基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱及其制备方法技术

本发明专利技术提出的一种基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱，所述柔性应变传感包芯纱包括弹性芯纤维以及缠绕于所述弹性芯纤维外表面的复合外包纤维，所述复合外包纤维包括负载银纳米线的外包纤维。上述基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱，银纳米线牢固结合在外包纤维上，有效避免银纳米线导电材料剥离、脱落，形成包芯纱结构的柔性应变传感包芯纱具有更好的柔韧性、延展性、可重复性、耐用性以及导电性。进一步地，该包芯纱结构的柔性应变传感包芯纱的应变范围宽，最低的传感应变为0，最高的传感应变可达60％，并且灵敏度在应变范围内呈现线性，高达12.6。高达12.6。高达12.6。

【技术实现步骤摘要】
基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱及其制备方法


[0001]本专利技术涉及应变传感包芯纱
，特别是涉及一种基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着人们对于导电纤维的认知和需求的进一步提高，金属导电纤维如铜纤维等由于笨重、柔性耐弯折性能差、应变范围和应变系数较小，不具备柔性纤维相对较高的力学性能和舒适性等性能，较少直接应用于柔性可穿戴智能纺织品中。
[0003]面对传统的金属导电纤维由于其柔韧性和舒适性不能满足人们对导电纤维在日常生产生活中的应用和发展需求，迫切需要开发一种新型的导电纤维。银纳米线应运而生，银纳米线具有的高比表面积、抗菌性、导电性以及柔软耐弯折性能好的性能特点，使其在对柔性耐弯折以及舒适性要求较高的可穿戴设备种的应用引起了广泛的关注。
[0004]现有导电材料与织物的结合方式为直接通过喷涂、涂附、浸渍等方式使导电材料附着在纤维表面上形成导电层。但是由于导电材料与纤维表面的粘附性较弱，纤维表面的导电材料易脱落、剥离，严重降低了在重复拉伸/释放周期下的传感应变和导电性能，耐用性和可重复性不能满足应用需求。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对传统的柔性应变传感包芯纱通过喷涂、涂附或浸渍的方式使导电材料附着在纤维表面粘附性差，导电材料容易脱落、剥离，降低了柔性应变传感包芯纱的传感应变和导电性能，耐用性能和可重复性不能满足应用需求的问题，提供一种基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱及其制备方法。
[0006]本专利技术提出的一种基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱，所述柔性应变传感包芯纱包括弹性芯纤维以及缠绕于所述弹性芯纤维外表面的复合外包纤维，所述复合外包纤维包括负载银纳米线的外包纤维。
[0007]在其中的一个实施例中，所述弹性芯纤维为氨纶纤维、涤纶纤维、锦纶纤维、粘胶纤维中的任意一种或几种；所述外包纤维为棉纤维、涤棉纤维、涤纶短纤维、锦纶短纤维、腈纶纤维、毛纤维中的任意一种或几种。
[0008]在其中的一个实施例中，所述复合外包纤维的银纳米线的负载量为3wt％～20wt％。
[0009]在其中的一个实施例中，所述银纳米线的平均长度为60μm～160μm。
[0010]本专利技术还提出了一种上述的基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0011]提供弹性芯纤维；
[0012]提供复合外包纤维；
[0013]将所述弹性芯纤维与所述复合外包纤维进行混纺制得包芯纱结构的所述柔性应
变传感包芯纱。
[0014]在其中的一个实施例中，所述混纺方式为摩擦纺。
[0015]在其中的一个实施例中，所述复合外包纤维的制备方法包括以下步骤：
[0016]将外包纤维置于溶胀剂中进行超声清洗，制得预处理外包纤维；
[0017]将银纳米线的水分散液与分散粘合剂的水溶液混合，制得银纳米线浸渍液；
[0018]将所述预处理外包纤维置于所述银纳米线浸渍液中浸渍，制得复合外包纤维。
[0019]在其中的一个实施例中，所述银纳米线的水分散液的制备方法包括以下步骤：
[0020]提供银前驱体的乙二醇溶液；
[0021]提供封端剂的乙二醇溶液；
[0022]提供成核剂的乙二醇溶液；
[0023]将所述银前驱体的乙二醇溶液与所述封端剂的乙二醇溶液混合，制得第一混合溶液；
[0024]将所述成核剂的乙二醇溶液与所述第一混合溶液混合，制得第二混合溶液；
[0025]将所述第二混合溶液于110℃～170℃温度条件下反应5h～10h后，离心提纯制得银纳米线；
[0026]将所述银纳米线分散于去离子水中，制得银纳米线的水分散液。
[0027]在其中的一个实施例中，所述溶胀剂为丙酮或乙醇；所述分散粘合剂为水性聚氨酯。
[0028]在其中的一个实施例中，所述银纳米线浸渍液中银纳米线的质量浓度为0.22g/L～15g/L。
[0029]上述基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱，银纳米线牢固结合在外包纤维上，有效避免银纳米线导电材料剥离、脱落，形成包芯纱结构的柔性应变传感包芯纱具有更好的柔韧性、延展性、可重复性、耐用性以及导电性。进一步地，该包芯纱结构的柔性应变传感包芯纱的应变范围宽，最低的传感应变为0，最高的传感应变可达60％，并且灵敏度在应变范围内呈现线性，高达12.6。
[0030]上述基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱的制备方法，通过将银纳米线负载在外包纤维上，有效避免银纳米线导电材料剥离、脱落，再将外包纤维与弹性芯纤维混纺制得包芯纱结构的柔性应变传感包芯纱，该包芯纱结构的柔性应变传感包芯纱不仅具有更好的柔韧性、延展性、可重复性、耐用性以及导电性，而且应变范围宽，最低的传感应变为0，最高的传感应变可达60％，并且灵敏度在应变范围内呈现线性，高达12.6。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例1制得的银纳米线XRD衍射图；
[0032]图2为本专利技术实施例2制得的包芯纱纵面SEM(500μm)微观形貌图；
[0033]图3为本专利技术实施例2制得的包芯纱横截面SEM(200μm)微观形貌图；
[0034]图4为本专利技术实施例2制得的复合外包纤维SEM(5μm)微观形貌图；
[0035]图5为本专利技术实施例4制得的复合外包纤维SEM(5μm)微观形貌图；
[0036]图6为本专利技术实施例6制得的复合外包纤维SEM(5μm)微观形貌图；
[0037]图7为本专利技术实施例4制得的包芯纱的应变传感性能图；
[0038]图8为本专利技术实施例4制得的包芯纱在不同应变时的电阻变化率图；
[0039]图9为本专利技术实施例4制得的包芯纱在20％应变时的循环电阻变化率图。
具体实施方式
[0040]为了使本专利技术的实验目的、技术方案及优点更加清晰明了，以下结合具体实施方式对本专利技术进一步详细阐述。应当理解的是，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。
[0041]本专利技术第一大方面提出了一种基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱，柔性应变传感包芯纱包括弹性芯纤维以及缠绕于弹性芯纤维外表面的复合外包纤维，复合外包纤维包括负载银纳米线的外包纤维。
[0042]上述基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱，银纳米线牢固结合在外包纤维上，有效避免银纳米线导电材料剥离、脱落，形成包芯纱结构的柔性应变传感包芯纱具有更好的柔韧性、延展性、导电性、稳定性、可重复性以及耐用性。
[0043]进一步地，该包芯纱结构的柔性应变传感包芯纱，通过不同程度的拉伸，应变范围宽，最低的传感应变为0，最高的传感应变可达60％，并且灵敏度在应变范围内呈现线性，高达12.6，且电阻变化值与拉伸变化呈正比例函数关系。
[0044]作为一种可选实施方式，在上述基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱中，弹性芯纤维为氨纶纤维、涤纶纤维、锦纶纤维、粘胶纤维中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱，其特征在于，所述柔性应变传感包芯纱包括弹性芯纤维以及缠绕于所述弹性芯纤维外表面的复合外包纤维，所述复合外包纤维包括负载银纳米线的外包纤维。2.根据权利要求1所述的基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱，其特征在于，所述弹性芯纤维为氨纶纤维、涤纶纤维、锦纶纤维、粘胶纤维中的任意一种或几种；所述外包纤维为棉纤维、涤棉纤维、涤纶短纤维、锦纶短纤维、腈纶纤维、毛纤维中的任意一种或几种。3.根据权利要求1所述的基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱，其特征在于，所述复合外包纤维的银纳米线的负载量为3wt％～20wt％。4.根据权利要求1至3任意一项所述的基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱，其特征在于，所述银纳米线的平均长度为60μm～160μm。5.一种如权利要求1至4任意一项所述的基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：提供弹性芯纤维；提供复合外包纤维；将所述弹性芯纤维与所述复合外包纤维进行混纺制得包芯纱结构的所述柔性应变传感包芯纱。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述混纺方式为摩擦...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕曙光，贾丽萍，曾琪，冉建华，蔡光明，程德山，权衡，倪丽杰，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：