[发明专利]一种高弹温敏性变电阻聚氨酯纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及智能材料领域，公开了一种高弹温敏性变电阻聚氨酯纤维及其制备方法。本发明通过采用本发明方法制备的改性还原氧化石墨烯分散液，石墨烯分散均匀、不易团聚。然后制备的具有温敏可变电阻的导电聚氨酯纤维，具有温敏可变电阻性与柔性、高弹性。相对于其他纤维，对聚氨酯纤维进行改性得到的导电聚氨酯纤维将具有良好的耐磨性和大范围的应变传感能力；可纺织性能好，透气性能好，可应用与可穿戴设备的生产，具备优良的导电性与可变电阻性。

技术领域

本发明涉及智能材料领域，尤其涉及一种高弹温敏性变电阻聚氨酯纤维及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一类新的碳二维纳米轻质材料，具有独特的单原子层二维晶体结构，大量的研究结果表明石墨烯具有已知材料最高的强度，大的比表面积比，优异的导电性和导热性等优异的性质，这些优异的性质也决定了它在诸如复合材料，电子器件，太阳能等诸多领域有着广泛的应用前景。石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键，并有如下的特点：碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp2键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10-10米，键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键（与苯环类似），因而具有优良的导电和光学性能。

聚氨酯纤维以聚氨酯为原料经干法纺丝或湿法纺丝制得的合成纤维。聚氨酯纤维是聚氨基甲酸酯纤维的简称，又称聚氨酯弹性纤维，中国称氨纶，具有类似橡胶丝的高弹性回复率和高断裂伸长，其弹性伸长达 400%～700%，当伸长为500%～600% 时弹性回复率为97%～98%；

现有技术中多数是将导电材料掺加到普通的高分子纤维里，复合材料比较单一传统，比如普通的碳纳米管、金属线等，导电性能很稳定，不存在智能材料的可响应外界刺激性，不能随温度的变化而发生电阻的改变，不能用于智能可穿戴设备，即不能更好的实现随外界的改变而做出响应信号、反馈信号的智能可穿戴设备的实用价值。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高弹温敏性变电阻聚氨酯纤维及其制备方法。采用本发明方法制备的改性温敏氧化石墨烯悬浮液，分散均匀、不易团聚；采用本发明方法制备的聚氨酯导电纤维具有温敏可变电阻信，实现了电阻可响应外界温度条件刺激，通过电阻变化、导线的电流变化来反映温度的变化，有利于使用与智能可穿戴设备的传感器；采用本发明方法制备的超级电容气凝胶薄膜电极具有柔性与高弹性。

本发明的具体技术方案为：一种高弹温敏性变电阻聚氨酯纤维，包括以下原料：聚氨酯、改性还原氧化石墨烯和异丙基丙烯酰胺。

作为优选，所述改性氧化石墨烯和聚氨酯的质量比为（2：98）-（4:96），改性氧化石墨烯和异丙基丙烯酰胺的总量的质量比为（8:92）-（10:90）。

一种高弹温敏性变电阻聚氨酯纤维的制备方法，包括如下步骤：

步骤1)、制备氧化石墨烯胶液：将氧化石墨烯超声分散于水中得到氧化石墨烯胶液。

超声使得石墨烯颗粒充分的分散于去离子水中，避免石墨烯在去离子水中不均匀分布和团聚，导致石墨烯的改性受到影响。

步骤2)、改性氧化石墨烯接枝聚异丙基丙烯酰胺：向氧化石墨烯胶液中添加三羟甲基氨基甲烷，使得氧化石墨烯平面上的环氧基开环，在室温下反应10-14h；反应完成后再加入2-溴-2-甲基丙酰溴，使氧化石墨烯改性为平面上具有可反应性的卤素基团；最后以异丙基丙烯酰胺为单体，采用单电子转移活性自由基聚合方法，将聚异丙基丙烯酰胺接枝到氧化石墨烯上，得到具备温敏性的改性氧化石墨烯，干燥。