一种高强耐磨应变传感纤维的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高强耐磨应变传感纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将碳纳米管膜与聚合物树脂进行复合，得到与聚合物树脂复合的碳纳米管膜；步骤2：将步骤1得到的与聚合物树脂复合的碳纳米管膜进行加捻，得到碳纳米管复合纱线；步骤3：将步骤2的得到的碳纳米管复合纱线进行固化，即得高强耐磨应变传感纤维。本发明专利技术采用的传感纤维具有良好的力学、电学、传感性能，聚合物涂层赋予纱线良好的耐磨和绝缘性能，适用于编织成绳、网以及其它织物结构，用于监测纺织结构的力学状态。本发明专利技术的方法简单，适合于工业化生产，在军用和民用等领域具有广泛的应用前景。

Preparation of a High Strength Wear Resistance Strain Sensing Fiber

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐磨应变传感纤维的制备方法
本专利技术属于新材料的领域，涉及一种高强耐磨应变传感纤维的制备方法。
技术介绍
传统的应变传感材料多为金属或陶瓷材料，具有笨重且质地较硬的缺陷。将传统应变传感材料加工成纤维结构，也很难获得柔韧的性能，无法应用编织领域。碳纳米管具有优异的力学电学性能和特殊的压阻效应，即：在拉伸和压缩情况下电阻会发生变化。因此，有学者将碳纳米管粉末与聚合物混合后涂层在纱线或者织物上，从而获得应变传感的效果。但是碳纳米管的尺寸是在纳米量级，在与聚合物混合时，碳纳米管不能均匀的分散开并且不能大量添加。所以碳纳米管涂层纱线的应变传感效果有限，线性度较差；而且在拉伸和摩擦过程中，功能涂层容易脱落。通过浮动催化法获得的碳纳米管纤维材料是纯碳纳米管的集合体，具有优异的力学和传感性能。但是该方法获得的碳纳米管纤维直径通常在5-50微米，断裂强力和耐磨性都较差，无法直接用于编织工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强耐磨应变传感纤维的制备方法，以碳纳米管膜为原料，通过树脂复合和加捻工艺制备，高温固化后获得综合性能优异的应变传感纤维。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种高强耐磨应变传感纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将碳纳米管膜与聚合物树脂进行复合，得到与聚合物树脂复合的碳纳米管膜；步骤2：将步骤1得到的与聚合物树脂复合的碳纳米管膜进行加捻，得到碳纳米管复合纱线；步骤3：将步骤2的得到的碳纳米管复合纱线进行固化，即得高强耐磨应变传感纤维。优选地，所述步骤1中碳纳米管膜的厚度为5～50μm，宽度为0.5～5cm，通过调控碳纳米管膜的厚度和宽度来调节碳纳米管纱线的直径尺寸。优选地，所述步骤1中聚合树脂为环氧树脂，聚乙烯醇树脂，聚氨酯树脂和聚酰胺树脂中的任意一种。优选地，所述步骤1中碳纳米管膜与聚合物树脂进行复合具体为：将碳纳米管膜浸渍到聚合物树脂溶液中1～500s，浸渍时间根据聚合物树脂溶液粘度和种类进行选择。更优选地，所述聚合物树脂溶液可采用丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚和乙二醇双缩水甘油醚等活性稀释剂的任意一种或几种或者采用水、苯、乙醇、丙酮、丁醇和二丁酯等非活性稀释剂的任意一种或几种对聚合物树脂进行稀释得到；所述聚合物树脂溶液的粘度应该控制在100～300mPa.s之间。优选地，所述步骤2中加捻的捻度范围在0.1～100/厘米，捻回角度范围在10～70度。优选地，所述步骤2中碳纳米管复合纱线的直径范围为30～500μm。优选地，所述步骤3中碳纳米管复合纱线中聚合物树脂的固化时间、温度、压力等条件由所选择的粘合剂和树脂决定。本专利技术采用的传感纤维具有良好的力学、电学、传感性能和柔性，聚合物涂层赋予纱线良好的耐磨和绝缘性能，适用于编织成绳、网以及其它织物结构，用于监测纺织结构的力学状态。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的碳纳米管膜卷纱的制备解决了碳纳米管纤维直径细，可织性差的缺点，同时制备的膜卷纱还能任意控制纱线的直径，以满足不同条件的需求。2.本专利技术采用树脂涂层或其他物质涂层处理，可以使纱线具有耐高温、高绝缘、耐辐射等特点，能够有效保护碳纳米管纱线的性能稳定。3.本专利技术所述的应变传感纤维可用于编织不同结构的纺织品，使其获得力感应能力。4.本专利技术提出的方法简单，适用于工业化生产。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1本实施例提供了一种高强耐磨应变传感纤维，具体制备步骤如下：:步骤1：将厚度10μm，纯度>90％的碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)裁剪为长50cm、宽2cm的长条后浸渍到聚酰亚胺树脂溶液(常熟佳发化学有限责任公司，型号：PI-84)中10s，使树脂均匀的涂覆在碳纳米管的表面，得到与聚合物树脂复合的碳纳米管膜；步骤2：将步骤1得到的与聚合物树脂复合的碳纳米管膜进行加捻，纱线捻度为10/厘米，捻回角度为30度，加捻后将膜卷纱通过导纱针，刮去碳纳米管复合纱表面的多余树脂，得到碳纳米管复合纱线；步骤3：将步骤2的得到的碳纳米管复合纱线两端固定后，放置在烘箱中烘干固化，固化温度80℃，固化时间2h后自然冷却，即得高强耐磨应变传感纤维。制备得高强耐磨应变传感纤维的直径为210μm，断裂强力为5.5牛顿，传感系数为3.3。实施例2本实施例提供了一种高强耐磨应变传感纤维，具体制备步骤如下：:步骤1：将厚度10μm，纯度>90％的碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)裁剪为长50cm、宽3cm的长条后浸渍到聚乙烯醇树脂溶液中5～10s，使树脂均匀的涂覆在碳纳米管的表面，得到与聚合物树脂复合的碳纳米管膜；其中，聚乙烯醇树脂溶液的配制：称取5g聚乙烯醇颗粒(日本可乐丽株式会社，牌号PVA205)，溶剂选取水和乙醇，其中水和乙醇的比例为4：1，量取80mL的水和20mL的乙醇，在搅拌机上以95℃、转速400r/min，持续8～10h，直至聚乙烯醇颗粒完全溶解，得到5wt％的聚乙烯醇树脂溶液。步骤2：将步骤1得到的与聚合物树脂复合的碳纳米管膜进行加捻，纱线捻度为10/厘米，捻回角度为20度，加捻后将膜卷纱通过导纱针，刮去碳纳米管复合纱表面的多余树脂，得到碳纳米管复合纱线；步骤3：将步骤2的得到的碳纳米管复合纱线两端固定后，放置在烘箱中烘干固化，固化温度60℃，固化时间6h后自然冷却，即得高强耐磨应变传感纤维。制备得高强耐磨应变传感纤维的直径为330μm，断裂强力为8.7牛顿，传感系数为4.5。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强耐磨应变传感纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将碳纳米管膜与聚合物树脂进行复合，得到与聚合物树脂复合的碳纳米管膜；步骤2：将步骤1得到的与聚合物树脂复合的碳纳米管膜进行加捻，得到碳纳米管复合纱线；步骤3：将步骤2的得到的碳纳米管复合纱线进行固化，即得高强耐磨应变传感纤维。

【技术特征摘要】
1.一种高强耐磨应变传感纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将碳纳米管膜与聚合物树脂进行复合，得到与聚合物树脂复合的碳纳米管膜；步骤2：将步骤1得到的与聚合物树脂复合的碳纳米管膜进行加捻，得到碳纳米管复合纱线；步骤3：将步骤2的得到的碳纳米管复合纱线进行固化，即得高强耐磨应变传感纤维。2.如权利要求1所述高强耐磨应变传感纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1中碳纳米管膜的厚度为5～50μm，宽度为0.5～5cm。3.如权利要求1所述高强耐磨应变传感纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1中聚合树脂为环氧树脂，聚乙烯醇树脂，聚氨酯树脂和聚酰胺树脂中的任意一种。4.如权利要求1所述高强耐磨应变传感纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1中碳纳米管膜与聚合物树脂进行复合具体为：将碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：许福军，夏琪，冯江涵，何艺，周展，徐丹瑶，白耘菲，刘晗，郑佳琳，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31