[發明專利]一種高彈溫敏性變電阻聚氨酯纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201811000723.6
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN108796657B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 萬軍民;帥盧屹崢;胡智文;王秉;彭志勤
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: D01F6/94
• 分類號: D01F6/94;D01F1/09;C08F292/00;C08F220/56
• 代理公司: 嘉興永航專利代理事務所(普通合伙) 33265
• 代理人: 侯蘭玉

本發明涉及智能材料領域，公開了一種高彈溫敏性變電阻聚氨酯纖維及其制備方法。本發明通過采用本發明方法制備的改性還原氧化石墨烯分散液，石墨烯分散均勻、不易團聚。然后制備的具有溫敏可變電阻的導電聚氨酯纖維，具有溫敏可變電阻性與柔性、高彈性。相對于其他纖維，對聚氨酯纖維進行改性得到的導電聚氨酯纖維將具有良好的耐磨性和大范圍的應變傳感能力；可紡織性能好，透氣性能好，可應用與可穿戴設備的生產，具備優良的導電性與可變電阻性。

技術領域

本發明涉及智能材料領域，尤其涉及一種高彈溫敏性變電阻聚氨酯纖維及其制備方法。

背景技術

石墨烯是一類新的碳二維納米輕質材料，具有獨特的單原子層二維晶體結構，大量的研究結果表明石墨烯具有已知材料最高的強度，大的比表面積比，優異的導電性和導熱性等優異的性質，這些優異的性質也決定了它在諸如復合材料，電子器件，太陽能等諸多領域有著廣泛的應用前景。石墨烯內部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp2雜化軌道成鍵，并有如下的特點：碳原子有4個價電子，其中3個電子生成sp2鍵，即每個碳原子都貢獻一個位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，新形成的π鍵呈半填滿狀態。研究證實，石墨烯中碳原子的配位數為3，每兩個相鄰碳原子間的鍵長為1.42×10-10米，鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環的蜂窩式層狀結構外，每個碳原子的垂直于層平面的pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵（與苯環類似），因而具有優良的導電和光學性能。

聚氨酯纖維以聚氨酯為原料經干法紡絲或濕法紡絲制得的合成纖維。聚氨酯纖維是聚氨基甲酸酯纖維的簡稱，又稱聚氨酯彈性纖維，中國稱氨綸，具有類似橡膠絲的高彈性回復率和高斷裂伸長，其彈性伸長達 400%～700%，當伸長為500%～600% 時彈性回復率為97%～98%；

現有技術中多數是將導電材料摻加到普通的高分子纖維里，復合材料比較單一傳統，比如普通的碳納米管、金屬線等，導電性能很穩定，不存在智能材料的可響應外界刺激性，不能隨溫度的變化而發生電阻的改變，不能用于智能可穿戴設備，即不能更好的實現隨外界的改變而做出響應信號、反饋信號的智能可穿戴設備的實用價值。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種高彈溫敏性變電阻聚氨酯纖維及其制備方法。采用本發明方法制備的改性溫敏氧化石墨烯懸浮液，分散均勻、不易團聚；采用本發明方法制備的聚氨酯導電纖維具有溫敏可變電阻信，實現了電阻可響應外界溫度條件刺激，通過電阻變化、導線的電流變化來反映溫度的變化，有利于使用與智能可穿戴設備的傳感器；采用本發明方法制備的超級電容氣凝膠薄膜電極具有柔性與高彈性。

本發明的具體技術方案為：一種高彈溫敏性變電阻聚氨酯纖維，包括以下原料：聚氨酯、改性還原氧化石墨烯和異丙基丙烯酰胺。

作為優選，所述改性氧化石墨烯和聚氨酯的質量比為（2：98）-（4:96），改性氧化石墨烯和異丙基丙烯酰胺的總量的質量比為（8:92）-（10:90）。

一種高彈溫敏性變電阻聚氨酯纖維的制備方法，包括如下步驟：

步驟1)、制備氧化石墨烯膠液：將氧化石墨烯超聲分散于水中得到氧化石墨烯膠液。

超聲使得石墨烯顆粒充分的分散于去離子水中，避免石墨烯在去離子水中不均勻分布和團聚，導致石墨烯的改性受到影響。

步驟2)、改性氧化石墨烯接枝聚異丙基丙烯酰胺：向氧化石墨烯膠液中添加三羥甲基氨基甲烷，使得氧化石墨烯平面上的環氧基開環，在室溫下反應10-14h；反應完成后再加入2-溴-2-甲基丙酰溴，使氧化石墨烯改性為平面上具有可反應性的鹵素基團；最后以異丙基丙烯酰胺為單體，采用單電子轉移活性自由基聚合方法，將聚異丙基丙烯酰胺接枝到氧化石墨烯上，得到具備溫敏性的改性氧化石墨烯，干燥。