[发明专利]一种纤维状柔性应变传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种应变传感器，其特征在于，所述传感器包括弹性聚合物芯层和导电复合材料皮层；其中导电复合材料组分包括弹性聚合物与炭黑纳米粒子，炭黑纳米粒子在导电复合材料中所占的质量百分比为16wt%~30wt%；其中所述应变传感器内部为多孔结构，外表面具有纵向的沟槽，且芯层横截断面呈不规则的形状或呈分散状分布在皮层中，皮层横截断面的外缘呈锯齿状。

2.根据权利要求1所述传感器，其特征在于，所述弹性聚合物为聚氨酯，分子量大小为5000~100000；炭黑纳米粒子的粒径大小为10~100 nm。

3.一种如权利要求1所述应变传感器的制备方法，包括：

（1）分别配置弹性聚合物溶液；炭黑/聚合物复合溶液；

（2）将上述聚合物溶液和炭黑/聚合物复合溶液分别经同轴喷嘴的中心孔与外侧孔喷入凝固浴得到复合纺丝射流，然后复合纺丝射流经溶剂萃取固化为初生纤维，同时初生纤维经牵伸、烘燥、收集，即得应变传感器。

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中凝固浴中的液体为水。

5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中牵伸为：初生纤维利用依次排列的至少两个存在线速差的回转辊进行牵伸；烘燥为利用不少于1个的陶瓷发热圈进行非接触式烘燥，烘燥温度为80°C~100°C，时间为10 s~20 s。

6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述存在线速差的回转辊进行牵伸具体为：初生纤维利用依次排列的第一回转辊、第二回转辊和第三回转辊进行牵伸，其中第一回转辊的线速度与复合纺丝射流在同轴喷嘴中喷出时的速度之比为350~600，形成第一级牵伸；第二回转辊与第一回转辊的线速度之比为2~3，形成第二级牵伸；第三回转辊与第二回转辊的线速度之比为2~3，形成第三级牵伸；烘燥：依次穿过串联排列的陶瓷发热圈进行非接触式烘燥。

7.一种权利要求3所述制备方法采用的装置，所述装置包括第一注射器（16）、第二注射器（17）、同轴喷嘴（25）、凝固浴（22），其特征在于，所述第一注射器（16）通过第一软管（12）与同轴喷嘴（25）的连接器（21）相连接；第二注射器（17）通过第二软管（13）与同轴喷嘴（25）的第二入口（11）相连接，凝固浴（22）内至少设有第一导轮（2）和第二导轮（3），凝固浴（22）外侧依次设有用于牵伸初生纤维（1）的回转辊、导轮，初生纤维（1）穿过至少一个陶瓷发热圈、并经由导轮（31）、固定导丝器（30）、横动导丝器（18），卷绕到卷取辊（20）。

8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述同轴喷嘴（25）设有第一入口（10）与第二入口（11），其中第一入口（10）与中心孔（29）相连通，第一入口（10）处装有连接器（21），第二入口（11）与中心孔（29）相垂直，并与外侧孔（26）相连通。

9.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述初生纤维1在凝固浴（22）中形成后，受到第一回转辊（7）的牵伸作用，依次经过位于凝固浴（22）中的第一导轮（2）和第二导轮（3）的输送，随后从凝固浴（22）中输出并从第一回转辊（7）上方绕过；从第一回转辊（7）上方绕过的初生纤维（1）经第三导轮（4）输送后，从第二回转辊（8）上方绕过；从第二回转辊（8）上方绕过的初生纤维（1）经第四导轮（5）输送后，从第三回转辊（9）上方绕过；从第三回转辊（9）上方绕过的初生纤维（1）经第五导轮（6）输送后，依次穿过串联排列的第一陶瓷发热圈（14）和第二陶瓷发热圈（15）进行非接触式烘燥，随后依次经由第六导轮（31）、固定导丝器（30）与横动导丝器（18）的引导卷绕到卷取辊（20）上。

10.一种权利要求1所述应变传感器的应用。