一种高强高韧柔性传感纤维复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强高韧柔性传感纤维复合膜及其制备方法，包括以下步骤:步骤1、将热塑性聚乙烯醇溶液与硼砂溶液按一定比例混合，在磁力搅拌器中进行搅拌分散，制得其二元混合分散液；步骤2、将柔性传感纤维膜浸渍于该分散溶液中，所得产物置于烘箱中干燥固化，制得高强高韧柔性传感纤维复合膜。本发明专利技术方法制备的柔性传感纤维复合膜兼具高强高韧性，制备工艺简单，可大规模生产，且能够实现对湿敏性、应力应变、温敏性、pH敏感性等多重传感需求，可广泛应用与可穿戴电子设备，柔性传感织物中。柔性传感织物中。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧柔性传感纤维复合膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料
，具体涉及一种高强高韧柔性传感纤维复合膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，人们对于高质量生活的要求，基于柔性可穿戴设备的研究与日俱增。柔性应变传感器作为柔性电子器件的核心部件，在电子皮肤和人体健康监测领域具有广阔的应用前景。近年来，人们致力于开发柔性、可伸缩和高灵敏因子的传感材料，以实现可穿戴传感器的广泛应用。湿度传感器在工业、农业、智能家居、医疗保健等诸多领域得到了越来越多的应用,除了能够感知测量，这些设备的基本特征是与系统的机械兼容性(例如纺织产品)，低响应时间和滞后，重量轻，在重复使用时具有良好的稳定性和鲁棒性。一般来说，可穿戴电子设备需要连续湿度传感性，具体来说，需要开关式湿度传感，以监测大气或个人周边空间的湿度水平。
[0003]聚合物基湿敏材料因其制备简单、价格低廉、灵敏度高、响应速度快而备受关注。与大多数报道的基于聚合物的开关型传感材料相比，碳纳米管(CNTs)由于其稳定性、高导电性和对水汽掺杂的敏感性，对湿度传感很有吸引力,基于CNT的湿度传感材料总体上更敏感、更稳定。但是，碳纳米管为纳米材料，很容易产生团聚效应，导致复合和加工困难，存在一定的局限性。此外，在实际应用中，制备工艺简单、成本低、较高的灵敏度是主要要求。因此，探索能够解决这些问题的新型湿度传感器一直是当务之急。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种高强高韧柔性传感纤维复合膜及其制备方法，以碳纳米管膜为原料，通过与聚乙烯醇聚合物/硼砂混合溶液复合浸渍，从而获得具有高强高韧柔性传感纤维复合膜。
[0005]为达成上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高强高韧柔性传感纤维复合膜的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1、将热塑性聚合物聚乙烯醇溶液与硼砂溶液按一定比例混合，在磁力搅拌器中进行搅拌分散，制得其二元混合分散液；
[0007]步骤2、将柔性传感纤维膜浸渍于步骤1制得的二元混合分散液中，所得产物置于60℃烘箱中干燥固化，制得高强高韧柔性传感纤维复合膜。
[0008]如上所述，二元混合分散液涂层通过氢键及共价键的协同作用对纤维复合膜起到增韧和增强作用。
[0009]优选地，所述步骤1中热塑性聚合物聚乙烯醇，聚合度为1750，醇解度为88％，密度为1.27g/cm3。
[0010]优选地，所述热塑性聚合物溶液的溶剂为水、二甲亚砜中的一种或多种。
[0011]优选地，所述硼砂溶液中溶剂为水、甘油中的任意一种或多种。
[0012]优选地，所述热塑性聚合物与硼砂的质量比为1:1～4。
[0013]优选地，所述热塑性聚合物溶液的浓度为1～5wt％；所述硼砂溶液的浓度为0.1mol/L。
[0014]优选地，步骤2中所述柔性传感纤维膜与二元混合分散液进行复合的具体工艺为：采用静止浸渍法将柔性传感纤维膜浸渍到二元混合分散液中30～60min。
[0015]优选地，步骤2中柔性传感纤维膜的材料选自碳纳米管膜、巴基纸、石墨烯膜中的一种或多种。
[0016]优选地，步骤2的复合过程中，使柔性传感纤维膜保持平铺状态，从而二元混合分散液均匀复合柔性传感纤维膜，使其保持稳定的灵敏性。
[0017]本专利技术还提供上述制备方法制得的一种高强高韧柔性传感纤维复合膜。
[0018]本专利技术的多功能柔性传感纤维复合膜具有湿度敏感性，在水/湿气存在的情况下，聚乙烯醇/硼砂混合物会发生膨胀，从而影响柔性传感纤维膜的电阻，通过监控电阻的变化，以监测大气或个人周边空间的湿度水平。
[0019]本专利技术与现有技术相对比，其有益效果在于：
[0020]1、本专利技术所述的碳纳米管纤维复合膜的制备解决了碳纳米管膜高强度和高韧性不能同时兼得的局限性，碳纳米管复合膜同时具备大应变，可满足不同使用条件下的需求。
[0021]2、本专利技术采用的聚乙烯醇聚合物与硼砂混合物之间发生交联产生共价键增强聚合物树脂，然后对碳纳米管纤维膜进行浸渍处理，聚合物浸渍涂层能够有效保护碳纳米管纤维膜的性能稳定并赋予聚合物所具有的优良性能。
[0022]3、本专利技术提出的方法简单，一次成型，尺寸可控，可大批量制备，适用于工业化生产。
[0023]4、本专利技术所述的聚乙烯醇聚合物与硼砂混合物之间发生交联产生的共价键还具备温度敏感性和PH敏感性，可满足智能设备多功能化可穿戴使用。
具体实施方式
[0024]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。
[0025]本实施例提供了一种柔性传感纤维复合膜，具体制备步骤如下：
[0026]步骤1：聚乙烯醇聚合物溶液及硼砂溶液的配制：
[0027]称取3g聚乙烯醇颗粒(购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，聚合度为1750，醇解度为88％，密度为1.27g/cm3)，溶剂选取水100ml。在磁力搅拌器上以90℃、转速350r/min，持续4h，得到浓度为3wt％的聚乙烯醇聚合物溶液。称取0.1mol的硼砂粉末(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)，溶剂选取水1000ml。在磁力搅拌器上以60℃、转速350r/min，持续4h，得到浓度为0.1mol/L的硼砂溶液。
[0028]将上述两种溶液混合，并在磁力搅拌器中进行搅拌分散，制得其二元混合分散液。
[0029]步骤2：聚合物/硼砂二元混合溶液与碳纳米管纤维膜的复合
[0030]将柔性传感碳纳米管纤维膜采用静止浸渍法浸渍于该分散溶液中1小时，具体地，
将柔性传感碳纳米管纤维膜保持平铺状态进行浸渍，使得二元混合分散液均匀复合柔性传感碳纳米管纤维膜，使其成品能够保持稳定的灵敏性。将所得产物置于60℃烘箱中干燥固化，固化时间3
‑
5h,本实施例中为4h，得到高强高韧柔性传感纤维复合膜，该纤维复合膜膜的强度可达约400MPa,断裂伸长率可达约18％。
[0031]步骤2得到的碳纳米管纤维复合膜在水/湿气下会吸湿发生膨胀，纤维复合膜的电阻产生变化，起到湿敏开关的作用。通过监测不同湿度下电阻变化率，在湿度范围35
‑
95％RH，电阻变化率可达～3％RH。
[0032]测试例
[0033]对实施例制备的纤维复合膜性能进行检测
[0034]1、拉伸强度和拉伸断裂伸长率测试：
[0035]采用国家标准GB/T 1040.3
‑
2006，样条宽度为15mm。
[0036]2、电阻变化率测试：
[0037]采用国家标准GB/T1410
‑
2006，测试不同湿度下电阻的变化率。
[0038]表1实施例制备的纤维复合膜的检测结果<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧柔性传感纤维复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将热塑性聚合物聚乙烯醇溶液与硼砂溶液按一定比例混合，在磁力搅拌器中进行搅拌分散，制得其二元混合分散液；步骤2、将柔性传感纤维膜浸渍于步骤1制得的二元混合分散液中，所得产物置于60℃烘箱中干燥固化，制得高强高韧柔性传感纤维复合膜。2.根据权利要求1所述的一种高强高韧柔性传感纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1中热塑性聚合物聚乙烯醇，聚合度为1750，醇解度为88％，密度为1.27g/cm3。3.根据权利要求1所述的一种高强高韧柔性传感纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述热塑性聚合物溶液的溶剂为水、二甲亚砜中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种高强高韧柔性传感纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述硼砂溶液中溶剂为水、甘油中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种高强高韧柔性传感纤维复合膜的制备方法，其特征在于，所述热...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文奇，李宪强，魏笑笑，许福军，张万虎，
申请(专利权)人：绍兴兆丽新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：