[发明专利]一种高灵敏度应变传感复合纱线及其制备方法和应用

说明书

本发明属于复合纱线技术领域，本发明提供了一种高灵敏度应变传感复合纱线，所述高灵敏度应变传感复合纱线包含碳纳米管、羊毛和聚氨酯纤维；所述碳纳米管、羊毛和聚氨酯纤维的质量比为0.13～0.19:1:0.5～0.65。本发明还提供了一种高灵敏度应变传感复合纱线的制备方法及其应用。本发明的复合纱线具有高灵敏度和高稳定性，优异的机械性能、导电性能和耐久性，可有效感应从小尺度运动如发声时喉结运动等到大尺度运动如手指手腕弯曲。

技术领域

本发明涉及复合纱线技术领域，尤其涉及一种高灵敏度应变传感复合纱线及其制备方法和应用。

背景技术

目前，基于纤维材料的高性能传感材料的研究尚处于起步阶段，批量生产纤维基高性能应力敏感材料的工艺技术还未完全成熟。基于纤维及其集合体的柔性应力传感材料作为生理信号监测用智能可穿戴产品的最重要组成部分，其成功开发和产业化有助于调整国民关注健康的方式，辅助老龄事业单位和相关医疗行业进一步落实政府政策，缓解各类社会养老服务需求。因此，大力开展纤维基应力应变传感材料的基础研究，进一步形成产业化制备和应用迫在眉睫。

应变传感器存在电阻松弛现象、工艺复杂、成本高、循环稳定性差、难以在灵敏度和拉伸之间取得平衡等问题，如何制备同时具有高灵敏度和大的工作应变范围的应变传感器仍然是一个巨大的挑战。选择合适的基底、进行结构设计将选择的纤维与导电材料结合制备耐久性的可拉伸复合纱线，既不影响导电纱线的导电性和稳定性，又能保证在拉伸状态下的耐久性和灵敏度是制备柔性复合传感纤维的关键。

因此，研究开发一种具有高灵敏度和高稳定性，以及优异的机械性能、导电性能和耐久性的应变传感复合纱线，具有重要的价值和意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种高灵敏度应变传感复合纱线及其制备方法。本发明的复合纱线具有高灵敏度和高稳定性，优异的机械性能、导电性能和耐久性，可有效感应从小尺度运动如发声时喉结运动等到大尺度运动如手指手腕弯曲。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高灵敏度应变传感复合纱线，所述高灵敏度应变传感复合纱线包含碳纳米管、羊毛和聚氨酯纤维；所述碳纳米管、羊毛和聚氨酯纤维的质量比为0.13～0.19:1:0.5～0.65。

本发明还提供了一种高灵敏度应变传感复合纱线的制备方法，包含如下步骤：

1)将羊毛毛条在软水剂和水的混合液中进行预处理，得到预处理后的羊毛毛条；

2)将预处理后的羊毛毛条在碳纳米管油墨中浸渍处理之后进行干燥处理，得到碳纳米管/羊毛毛条；

3)采用摩擦纺将碳纳米管/羊毛毛条包覆在聚氨酯纤维表面，得到高灵敏度应变传感复合纱线。

作为优选，步骤1)所述羊毛毛条和水的质量比为1:80～100；所述软水剂在混合液中的质量浓度为2～6g/L。

作为优选，步骤1)所述羊毛毛条的长度为6～12cm，宽度为1～2cm，厚度为0.1～0.8cm；所述预处理的温度为80～100℃，时间为15～20min。

作为优选，步骤2)所述碳纳米管油墨中，碳纳米管的质量分数为0.1～0.2％；步骤2)所述碳纳米管油墨和步骤1)所述羊毛毛条的体积质量比为9～11mL：0.45～0.65g。

作为优选，步骤2)所述浸渍处理的次数为3～5次，每次浸渍处理的温度为80～100℃，时间为0.5～1.5h；所述干燥处理的温度为80～100℃。

作为优选，步骤3)所述摩擦纺的过程中，碳纳米管/羊毛毛条的喂入速率为0.5～0.7m/min，输出速率为13～17m/min；分梳辊的转速为4200～6000r/min，摩擦辊的转速为6300～6800r/min。