弹性皮芯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种弹性皮芯纤维及其制备方法。该制备方法通过对预拉伸状态的长丝进行皮层包裹，释放应力后，能够形成特殊的三维螺旋结构，显著提高了纤维的可拉伸性能。尤其是采用横截面为非对称结构的长丝和具有弹性的成膜物质进行包裹，能够在皮层表面形成粗糙的褶皱和多孔结构，提高表面形貌的粗糙度。进一步在其表面制备导电等功能层，功能层的附着牢度较高，纤维的拉伸导电性也显著提高，可很好地用于可穿戴电子设备。地用于可穿戴电子设备。地用于可穿戴电子设备。

【技术实现步骤摘要】
弹性皮芯纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合纤维制备
，尤其涉及一种弹性皮芯纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技社会发展，可穿戴柔性电子设备逐渐走入人们生活，已成为人类生活及科技发展不可或缺的部分。常规导电纤维在实际应用时，形变量通常受到材料或结构的限制，使得产品的延展性、柔韧性较差，无法满足大形变应用时的需求。特别是大形变时，会破坏导电纤维中的导电通路，造成器件失效甚至破坏。
[0003]柔性可拉伸导电纤维作为一种理想的可穿戴柔性电子设备的制备材料，能够满足使用过程中的弯曲、拉伸等各种变形需求，实现了信息获取、传输、储能等器件的柔性化，受到了研究者们的广泛关注。因此，研究与开发柔性可拉伸的导电纤维具有重要意义。
[0004]目前，人们对柔性可拉伸导电纤维的研究，主要采用常规涂层或复合纺丝等方法，将导电物质与成纤聚合物共混，通过熔融纺丝、湿法纺丝等方法制备弹性导电纤维。存在工艺复杂、性能稳定性差、结构单一、纤维较粗等缺点，限制了可拉伸导电纤维的实际应用。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的弹性皮芯纤维以及以此为基础的柔性可拉伸导电纤维，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种弹性皮芯纤维及其制备方法。本专利技术通过对预拉伸状态的长丝进行皮层包裹，释放应力后，能够形成特殊的三维螺旋多孔结构，显著提高了纤维的可拉伸性能和表面形貌的丰富性。进一步在其表面制备导电等功能层，纤维的拉伸导电性显著提高，可很好地用于可穿戴电子设备。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种弹性皮芯纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1.将芯层长丝按预设牵伸比例进行预牵伸；
[0009]S2.配制皮层溶液；
[0010]S3.通过固液形式的微流体涂层包覆技术，将所述皮层溶液包覆在预牵伸后的芯层长丝表面固化成膜，然后释放芯层长丝的预牵伸应力，得到弹性皮芯纤维。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述芯层长丝为横截面为非对称结构的弹性长丝。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述弹性长丝是由若干根单丝组成的长丝集束，当预牵伸时，若干根单丝之间彼此压迫，使得所述弹性长丝的横截面呈非对称结构。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述弹性长丝的材料包括但不限于为聚氨酯、聚醚酯、聚烯烃、橡胶中的一种或多种。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述预设牵伸比例为0％
‑
1200％。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述皮层溶液的溶剂为挥发速率不同的
多种溶剂组成的混合溶剂，用于在固化过程中产生多孔结构。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述皮层溶液中包括弹性成膜物质。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述皮层溶液中的成膜物质包括但不限于为SBS、PU、PVP中的一种或多种。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述皮层溶液中还包括功能材料。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述功能材料为导电材料、磁性材料、传感材料中的一种或多种。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S3中，所述固液形式的微流体涂层包覆技术包括如下步骤：将所述预牵伸后的芯层长丝从微流体控制装置的内层通道牵伸出来；将所述皮层溶液从微流体控制装置的外层通道挤出，在出口处与所述预牵伸后的芯层长丝汇合，并包覆在其表面，待溶剂挥发后固化成膜。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述微流体控制装置的内层通道和外层通道的横截面为偏心圆结构。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述制备方法还包括：在所述弹性皮芯纤维表面制备一层导电材料。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，所述弹性皮芯纤维表面的导电材料通过磁控溅射制备得到。
[0024]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种弹性皮芯纤维，采用以上任一项所述的制备方法制备得到。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]1.本专利技术提供的弹性皮芯纤维的制备方法，以具有一定成膜性聚合物为皮层材料，预拉伸的弹性长丝为芯层材料，皮层材料固化后，释放弹性纤维长丝的预应力，制备得到一种具有新型三维螺旋结构弹性皮芯复合纤维。此种螺旋结构的弹性皮芯复合纤维具有良好的柔性和可拉伸性，能够用于柔性可拉伸器件的制备。通过调控皮层溶剂的组成以及固化环境，还能在纤维表面形成微孔结构，从而提高纤维表面粗糙度，有利于导电等功能物质与纤维的结合。
[0027]2.本专利技术提供的弹性皮芯纤维的制备方法，优选横截面为非对称结构的弹性长丝为芯层材料和具有弹性的成膜物质为皮层材料，在预牵伸状态下皮层材料包裹芯层长丝，并能够随着弹性芯丝一起释放应力，更易形成微观的三维螺旋结构，而且螺旋结构规整度和可调控性高；同时表面还形成了褶皱和微孔结构，显著提高纤维表面形貌的丰富度，为表面进一步改性提供有效途径。
[0028]3.本专利技术提供的弹性皮芯纤维的制备方法，通过在皮层添加功能材料，或者在制备的弹性皮芯纤维表面再制备一层功能材料，例如导电材料，能够得到拉伸循环性能较好的导电纤维，150％牵伸条件下，电阻变化率仅6％。因此，可作为柔性导线应用于可穿戴电子设备中。
[0029]4.本专利技术提供的弹性皮芯纤维的制备方法，采用固液形式的微流体涂层包覆技术，进行皮层包覆，芯层材料的弹性纤维长丝进入芯片通道时，始终保持处于预牵伸状态；微流控芯片可以精确地调控皮层溶液的流量，使得制备保持平衡，保证了纤维结构的均匀性。皮层溶液从芯片通道末端挤出后，会有挤出胀大的现象，能够更好地包裹在芯丝上。因
此，本专利技术通过一步法制备得到表面具有多级结构的复合弹性皮芯纤维，皮层和芯层的结合牢度高，具有制备方法简单快速、对环境无污染，相对湿法纺丝的方法，不产生废液的优点。
附图说明
[0030]图1为弹性皮芯纤维的微流体涂层技术制备示意图。
[0031]图2为微流控芯片的C型结构示意图。
[0032]图3为弹性皮芯纤维溅射过程样品制备示意图。
[0033]图4为SBS、PU和SBS/PU的红外光谱图。
[0034]图5为实施例1中PU长丝集束的电镜图。
[0035]图6为实施例1制备的SBS
15
/PU
300
皮芯复合弹性纤维不同放大倍数下的电镜图。
[0036]图7为实施例1制备的SBS
15
/PU
300
皮芯复合弹性纤维在定伸长400％条件下，第30次循环应力
‑
应变曲线。
[0037]图8为实施例1制备的Cu/SBS
15
/PU
300
复合导电纤维在不同拉伸应变下的循环拉伸导电性能曲线。
[0038]图9为实施例1制备的Cu本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弹性皮芯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将芯层长丝按预设牵伸比例进行预牵伸；S2.配制皮层溶液；S3.通过固液形式的微流体涂层包覆技术，将所述皮层溶液包覆在预牵伸后的芯层长丝表面固化成膜，然后释放芯层长丝的预牵伸应力，得到弹性皮芯纤维。2.根据权利要求1所述的弹性皮芯纤维的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述芯层长丝为横截面为非对称结构的弹性长丝。3.根据权利要求2所述的弹性皮芯纤维的制备方法，其特征在于，所述弹性长丝是由若干根单丝组成的长丝集束，当预牵伸时，若干根单丝之间彼此压迫，使得所述弹性长丝的横截面呈非对称结构；所述弹性长丝的材料包括但不限于为聚氨酯、聚醚酯、聚烯烃、橡胶中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的弹性皮芯纤维的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述预设牵伸比例为0％
‑
1200％。5.根据权利要求1所述的弹性皮芯纤维的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述皮层溶液的溶剂为挥发速率不同的多种溶剂组成的混合溶剂，用于在固化过程中产生多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦炜，王栋，汤清伦，严坤，李沐芳，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：