弹性导线及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种弹性导线及其制备方法，所述制备方法包括步骤：将预拉伸的弹性纤维的第一端、第二端固定；将碳纳米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐渐缠绕于所述弹性纤维上，形成第一层碳纳米管薄膜；得到所述弹性导线。与现有技术相比，本发明专利技术具有以下有益效果：通过将弹性纤维进行预拉伸，再将碳纳米管薄膜缠绕于该预拉伸的弹性纤维上，可使制得的弹性导线具有高弹性及高拉伸率（拉伸可达到300%）；且使弹性导线不会随着拉伸而使碳纳米管薄膜的接触点大量衰减，进而减小拉伸过程中的电阻变化率；该制备方法简单且成本低，利于产业化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及弹性导线
，特别涉及一种弹性导线及其制备方法。
技术介绍
随着物联网以及可穿戴技术的发展，柔性、可伸缩器件是电子器件发展的主流趋势，其中弹性导线是柔性器件发展的关键材料，近年来受到人们的广泛关注。目前市场上使用的弹性导体主要是各类金属丝和硅基电子，但是金属丝柔性和弹性较差，在功能智能应用方面体现出了越来越多的不适应性。硅基电子虽然在小型化、高集成度和高速度方面取得了很多的成果，但是硅基电路板是基于平面结构的，具有不可弯折、不可拉伸的缺点，这在很大程度上限制了电子器件的应用。针对这些问题，近年来，许多研究人员采用各种方法制备了形式多样的弹性导体，包括：（1）将传统金属导线缠绕在弹性载体上，虽然可以实现一定程度上的拉伸或弯折，但是由于传统金属导线由于其自身刚性、不耐弯折等缺陷，·在使用过程中容易出现断裂；（2）将导电材料（如炭黑、金属粉末）直接同弹性聚合物混合得到弹性导线，但由于弹性聚合物的存在，此类导线均存在电阻高、导电效率低的缺陷，而且此类导线的拉伸性能也较差。近些年，纳米技术飞速发展，碳纳米管材料具有非常高的力学性能和导电性能，近些年的众多研究成果表明，碳纳米管纤维在轻质、高强、高导电纤维材料的发展方面具有非常广泛的应用前景。然而目前由碳纳米管纤维制得的弹性导线虽然具有较好的导电性，但是它们的断裂长度却都小于5%。而且拉伸过程中电阻变化率大。因此，如何合理利用碳纳米管纤维的导电性能，解决目前弹性导线在导电率差、弹性低、拉伸过程电阻变化率大、耐疲劳等方面的困境也是一个重要课题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种弹性导线及其制备方法，该弹性导线具有导电率高、弹性佳、拉伸过程电阻变化小和抗疲劳性能好的优点，且其制备方法简单且成本低，利于产业化。为实现上述专利技术目的之一，本专利技术一实施方式提供了一种弹性导线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：将预拉伸的弹性纤维的第一端、第二端固定；将碳纳米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐渐缠绕于所述弹性纤维上，形成第一层碳纳米管薄膜；得到所述弹性导线。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述步骤“得到所述弹性导线”之前还包括步骤：将碳纳米管薄膜以第二螺旋升角缠绕于所述第一层碳纳米管薄膜上，形成第二层碳纳米管薄膜；其中，由所述第一端至所述第二端的方向上，所述第二层碳纳米管薄膜的螺旋方向与所述第一层碳纳米管薄膜的螺旋方向相反。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述第一螺旋升角和/或所述第二螺旋升角设置为小于等于10°。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述步骤“将碳纳米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐渐缠绕于所述弹性纤维上，形成第一层碳纳米管薄膜”包括：将碳纳米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐渐缠绕于所述弹性纤维上，形成第一层碳纳米管薄膜；于所述第一层碳纳米管薄膜表面涂敷导电聚合物乳状液。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述步骤“于所述第一层碳纳米管薄膜表面涂敷导电聚合物乳状液”包括：于所述第一层碳纳米管薄膜表面涂敷导电聚合物乳状液；通过加热以使所述导电聚合物乳状液固化。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述导电聚合物乳状液为聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯的一种或多种导电聚合物分散于水或乙醇中形成的乳状液。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述步骤“得到所述弹性导线”之前还包括步骤：于所述第一层碳纳米管薄膜和/或所述第二层碳纳米管薄膜表面涂敷有机溶剂，维持一时间段后加热；其中，所述有机溶剂为乙二醇、丙酮、乙醇的任一种。为实现上述专利技术目的之一，本专利技术一实施方式提供了一种弹性导线，所述弹性导线由如上所述的制备方法制得。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述弹性导线还包括包覆于其表面的弹性封装层，所述弹性封装层的材质设置为聚二甲基硅氧烷或高弹性聚氨酯。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1）通过将弹性纤维进行预拉伸，再将碳纳米管薄膜缠绕于该预拉伸的弹性纤维上，可使制得的弹性导线具有高弹性及高拉伸率（拉伸可达到300%）；2）且通过预拉伸弹性纤维，使弹性导线不会随着拉伸而使碳纳米管薄膜的接触点大量衰减，进而减小拉伸过程中的电阻变化率；3）该制备方法简单且成本低，利于产业化；4）通过设置多层碳纳米管薄膜，使多层碳纳米管薄膜交叉分布，并对每层碳纳米管薄膜进行致密化，增大接触点，使弹性导线导电率强、拉伸过程电阻变化率小；5）相邻两层碳纳米管薄膜间设置导电聚合物层，使弹性纤维具有导电率强、拉伸过程电阻变化率小、及电学稳定性强耐疲劳的优点。附图说明图1是本专利技术一实施方式的弹性导线的制备方法的流程图；图2是本专利技术第一实施例的弹性导线的制备方法的流程图；图3是于预拉伸率30%的弹性纤维上分别缠绕一层碳纳米管薄膜和两层碳纳米管薄膜时制备的弹性导线随拉伸程度的电阻变化曲线图；图4是本专利技术第二实施例的弹性导线的制备方法的流程图；图5是本专利技术第二实施例的弹性导线多次拉伸情况时随拉伸程度的电阻变化曲线图；图6是本专利技术第三实施例的弹性导线的制备方法的流程图；图7是本专利技术第三实施例的弹性导线多次拉伸情况时随拉伸程度的电阻变化曲线图；图8是本专利技术第四实施例的弹性导线的制备方法的流程图；图9是碳纳米管薄膜缠绕于预拉伸的弹性纤维时的制备示意图。具体实施方式以下将结合附图所示的具体实施方式对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。参看图1，图1是本专利技术一实施方式的弹性导线的制备方法的流程图。所述制备方法包括步骤：将预拉伸的弹性纤维的第一端、第二端固定；将碳纳米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐渐缠绕于所述弹性纤维上，形成第一层碳纳米管薄膜；得到所述弹性导线。本专利技术一实施方式的弹性导线的制备方法，通过将弹性纤维进行预拉伸，再将碳纳米管薄膜缠绕于该预拉伸的弹性纤维上，可使制得的弹性导线具有高弹性的同时，且不会随着拉伸而使碳纳米管薄膜的接触点大量衰减，进而减小拉伸过程中的电阻变化率；且该制备方法简单且成本低，利于产业化。其中，所述弹性纤维可设置为PU、TPU等超弹性聚合物纤维。所述制备方法中，在所述弹性纤维的可承受范围内，所述弹性纤维的预拉伸率越大，则制得的弹性导线的可拉伸性越强，弹性越大，相应地，拉伸过程中电阻变化也越小。所述弹性纤维包括沿其延伸方向相对分布的第一端和第二端，通过固定所述第一端和所述第二端可实现所述弹性纤维的预拉伸。为了方便说明，在本说明书中，定义从所述第一端至所述第二端的方向为第一方向。此外，在本说明书中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术一实施方式中，用于制备所述弹性导线的碳纳米管薄膜可以取自利用化学气相沉积法合成的可纺丝性碳纳米管阵列、或利用浮动生长法合成的碳纳米管薄膜、或其他柔性导电纤维。进一步地，所述制备方法还包括位于所述步骤“得到所述弹性导线”之前的步骤：将碳纳米管薄膜以第二螺旋升角缠绕于所述第一层碳纳米管薄膜上，形成第二层碳纳米管薄膜；其中，用于形成所述第一层碳纳米管薄膜和所述第二层碳纳米管薄膜的碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性导线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：将预拉伸的弹性纤维的第一端、第二端固定；将碳纳米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐渐缠绕于所述弹性纤维上，形成第一层碳纳米管薄膜； 得到所述弹性导线。

【技术特征摘要】
1.一种弹性导线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：将预拉伸的弹性纤维的第一端、第二端固定；将碳纳米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐渐缠绕于所述弹性纤维上，形成第一层碳纳米管薄膜； 得到所述弹性导线。2.根据权利要求1所述的弹性导线的制备方法，其特征在于，所述步骤“得到所述弹性导线”之前还包括步骤：将碳纳米管薄膜以第二螺旋升角缠绕于所述第一层碳纳米管薄膜上，形成第二层碳纳米管薄膜；其中，由所述第一端至所述第二端的方向上，所述第二层碳纳米管薄膜的螺旋方向与所述第一层碳纳米管薄膜的螺旋方向相反。3.根据权利要求2所述的弹性导线的制备方法，其特征在于，所述第一螺旋升角和/或所述第二螺旋升角设置为小于等于10°。4.根据权利要求2所述的弹性导线的制备方法，其特征在于，所述步骤“将碳纳米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐渐缠绕于所述弹性纤维上，形成第一层碳纳米管薄膜”包括：将碳纳米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐渐缠绕于所述弹性纤维上，形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈威艳，张骁骅，赵静娜，李清文，
申请(专利权)人：苏州捷迪纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32