碳纤维基智能织物及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳纤维基智能织物，所述碳纤维基智能织物包括织物层以及应变功能层，所述应变功能层由具有导电性的功能性浆料制备而成，所述功能性浆料包括树脂包覆碳纤维材料以及界面粘结材料。上述碳纤维基智能织物，采用树脂包覆碳纤维作为导电材料，加强了树脂包覆碳纤维与界面粘结材料之间的相容性，从而使制备的应变功能层与织物间的界面结合力显著提高，进而使基于该碳纤维基智能织物制得的应变传感器的灵敏度大大提升，满足实际应用的要求。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维基智能织物及其制备方法
本专利技术涉及应变传感材料
，涉及一种碳纤维基智能织物及其制备方法。
技术介绍
随着智能可穿戴电子设备的快速发展，柔性传感器受到广泛关注，它们预示着电子器件功能性与延展性新的发展方向，在智能纺织品、软机器人技术和实时结构健康监测等方面具有潜在应用。对于可拉伸传感器，无论采用何种方法，都必须将导电材料放置在柔性衬底上，以达到最大效果，但普遍存在灵敏度低、多次形变性能不稳定等缺点。因此寻求设计一种适用于柔性织物衬底和稳定性好的可拉伸应变传感器的制备方法，具有良好的现实意义和经济价值。虽然目前已经有研究报道，可以通过石墨导电片层包覆弹性纤维的方法制备柔性应变传感器，但由于石墨等碳材料与弹性纤维间界面结合力差，应变传感器的灵敏度(GaugeFactor,GF)仅为14.0，远远低于实际应用的要求。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的由于石墨等碳材料与弹性纤维界面结合力差，导致采用石墨导电片层包覆弹性纤维的方法制备的柔性应变传感器灵敏度不能满足实际应用的技术问题，本专利技术提出了一种碳纤维基智能织物及其制备方法。本专利技术提出的一种碳纤维基智能织物，所述碳纤维基智能织物包括织物层以及应变功能层，所述应变功能层由具有导电性的功能性浆料制备而成，所述功能性浆料包括树脂包覆碳纤维材料以及界面粘结材料。在其中一个实施例中，所述树脂包覆碳纤维材料为聚脲树脂包覆碳纤维材料；所述界面粘结材料为水性聚氨酯。在其中一个实施例中，所述织物为锦氨纶。本专利技术还提出了一种上述的碳纤维基智能织物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：碳纤维分散液制备步骤，将碳纤维分散至有机溶剂中，制得碳纤维分散液；树脂包覆碳纤维材料制备步骤，将包覆树脂单体与所述碳纤维分散液混合进行反应，烘干至恒重，制得所述树脂包覆碳纤维材料；功能性浆料制备步骤，将所述树脂包覆碳纤维材料与界面粘结材料混合，制得所述功能性浆料；碳纤维基智能织物制备步骤，通过泡沫法将所述功能性浆料整理到织物上，固化处理后制得碳纤维基智能织物。在其中一个实施例中，在所述碳纤维分散液制备步骤中，所述将碳纤维分散至有机溶剂中为将碳纤维以及乳化剂与有机溶剂混合，搅拌至均匀分散，于40℃～60℃温度条件下维持0.5h～1.5h。在其中一个实施例中，所述碳纤维与所述包覆树脂单体的重量比为100：(1～20)。在其中一个实施例中，在所述树脂包覆碳纤维材料制备步骤中，所述包覆树脂单体为甲苯-2,4-二异氰酸酯，所述反应时间为1h～2h。在其中一个实施例中，所述碳纤维与所述界面粘结材料的重量比为(9～5):(1～5)。在其中一个实施例中，在碳纤维基智能织物制备步骤之前，还包括织物预处理步骤，所述织物预处理步骤为将所述织物置于含有丙酮的索氏提取器中，于50℃～70℃回流2h～5h。在其中一个实施例中，所述固化处理的温度为60℃～80℃。上述碳纤维基智能织物，采用树脂包覆碳纤维作为导电材料，加强了树脂包覆碳纤维与界面粘结材料之间的相容性，从而使制备的应变功能层与织物间的界面结合力显著提高，进而使基于该碳纤维基智能织物制得的应变传感器的灵敏度大大提升，满足实际应用的要求。上述碳纤维基智能织物的制备方法，通过原位聚合法将树脂包覆在碳纤维上形成构筑应变功能层的导电成分，原位聚合法使生成的树脂包覆碳纤维具有良好的阻隔性能、机械性能，重量更轻，并且通过原位聚合形成的包覆结构能够增强树脂包覆碳纤维与界面粘结材料的相容性，进而增强树脂包覆碳纤维与织物的结合力，使由该碳纤维基智能织物制备的应变传感器具有更高的灵敏度、更宽的应变范围、更稳定的性能以及更长的使用寿命。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的CF@Polyurea以及CF的红外光谱图；图2为本专利技术实施例1制得的CF@Polyurea以及CF的X射线衍射图；图3为本专利技术实施例1制得的CF@Polyurea以及CF的热重分析图；图4为本专利技术实施例1制得的CF@Polyurea/WPU的应变功能层的扫描电镜图；图5为本发实施例1明制得的CF@Polyurea/WPU应变传感织物的拉伸感应性分析图；图6为本专利技术实施例1制得的CF@Polyurea/WPU应变传感织物的不同应变监测图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，但并不用于限定本专利技术。需要说明的是，本专利技术中所用的反应试剂均从市场上购买，且纯度为化学纯或者化学纯以上的试剂。本专利技术的第一大方面提出了一种碳纤维基智能织物，碳纤维基智能织物包括织物层以及应变功能层，应变功能层由具有导电性的功能性浆料制备而成，功能性浆料包括树脂包覆碳纤维材料以及界面粘结材料。上述碳纤维基智能织物，采用树脂包覆碳纤维作为导电材料，加强了树脂包覆碳纤维与界面粘结材料之间的相容性，从而使制备的应变功能层与织物间的界面结合力显著提高，进而使基于该碳纤维基智能织物制得的应变传感器的灵敏度大大提升，满足实际应用的要求。其中，碳纤维(CarbonFiber，CF)是一种直径为5μm～10μm，含碳量在90％以上的高强度、高模量纤维的纤维材料。在本专利技术中，碳纤维优选为短碳纤维(ChoppedCarbonFiber)，短碳纤维是指将拥有高强度、高模量的碳纤维根据需求选定集束剂加工成束后，再按规定长度切割制成，具有良好的分散性、超高的机械强度、较低的密度、良好的热稳定性以及优越的导电性。其中，树脂包覆碳纤维材料优选为聚脲树脂包覆碳纤维(CF@Polyurea)材料；界面粘结材料优选为水性聚氨酯(WaterPolyurethane，WPU)。聚脲树脂(Polyurea)与水性聚氨酯之间具有良好的相容性，能够通过水性聚氨酯将聚脲树脂包覆碳纤维材料与织物牢牢粘合在一起，使形成的碳纤维基智能织物在多次拉伸后仍然保持良好的结合力，能够确保基于该碳纤维基智能织物制得的应变传感器灵敏度的稳定性。更优选的，水性聚氨酯为阴离子水性聚氨酯。水性聚氨酯作为界面粘结材料具有良好的粘合性。优选的，水性聚氨酯的浓度为5mg/mL～15mg/mL，更优选的，水性聚氨酯的浓度为10mg/mL。其中，织物为弹性织物，优选为锦氨纶。本专利技术的第二大方面还提出了一种上述碳纤维基智能织物的制备方法，制备方法包括以下步骤：碳纤维分散液制备步骤，将碳纤维分散至有机溶剂中，加入水，制得碳纤维分散液；树脂包覆碳纤维材料制备步骤，将包覆树脂单体与碳纤维分散液混合进行反应，烘干至恒重，制得树脂包覆碳纤维材料；功能性浆料制备步骤，将树脂包覆碳纤维材料与界面粘结材料混合，制得功能性浆料；碳纤维基智能织物制备步骤，通过泡沫法将功能性浆料整理到织物上，固化处理后制得碳纤维基智能织物。上述碳纤维基智能织本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维基智能织物，其特征在于，所述碳纤维基智能织物包括织物层以及应变功能层，所述应变功能层由具有导电性的功能性浆料制备而成，所述功能性浆料包括树脂包覆碳纤维材料以及界面粘结材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维基智能织物，其特征在于，所述碳纤维基智能织物包括织物层以及应变功能层，所述应变功能层由具有导电性的功能性浆料制备而成，所述功能性浆料包括树脂包覆碳纤维材料以及界面粘结材料。


2.根据权利要求1所述的碳纤维基智能织物，其特征在于，所述树脂包覆碳纤维材料为聚脲树脂包覆碳纤维材料；
所述界面粘结材料为水性聚氨酯。


3.根据权利要求1或2所述的碳纤维基智能织物，其特征在于，所述织物为锦氨纶。


4.一种如权利要求1至3任意一项所述的碳纤维基智能织物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
碳纤维分散液制备步骤，将碳纤维分散至有机溶剂中，制得碳纤维分散液；；
树脂包覆碳纤维材料制备步骤，将包覆树脂单体与所述碳纤维分散液混合进行反应，烘干至恒重，制得所述树脂包覆碳纤维材料；
功能性浆料制备步骤，将所述树脂包覆碳纤维材料与界面粘结材料混合，制得所述功能性浆料；
碳纤维基智能织物制备步骤，通过泡沫法将所述功能性浆料整理到织物上，固化处理后制得碳纤维基智能织物。

【专利技术属性】
技术研发人员：毕曙光，姜伟冬，蔡光明，冉建华，倪丽杰，权衡，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42