[发明专利]拉力传感纤维、纱线、织物及拉力传感纤维制备方法

说明书

本申请公开了一种拉力传感纤维，包括拉力感知层，所述拉力感知层包括聚合物材料和导电材料，以在所述拉力感知层中所占的质量百分比计，所述导电材料为0.01％‑50％，优选为1％‑20％，所述聚合物材料为50％‑99.99％，优选为90％‑99％。本申请提供一种拉力传感纤维，具有优异传感性能，同时兼备日常可穿戴的舒适性、耐磨性、柔性等特点。其制备工艺简单、丝径可控、结构独特且稳定。通过材料和结构的调控，本申请所述的拉力传感纤维还可以具有抗其它因素(温度、湿度等)干扰的特点，通过纺织技术与其它传感纤维结合，实现可穿戴多模态传感器件。

技术领域

本申请涉及纤维技术领域，具体涉及一种拉力传感纤维、纱线、织物以及拉力传感纤维制备方法。

背景技术

随着科技的飞速发展，人们对生活水平的需求也越来越高，这使得日常中必不可少的纺织品正朝着智能可穿戴方向发展，因此可穿戴智能纤维及其织物也受到了广泛研究。力作为一种伴随着运动产生的重要指标，催生了可穿戴拉力传感纤维织物的研究和发展，高弹性的纤维、纱线及织物又以其优异的机械特性拥有更广泛的应用价值。本专利具体涉及一种可穿戴高弹拉力传感纤维、纱线及其织物，该纤维、纱线及其织物可以应用于生理指标监测、运动检测、人机交互、电子皮肤等领域。现有的拉力传感纤维或织物的制备工艺或结构要应用于宏量制造的日常可穿戴传感织物都存在一定的局限性。

中国发明专利CN109355715A公开了一种柔性可拉伸的多模式传感器及其制备方法，该专利采用静电纺丝技术将碳纳米管/聚合物复合纳米纤维包覆在弹性导电芯纱表面制备纳米纤维包芯纱。中国发明专利CN109431460A公开了一种柔性高伸缩的具有褶皱结构的应力传感器，采用相似的静电纺丝技术制备纳米纤维包芯纱，并通过原位液相聚合方法在包芯纱的壳层纳米纤维表面聚合包覆一层导电聚合物聚吡咯，最后在纱线表面涂覆一层带有导电铜丝的凝胶膜。中国发明专利CN107858780A公开了一种高强度高弹性弹簧状纤维束制备方法，利用静电纺丝和加捻技术，并在制备过程中添加相应的塑化剂，可用于拉伸传感器。中国发明专利CN108560250A公开了一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法及其应用，该导电纤维采用静电纺丝技术在弹性纱线表面包覆一层聚合物纳米纤维膜，然后金属纳米线通过多次浸涂而沉积在其表面结构上。但是，基于静电纺丝技术制备的拉力传感纱线，工艺较为复杂，宏量生产成本高，耐用性较差难以抵挡日常织物的摩擦损伤。

中国发明专利CN107287684A公开了一种高拉伸高灵敏柔性力敏传感纤维及其制备方法，该专利采用湿法纺丝制备具有高度取向的1D/2D杂化网络的弹性复合纤维，将该纤维置于金属前驱体溶液中进行充分溶胀，再置于还原性蒸汽中还原，将金属前驱体还原为零维(0D)的金属纳米粒子，进而制备基于0D/1D/2D三维协同网络的柔性力敏传感纤维。中国发明专利CN109735953A公开了一种同轴湿法纺丝技术制备TPE/PANI皮芯结构弹性导电纤维和可穿戴应力传感应用。但是，采用湿法纺丝制备的拉力传感纤维，难以构建更加复杂的结构或引入连续纤维材料，对结构和材料的进一步改善造成一定困难。

中国发明专利CN110361119A公开了一种复合微结构的柔性应力传感器及其制备方法，将弹性绳浸入导电纳米材料的分散液中。中国发明专利CN106787931A本发明公开了一种可拉伸同轴纤维状摩擦发电和传感器件及制备方法，采用缠裹的方法，利用介电常数不同的高分子材料作为摩擦生电层，取向碳纳米管薄膜作为电荷感应和收集电极。美国发明专利US12288308A公开了一种用于测量平面内单向应变的织物应变传感器，该传感器包括导电粒子或纤维的混合物和弹性体基体，将其涂覆于弹性织物基材上。但是，采用浸涂包裹的方法制备拉力传感织物一方面容易脱落，耐用性耐磨性较差，使用寿命受到限制，另一方面其工艺耗时较久，制备周期长。

美国发明专利US201816202399A公开了一种包括金属-纳米合金-碳纳米材料复合材料的导电纤维，采用湿法纺丝制备应变传感器，但是这种方式不能制备具有复杂结构的功能纤维。此外，上述制备工艺所制备的拉力传感纤维、纱线和织物均未涉及抗其它因素干扰的效果。

发明内容