[發明專利]具有高導電率高彈性及應力傳感性能的復合纖維及其制備

無效

• 申請號: 200910046590.0
• 申請日: 2009-02-24
• 公開（公告）號: CN101487148A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 秦宗益;范青青;朱美芳;劉慶生;魏玉玲;翟光照;丁永生
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01F6/62
• 分類號: D01F6/62;D01F6/60;D01F6/70;D01F6/04;D01F1/10
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬復合纖維及其制備領域，特別是涉及具有高導電率高彈性及應力傳感性能的復合纖維及其制備。

背景技術

國家統計局的統計數字表明，我國正逐步進入“老年型”社會。人口老齡化進程的加快以及各種慢性病在中青年人群中有蔓延的趨勢，人們健康意識和保健要求日益增強，所有這一切都正在推動醫療模式從以癥狀治療為中心向以預防為主、早診斷、早治療的模式轉變。將醫療服務(如慢性病人監測和疾病康復醫療等)延伸到社區醫生和家庭醫生，這帶來了家庭和社區醫療監護儀器的迅速發展。可穿戴式的無線醫療監護(health?care)儀是此類遠程實時監測的中心組件，只要戴上輕巧腕表型或其它可穿戴式醫療儀器，居民在家里就可以利用高頻率的無線多通道數據傳輸方式，把相關的人體生理信號如心電圖(ECG)、血氧飽和度(SpO₂)和血壓等數據參數，通過無線網絡發送到醫院監控中心，監控中心接收信號后作出相應緊急救護，達到遠程實時監測的目的。因此，能夠探測生理信號變化，傳遞醫療傳感器與監護控制儀器之間的信息，并做出保護性響應或警示作用的柔性傳感器件是重要的研究課題。

自1962年，第一個硅微壓力傳感器面世以來，微傳感器得到了迅速的發展。然而，大多數傳感器是利用傳統的技術：光刻、刻蝕、沉積等工藝在剛性襯底(如，硅、石英等)上制作的，如，一些面陣觸覺傳感器、諧振力傳感器、微型加速度傳感器以及真空微電子傳感器等。人體生理信號常常可以歸為力學量感受，能將微小的壓力和溫度變化轉換成電信號的聚合物導電復合材料，是制備柔性敏感器件的重要材料。聚合物導電復合材料自身具備應變感應功能，與以往使用嵌入式或粘貼式應變傳感器的情況相比，意味著成本減少、延展性提高、感應體積增大而機械性質卻基本不受損害。為此，這類對應力作用具有敏感電學性能響應，即所謂“壓阻”、“壓電”的材料倍受關注，而這類材料在壓力傳感器和材料損傷自監測等方面的應用一直推動著該領域的學術研究和進程開發。近來出現一些添加了聚合物成分的應力傳感器。如：公開號為CN?1845327A、CN?101115982A和CN?101180525A公開的應力力傳感器的結構和制作方法涉及微機械加工傳感器、應變/壓力傳感器、多功能傳感器。這些傳感器需要剛性基體作為支撐物，聚合物作為電介質材料或者壓電、壓阻材料起作用，公開號為CN?1876705A公開了一種用于溫度和應力傳感器的聚合物導電復合材料的制備方法，在熱塑性樹脂基體中加入磁性導電填料得到的復合材料顯示正溫度系數，可用于制造新型應力傳感器、扭矩傳感器。

然而，在醫療監護領域，可用于穿戴式醫療儀器的柔性敏感器件要求傳感器具有優秀的柔韌力學性能、高導電性、高彈性及良好的壓阻特性，并且能夠根據不同需要構造出不同形態。在天然纖維或合成纖維表面形成具有良好導電能力的導電粒子網絡結構是實現高彈性、高導電纖維的有效途徑。公開號為CN?87104346A的耐久性導電纖維的制造方法，在聚丙烯腈纖維的工藝基礎上，利用聚丙烯腈初級溶脹纖維結構疏松并存在大量微孔的特點，浸漬在含有銅離子和硫離子的反應浴中，是硫化銅嵌入纖維內部，或沉積在纖維表面層上；公開號為CN?1424455A，CN?1749476A和CN?1687511A也報道了在天然纖維和合成纖維表面形成金屬，碳黑導電聚合物涂層的方法；美國專利US?6703123和US?4716055公開了在纖維表面涂敷金屬涂層制備導電纖維的方法；US?4061827公開了在纖維表面涂敷碳粒的制備方法；英國專利(UK?Patent?Specification?No.1,417,394)公開了一種將導電組分碳黑及金屬粉末滲透到合成纖維、織物外層的方法，通過增加增塑劑或改變溫度，使纖維、織物外層結構柔軟、疏松，便于導電粒子嵌入；美國專利US?4061827用同樣的方法制備了導電纖維織物，并公開了其電阻的零溫度系數及正溫度系數效應。這些表面涂敷或嵌入的導電纖維雖然導電性能得到提高，但使用過程中導電涂層容易脫落，并且當纖維受外界應力作用時，碳黑、金屬等導電組分在纖維表面形成的連續相容易產生不可逆的破裂，這些導電體系不具有高彈性及壓阻特性。適用于柔性傳感器敏感元件的導電纖維結構設計及其連續化、高速化的生產的方法未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供具有高導電率高彈性及應力傳感性能的復合纖維及其制備，該導電纖維具有導電率高、導電成分不易脫落、導電性能持久、彈性性能高和手感柔軟等優點；其制備工藝簡單，操作方便，成本低廉，可連續化、規模化生產。