3小时，然后用紫外臭氧清洗机清洗0.5～1.5小时，备用；44.s2：将s1步骤处理后的无纺布浸没于液态金属中，超声2～5小时；得到液态金属无纺布；45.s3：将s2步骤得到的液态金属无纺布裁剪，接电线，密封于两块带有tpu薄膜的无纺布上，即得。46.紫外臭氧清洗机，型号sk～040～700p，购于深圳市三昆科技有限公司。47.在一些优选的实施方式中，s1步骤所述的氢氧化钠水溶液的摩尔浓度为0.5～2mol/l。48.在一些优选的实施方式中，s2步骤中所述的超声操作控制功率为200～260w，频率为30～50khz。49.在一些优选的实施方式中，s2步骤中所述的超声操作控制功率为240w，频率为40khz。50.在实验过程中，申请人发现选择镓、铟、锡制备液态金属，可以增强无纺布抵抗外力破坏和导电性能。申请人推测可能的原因是：经过氢氧化钠浸泡的无纺布，其表面纤维会发生毛躁、粗糙的变化，将申请制备的镓铟锡液态金属在超声状态下负载于纤维内部，既为液态金属负载提供了位点，同时保证了镓铟锡液态金属分布均匀性，从而保证了整个纤维表面之间的导电联结性，降低了界面的热阻，在提高抵抗外界破坏的同时还提高了材料的导电性能。51.发明人进一步发现，控制镓、铟、锡的质量百分比为68.5％：21.5％：10％时，在超声功率为240w、频率为40khz时，可以保证液态金属在无纺布表面的稳定性。申请人推测可能是因为：超声过程中产生的热量会迅速传导给负载液态金属的无纺布，增强了分子热运动的频率和无序性，同时在超声作用下，增强了无纺布的致密性，增强了纤维对液态金属的束缚，从而提高了液态金属的在无纺布表面的稳定性。但是申请人同时意外发现，提高超声功率不但不会减少超声时间，反而会使液态金属在无纺布表面渗出，影响液态金属的负载，进而影响材料的耐揉搓性能和导电性能；另一方面，申请人发现选择镓的质量百分比大于70％制备形成的液态金属在超声过程中会全部与无纺布分离；采用超声频率低于30khz时，产生的空化效应可能导致纤维内部结构损害，影响材料的耐揉搓性能。52.通过以上申请人大量创造性实验探究，经本技术研究的配方和方法是最优化的方法，改变液态金属的组成、配比、改变制备工艺的参数、方法、顺序均影响本技术制备材料的性能，导致实现不了本技术中性能测试结果显示的揉搓100前和100次后的电阻相差在0.5ω以内这样的效果。53.下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明的作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。54.另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。55.实施例56.实施例157.一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料，包括无纺布、液态金属、tpu薄膜。58.所述的液态金属的原料选自镓、铟、锡；镓、铟、锡的质量百分比为68.5％：21.5％：10％。59.液态金属的制备方法包括以下步骤：60.(1)将上述规定质量的镓加入密闭烧瓶中，并置于水浴锅中加热到50℃，恒温加热10分钟，得到液态镓；61.(2)将步骤(1)得到的液态镓转入玻璃器皿中，加入上述规定质量的铟、锡，在50℃条件下搅拌3小时，停止搅拌，保温10分钟，即得。62.tpu薄膜为购买，型号685a，购于德国巴斯夫；63.一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料的制备方法，包括以下步骤：64.s1：将无纺布浸泡于氢氧化钠水溶液中1小时，然后用紫外臭氧清洗机清洗1小时，备用；65.s2：将s1步骤处理后的无纺布浸没于液态金属中，超声3小时；得到液态金属无纺布；66.s3：将s2步骤得到的液态金属无纺布裁剪，接电线，密封于两块带有tpu薄膜的无纺布上，即得。67.s1步骤中氢氧化钠水溶液的摩尔浓度为1mol/l。68.无纺布，型号r01，购于广州正德无纺布有限公司；紫外臭氧清洗机，型号sk～040～700p，购于深圳市三昆科技有限公司。69.实施例270.一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料，其具体实施方式同实施例1，与实施例1不同的是液态金属镓、铟、锡的质量百分比为75％：20％：5％。71.实施例372.一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料，其具体实施方式同实施例1，与实施例1不同的是液态金属的原料选自镓、铟，购于苏州海川稀有金属制品有限公司。73.实施例474.一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料，其具体实施方式同实施例1，与实施例1不同的是液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料的制备方法中s2步骤中超声功率为500w。75.实施例576.一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料，其具体实施方式同实施例1，与实施例1不同的是液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料的制备方法中s2步骤超声频率为20khz。77.实施例678.一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料，其具体实施方式同实施例1，与实施例1不同的是液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料的制备方法中s2步骤中超声频率为50khz。79.实施例780.一种液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料，其具体实施方式同实施例1，与实施例1不同的是液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料的制备方法中s1步骤中氢氧化钠水溶液的摩尔浓度为5mol/l。81.性能测试：82.1.拉伸性能测试：将实施例1～7制备的材料用于拉伸性能测试，测试方法参照gb/t 13022-1991，并将测试结果统计于下表1。83.2.耐揉搓性能测试：将实施例1～7制备的材料用于耐揉搓性能测试，测试方法参照gb/t 19789-2005，规定揉搓前后材料表面电阻相差≤0.5ω记为耐揉搓性能为优；揉搓前后表面电阻相差在0.5～1.0ω之间记为良；揉搓前后表面电阻相差＞1ω记为差，并将测试结果统计于下表1。84.表1：85.实验拉伸强度/mpa耐揉搓性能实施例15.3优实施例21.2良实施例31.7差实施例42.1差实施例50.9差实施例61.4良实施例70.4差86.3.导电性能测试：将实施里1制备的材料在5v电压下，使用maisheng品牌的直流电源，型号为mp6020d测试表面电流，根据欧姆定律，计算出材料的电阻。87.电路总长度l：2030mm；88.电路宽度d：7mm；89.电路厚度n：0.25mm；90.电路截面积s：1.75mm2；91.根据公式r(电阻)＝ρl/s，电阻率ρ＝rs/l＝4.48×10-6ω/m92.经过以上性能测试可知，经本技术制备的液态金属口罩无纺布耐揉搓导电材料具有较好的拉伸性能和耐揉搓性能，并且制备的材料具有较好的导电性能，具有广泛应用前景。93.最后指出，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。