[发明专利]一种具有压电效应的双组分纤维、织物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有压电效应的双组分纤维、织物及其制备方法，该双组分纤维包括具有导电性的高密度聚乙烯芯层和具有压电效应的聚偏氟乙烯皮层，所述高密度聚乙烯芯层内包含有5‑15%的炭黑。经纱采用上述具有压电效应的双组分纤维，纬纱采用商用导电纤维或被薄硅胶包覆的涤纶纱在制造机上织造成织物，可以形成全纺压电传感器。本发明的压电织物在受到外界压力时，内部产生极化现象，机械能转变为电能，通过数据采集设备收集转换成所需电信号。全纺压电传感器是智能纺织品发展中的一大部分，对于医疗领域有极大帮助，能够应用于服装或设备来监测呼吸信号或心率，可以应用于压力监测、执行器等方面。

技术领域

本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种具有压电效应的双组分纤维、织物及其制备方法。

背景技术

随着智能服装的飞速发展，人们希望其具有轻质量、舒适、柔性的特点，对压电传感器也提出了更高的要求。压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变(包括弯曲和伸缩形变)时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器，可在较小力的条件下产生可测量信号，几乎可对任何类型的形变产生反应，且成本低、能耗低。压电传感器可以测量力、压力、加速度等，在工程力学、生物医学、石油勘测、声波测井、电声学等许多技术领域中也获得了广泛的应用。压电材料可分为压电单晶体、压电多晶陶瓷和有机压电材料。传统压电传感器通常以晶体作为压电元件，其刚度大，测量范围宽，线性及稳定性高，动态特性好，可用于减震降噪、加工工艺的监测、航空航海、车辆行驶称重等。以聚偏氟乙烯为代表的有机压电材料具有材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数等优点，在水声超声测量，压力传感，引燃引爆等方面均有应用。压电材料还能用作执行器，接受电信号后输出力或位移，也可作为机、电、声、光、热敏感材料，在传感器、换能器、通讯技术领域获得了广泛应用。

电子纺织品将传统电子技术集成到纺织品中，例如压电纺织传感器多用于压力监测，如带有压电传感器的汽车座椅，将聚偏氟乙烯压力计置于座椅面料与泡沫之间，实现压力监测，聚偏氟乙烯是压电纺织传感器最常用的材料，可制成非常薄的膜，附着在几乎任意形状的表面上，作为一种动态应变传感器，适合应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。一些薄膜元件灵敏到足以隔着外套探测出人体脉搏。但其具有一定不便性，面积过大，薄膜弯曲次数有限制，易损耗。

由背景资料可知，传统压电传感器刚性大，而有机材料制成的压电传感器不能完全满足智能织物所需的轻质、舒适、柔软的特性，易受到摩擦、弯折与损耗，具有一定不便性。以往具有压电效应的PVDF被开发成传感器单丝，需要具有导电性能够直接与数据采集设备相连。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种具有压电效应的双组分纤维、织物及其制备方法，将具有压电效应皮层与可导电芯层结合在一起的方法，使得到的双组分压电纤维能够织成具有良好压电性能和导电性能的电子织物。以往具有压电效应的聚偏氟乙稀被开发成传感器单丝。提供具有导电性能够直接与数据采集设备相连的压电织物的制备技术是智能纺织品发展中的一大部分，在医疗领域能够应用于服装或设备来监测呼吸信号或心率，能作为电容、压力、加速度等传感器，在工程力学、生物医学、石油勘测、声波测井、电声学等许多技术领域中也有广泛的应用。

技术方案：本发明所述的一种具有压电效应的双组分纤维，包括具有导电性的高密度聚乙烯芯层和具有压电效应的聚偏氟乙烯皮层，所述高密度聚乙烯芯层内包含有5-15%的炭黑。

进一步的，所述高密度聚乙烯芯层内包含有10%的炭黑。

本发明还公开了一种具有压电效应的织物，经纱采用上述具有压电效应的双组分纤维，纬纱采用商用导电纤维或被薄硅胶包覆的涤纶纱在制造机上织造而成，形成全纺压电传感器。

本发明还公开了上述一种具有压电效应的双组分纤维的制备方法，采用双组分熔融纺设备进行热塑性聚合物的纺丝，具体方法如下：