柔性导电聚氨酯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性导电聚氨酯纤维及其制备方法。该柔性导电聚氨酯纤维包括导电芯层和弹性皮层，导电芯层为二维弯曲结构的金属纤维或者三维螺旋结构的金属纤维，弹性皮层为聚氨酯纤维；柔性导电聚氨酯纤维通过同轴纺丝得到，金属纤维的直径为微米级。该制备方法将同轴纺丝、牵伸工艺和加捻工艺相结合，利用同轴纺丝制备皮芯结构的导电纤维，通过改变牵伸配比和捻度，生成具有一定弯曲角度的特殊构型的二维弯曲结构的芯层或者生成具有特殊空间构型的三维螺旋状结构的芯层，最后通过凝固浴中牵伸轴的快速牵伸，使皮层变薄并快速凝固成型。本发明专利技术所获得的导电纤维具有随应变可变换的电信号，且具有极高的弹性性能。且具有极高的弹性性能。且具有极高的弹性性能。

【技术实现步骤摘要】
柔性导电聚氨酯纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性导电纤维
，尤其涉及一种柔性导电聚氨酯纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]导电传感织物是通过将导电材料嵌入或整合到弹性织物(氨纶凭借优良的弹性性能广泛应用于弹性织物中)中制备而成的，其既需要有类似于导电材料的优良导电性，又需要有类似于弹性织物的高弹性和高柔性。因此，导电传感织物能广泛应用于传感器、抗静电和抗电磁辐射等领域。
[0003]传统的制备导电传感织物的方法是先将纤维编织成氨纶织物，再将导电装置与氨纶织物相连得到导电传感织物，该方法得到的导电传感织物容易出现导电装置接触不良的弊端，从而影响织物的导电性。另外，还可以先制备导电纤维，再将其编织成导电传感织物。目前制备导电纤维的方法通常是将导电粒子与聚氨酯树脂共混纺丝或将导电粒子生长于聚氨酯纤维表面制备导电纤维，前者得到的导电纤维中导电粒子容易被聚氨酯树脂完全包裹使其失去导电性，后者得到的导电纤维中导电粒子容易脱落使导电性损耗，进而影响导电传感织物的导电性。可见，制备高性能的弹性导电纤维是制备导电传感织物的关键所在。
[0004]有鉴于此，有必要设计一种改进的柔性导电聚氨酯纤维及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种柔性导电聚氨酯纤维及其制备方法，将同轴纺丝、牵伸工艺和加捻工艺相结合，利用同轴纺丝制备皮芯结构的导电纤维，通过改变牵伸配比和捻度，生成具有一定弯曲角度的特殊构型的二维弯曲结构的芯层或者生成具有特殊空间构型的三维螺旋状结构的芯层，最后通过凝固浴中牵伸轴的快速牵伸，使皮层变薄并快速凝固成型，同时芯层结构进一步趋于稳定，此时特殊结构的金属丝均匀分布于皮层材料中，得到高性能的二维或者三维柔性导电聚氨酯纤维。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种柔性导电聚氨酯纤维，包括导电芯层和弹性皮层，所述导电芯层为二维弯曲结构的金属纤维或者三维螺旋结构的金属纤维，所述弹性皮层为聚氨酯纤维；所述柔性导电聚氨酯纤维通过同轴纺丝得到，所述金属纤维的直径为微米级。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述二维弯曲结构优选为波浪形弯曲结构，所述波浪形弯曲结构的高度为2
‑
200μm，相邻波浪的波峰之间的距离为1
‑
100mm；所述三维螺旋结构优选为弹簧状结构，所述弹簧状结构的高度为2
‑
200μm，相邻螺纹之间的距离为1
‑
100mm；所述柔性导电聚氨酯纤维的直径为10
‑
500μm。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种上述所述的柔性导电聚氨酯纤维的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1.按预设比例将聚氨酯树脂溶于极性溶剂中，在20
‑
30℃下，经机械搅拌均匀后真空脱泡，得到纺丝原液；
[0010]S2.利用同轴纺丝，将金属纤维传入芯层甬道中，将步骤S1得到的所述纺丝原液装入皮层甬道中，首先保持所述芯层甬道中所述金属纤维的第一牵伸速度和所述皮层甬道中所述纺丝原液的挤出速度相同，使所述纺丝原液包裹在所述金属纤维表面；牵伸一定距离后，采用小于所述第一牵伸速度的第二牵伸速度对所述金属纤维进行牵伸，以使所述金属纤维发生弯曲形成二维弯曲结构；牵伸一定距离后进入凝固浴，以第三牵伸速度拉伸皮层，得到二维柔性导电聚氨酯纤维；所述第三牵伸速度大于所述第一牵伸速度；
[0011]或者，所述金属纤维在牵伸的同时以预设转速加捻，使所述金属纤维发生弯曲形成三维螺旋结构，得到三维柔性导电聚氨酯纤维。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述第一牵伸速度为1
‑
5mm/s，所述第二牵伸速度为0.5
‑
4mm/s，所述第三牵伸速度为2
‑
8mm/s。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述第一牵伸速度的牵伸距离为0.1
‑
5cm，所述第二牵伸速度的牵伸距离为0.1
‑
10cm，所述第三牵伸速度的牵伸距离为0.1
‑
100cm。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，加捻过程的所述预设转速为0.5
‑
25r/min，所述金属纤维的弹性回缩率为0
‑
50％。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述金属纤维的直径为50
‑
500μm，所述金属纤维包括镍丝、钴丝、铁丝、铜丝、锌丝、金丝、银丝中一种或多种。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述聚氨酯树脂和所述极性溶剂的质量比为(20％
‑
45％):(55％
‑
80％)。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S2中，所述凝固浴的温度为20
‑
30℃，所述凝固浴为二甲基硅油、乙基硅油、丙基硅油中的一种。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述极性溶剂包括四氢呋喃、N,N,二甲基甲酰胺、N,N,二甲基乙酰胺中的一种或多种。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020](1)本专利技术利用同轴纺丝制备皮芯结构的导电纤维，且通过改变不同牵伸轴的牵伸速度来改变芯层的牵伸速度，进而改变芯层金属丝的结构，首先保持金属丝的牵伸速度和皮层甬道中纺丝原液的挤出速度相同，使纺丝原液均匀包裹在金属丝表面，再在皮层纤维没有凝固成型之前，减慢金属丝的拉伸速度，使金属丝处于超喂状态而发生一定程度的形变，生成具有一定弯曲角度的特殊构型的二维弯曲结构的芯层，此时皮层并没有凝固成型，皮层细流的流动将特殊结构的芯层包裹，最后通过凝固浴中牵伸轴的快速牵伸，使皮层变薄并快速凝固成型，得到高性能的二维柔性导电聚氨酯纤维。另外，在金属丝牵伸的同时，对金属丝进行一定程度的加捻，具有一定捻度的芯层在超喂状态时发生形变，生成具有特殊空间构型的三维螺旋状结构的芯层，进而对皮层进行拉伸得到高性能的三维柔性导电聚氨酯纤维。在凝固浴的牵伸过程中，一方面，芯层结构进一步变化得到更稳定的特殊的二维或三维特殊结构；另一方面，皮层纤维在不断牵伸的过程中，聚氨酯分子链的取向发生变化，分子链趋于整齐，不同分子链之间的排列更为整齐，不仅使皮层结构更稳定，而且能提高纤维的卷曲度。整个制备过程处于动态牵伸过程，芯层和皮层在不断牵伸的过程中都会不断地调整其形态和结构，使制备的皮芯结构更趋于稳定。本专利技术选用金属丝作为导电材
料，而非导电微粒，首先从根本上避免了导电微粒分布不均或被完全包裹造成的导电性能差的弊端，同时结合同轴纺丝，使特殊结构的金属丝均匀分布于皮层材料中，进一步提高其导电性；且由于金属丝的特殊结构，提高皮芯结构的柔性和弹性。
[0021](2)本专利技术基于溶剂快速蒸发致相转变的成型原理，将同轴纺丝、牵伸工艺和加捻工艺相结合，通过改变牵伸工艺的牵伸配比和加捻工艺的捻度，从而改变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性导电聚氨酯纤维，其特征在于：包括导电芯层和弹性皮层，所述导电芯层为二维弯曲结构的金属纤维或者三维螺旋结构的金属纤维，所述弹性皮层为聚氨酯纤维；所述柔性导电聚氨酯纤维通过同轴纺丝得到，所述金属纤维的直径为微米级。2.根据权利要求1所述的柔性导电聚氨酯纤维，其特征在于：所述二维弯曲结构优选为波浪形弯曲结构，所述波浪形弯曲结构的高度为2
‑
200μm，相邻波浪的波峰之间的距离为1
‑
100mm；所述三维螺旋结构优选为弹簧状结构，所述弹簧状结构的高度为2
‑
200μm，相邻螺纹之间的距离为1
‑
100mm；所述柔性导电聚氨酯纤维的直径为10
‑
500μm。3.一种权利要求1所述的柔性导电聚氨酯纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1.按预设比例将聚氨酯树脂溶于极性溶剂中，在20
‑
30℃下，经机械搅拌均匀后真空脱泡，得到纺丝原液；S2.利用同轴纺丝，将金属纤维传入芯层甬道中，将步骤S1得到的所述纺丝原液装入皮层甬道中，首先保持所述芯层甬道中所述金属纤维的第一牵伸速度和所述皮层甬道中所述纺丝原液的挤出速度相同，使所述纺丝原液包裹在所述金属纤维表面；牵伸一定距离后，采用小于所述第一牵伸速度的第二牵伸速度对所述金属纤维进行牵伸，以使所述金属纤维发生弯曲形成二维弯曲结构；牵伸一定距离后进入凝固浴，以第三牵伸速度拉伸皮层，得到二维柔性导电聚氨酯纤维；所述第三牵伸速度大于所述第一牵伸速度；或者，所述金属纤维在牵伸的同时以预设转速加捻，使所述金属纤维发生弯曲形成三维螺旋结构，得到三维柔性导电聚氨酯纤维。4.根据权利要求3所述的柔性导电聚氨酯纤维的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏良君，张佳婧，张春华，宫钧耀，刘欣，徐卫林，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：