【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能纺织品，尤其涉及一种抗温度干扰的应变传感复合纱线及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着当前科技的发展，电子器件已向柔软、可延展、可自由弯曲甚至折叠、可穿戴的方向发展、特别是用于人体健康监控、人机交互的柔性应变感器。相较于传统的刚性应变传感器，纺织(纤维、纱线、织物)基器可以在拉伸、弯曲和扭转等条件下工作，可更好地贴合人体。将导电材料通过传统的纺织加工技术(如纺纱、编织、针织、机织等)可以很容易地将其融入智能纺织品中，调控纱线或织物的结构与形式可以达到所需的性能，并且保留了传统纺织品良好的透气性、柔韧性和舒适性，便于穿戴。
2、从传感机理来说，纺织基柔性应变传感器可以分为电阻式、电容式、压电式等，其中最常见且使用最为广泛的是电阻式应变传感器，虽然电阻式应变传感器具有结构简单、制备容易且电信号易收集的特点，但是在实际应用过程中易受到环境温度的影响，电信号在外界温度的变化下不可避免地会发生波动变化，使得传感器的准确性大大降低。
3、中国专利cn 113846399a公开了一种高灵敏度应变传感复合纱线及其制备方法和应用。该应变传感复合纱线利用浸渍法制备了羊毛/碳纳米管，再利用摩擦纺纱技术将羊毛/碳纳米管包覆在氨纶长丝的表面，得到应变传感复合纱线。这种纱线基应变传感复合纱线具有灵敏度高、柔性好等特点，但是未考虑使用单一碳纳米管材料作导电材料制备的电阻式传感器易受温度的影响，当长期在温度变化的环境中使用时，会十分影响传感的准确性。中国专利cn 113790741 a公开了一种多功能传感集成的柔性织
4、鉴于此，有必要需要开发一种穿着舒适、传感性能好、抗温度干扰的柔性电阻式应变传感器来解决上述问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种抗温度干扰的应变传感复合纱线及其制备方法与应用。经过浸渍-干燥、环锭纺、摩擦纺三种工艺制备而成该应变传感复合纱线不仅在较宽温度范围内可以抗温度干扰、纱线整体电阻温度系数接近零，并且响应快、稳定性好。打破了目前现有的聚合物基抗温度干扰材料柔性较差、抗温度范围小的局限性，为柔性抗温度干扰应变传感器提供了一种新的途径。
2、本专利技术的第一个目的是提供一种抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，包括以下步骤，
3、s1、通过浸渍干燥的方式将导电溶液均匀附着在温度不敏感纤维上，得到复合纤维；所述导电溶液由碳纳米管、金属纳米线和水组成；
4、s2、通过环锭纺的方式将s1所述的复合纤维包缠在弹力纱表面，得到复合弹力纱；包缠过程中弹力纱保持拉伸状态；
5、s3、通过摩擦纺的方式在s2所述的复合弹力纱表面包覆阻燃纤维，得到所述抗温度干扰的应变传感复合纱线；包覆过程中复合弹力纱保持拉伸状态。
6、在本专利技术的一个实施例中，在s1中，所述金属纳米线选自银纳米线、金纳米线和铜纳米线中的一种或多种；所述温度不敏感纤维的线膨胀系数绝对值小于9×10-61/k，且当温度不敏感纤维的线膨胀系数为负时，提高金属纳米线的用量。
7、进一步地，在s1中，所述金属纳米线的直径为30nm-60nm，长度为2μm-10μm。
8、在本专利技术的一个实施例中，在s1中，所述导电溶液中碳纳米管和金属纳米线的质量比为1：4-6；金属纳米线的浓度为10mg/ml-20mg/ml。金属纳米线与温度不敏感纤维组成的导电纤维整体呈现正温度电阻系数性质，即随着温度的升高，电阻增大，而碳纳米管与温度不敏感纤维组成的导电纤维整体呈现负温度电阻系数性质，即随着温度的升高，电阻减小，调控银纳米线和碳纳米管的混合质量比，在温度不敏感纤维表面形成特殊的复合导电网络，得到复合纤维(碳纳米管/金属纳米线/温度不敏感纤维)。
9、在本专利技术的一个实施例中，在s2中，所述弹力纱为氨纶、涤纶丝和橡胶丝中的一种或多种。
10、在本专利技术的一个实施例中，在s2中，所述环锭纺过程中，锭速为6000r/min-8000r/min，纱线捻度为(40-70)t/10cm。利用环锭纺纱技术将复合纤维均匀包覆在弹力纱的表面，形成芯鞘结构，得到复合弹力纱(弹力纱/碳纳米管/金属纳米线/温度不敏感纱线)。
11、在本专利技术的一个实施例中，在s3中，所述阻燃纤维选自芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维或聚酰亚胺纤维。
12、在本专利技术的一个实施例中，在s3中，所述摩擦纺过程中，阻燃纤维的喂入速率为1.0m/min-2.0m/min，输出速率为4m/min-7m/min；分梳辊的转速为3000r/min-4000r/min，摩擦辊的转速为600r/min-1200r/min，卷取速度为5m/min-8m/min。利用摩擦纺纱技术，在复合弹力纱外层紧密包覆一层阻燃纤维，使得复合纱线的整体电阻在一定的温度范围内随温度的变化小于预设的相对电阻变化阈值(小于3％)，得到具有三层结构的抗温度干扰的应变传感复合纱线。
13、在本专利技术的一个实施例中，在s2和s3中，所述的保持拉伸状态是独立地将纱线拉伸到正常状态的110％-150％。
14、本专利技术的第二个目的是提供一种所述的方法制备的抗温度干扰的应变传感复合纱线。
15、在本专利技术的一个实施例中，单根抗温度干扰的应变传感复合纱线的直径为0.4mm-1.0mm。
16、本专利技术的第三个目的是提供一种所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线在健康检测、人机交互中的应用。
17、本专利技术的技术方案相比现有技术具有以下优点：
18、(1)本专利技术所述的应变传感复合纱线的抗干扰方法，以金属纳米线和碳纳米管为复合导电材料，通过浸渍的方式使二者均匀附着在温度不敏感纤维上，利用金属纳米线正温度电阻、碳纳米管的负温度电阻性质以及温度不敏感纤维的热膨胀系数小的性质，通过根据不同的基底纱线调控金属纳米线和碳纳米管的用量比例，并且利用阻燃纤维优良的阻燃隔热性能，使得材料整体的温度电阻系数接近于零，为实现柔性电阻式应变传感器的抗温度干扰提供了一种新的有效途径。
19、(2)本专利技术所述的应变传感复合纱线不仅柔性好、拉伸应变可达100％左右，并且制备工艺简单、可实现大规模生产。其结合两种不同温度电阻系数的材料比例选择与纱线结构调控两个方面，使得外界环境温度对于传感器相对电阻的影响几乎为零，并且通过对环锭纺纱和摩擦纺纱技术参数的调控，制备出不同结构的纱线，优化纱线的传感性能、提升抗温度干扰的温度范围，实现具有良好应变传感、并在较高温度范围内抗温度干扰的功能，在可穿戴柔性电子器件、运动及健康检测、人机交互等领域具有很大的应用潜力。
20、(3)本专利技术所述的制备方法通过调控环锭纺中的捻系数，以及摩擦纺纱机分梳棍、摩擦棍、喂入、输出和卷曲的速度从而得到具有不同结构和性质的抗温度干扰的应变传感复合纱线。捻系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在S1中，所述金属纳米线选自银纳米线、金纳米线和铜纳米线中的一种或多种；所述温度不敏感纤维的线膨胀系数绝对值小于9×10-61/K。
3.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在S1中，所述导电溶液中碳纳米管和金属纳米线的质量比为1：4-6；金属纳米线的浓度为10mg/mL-20mg/mL。
4.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在S2中，所述弹力纱为氨纶、涤纶丝和橡胶丝中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在S2中，所述环锭纺过程中，锭速为6000r/min-8000r/min，纱线捻度为(40-70)T/10cm。
6.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在S3中，所述阻燃纤维选自芳纶纤维、聚四氟乙烯纤维或
7.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在S3中，所述摩擦纺过程中，阻燃纤维的喂入速率为1.0m/min-2.0m/min，输出速率为4m/min-7m/min；分梳辊的转速为3000r/min-4000r/min，摩擦辊的转速为600r/min-1200r/min，卷取速度为5m/min-8m/min。
8.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在S2和S3中，所述的保持拉伸状态是独立地将纱线拉伸到正常状态的110％-150％。
9.一种权利要求1-8任一项所述的方法制备的抗温度干扰的应变传感复合纱线。
10.一种权利要求9所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线在健康检测、人机交互中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在s1中，所述金属纳米线选自银纳米线、金纳米线和铜纳米线中的一种或多种；所述温度不敏感纤维的线膨胀系数绝对值小于9×10-61/k。
3.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在s1中，所述导电溶液中碳纳米管和金属纳米线的质量比为1：4-6；金属纳米线的浓度为10mg/ml-20mg/ml。
4.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在s2中，所述弹力纱为氨纶、涤纶丝和橡胶丝中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的抗温度干扰的应变传感复合纱线的制备方法，其特征在于，在s2中，所述环锭纺过程中，锭速为6000r/min-8000r/min，纱线捻度为(40-70)t/10cm。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：方剑，魏雅雯，许多，刘英存，刘宇清，洪嘉希，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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