[發明專利]一種柔性高伸縮的具有褶皺結構的納米纖維包芯紗應力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201811052885.4
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109431460B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 周玉嫚;何建新;南楠;劉凡;邵偉力;崔世忠;齊琨;李夢營;王琳琳;張景;李方;陶雪姣;翁凱
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;D01D5/00;D02G3/02;D02G3/34;D02G3/44
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真;張志軍

1.一種柔性高伸縮的具有褶皺結構的納米纖維包芯紗應力傳感器的制備方法，其特征在于：采用高性能彈性長絲用作芯紗作為高伸縮的彈性基質，然后通過共軛靜電紡絲技術在預拉伸至一定長度的彈性長絲表面包覆靜電紡納米纖維制備連續的納米纖維包芯紗，在此基礎上，通過原位液相聚合方法在包芯紗的殼層納米纖維表面聚合包覆一層導電聚合物，最后在紗線表面涂覆一層帶有導電銅絲的凝膠膜，獲得柔性高伸縮的具有褶皺結構的納米纖維包芯紗應力傳感器；具體制備方法按以下步驟進行：

（1）將高分子聚合物溶解于N,N二甲基甲酰胺或N,N二甲基甲酰胺和四氫呋喃的混合溶劑中，于30-100℃下攪拌1-10 h得到質量分數為8%-30%的紡絲溶液；

（2）搭建靜電紡絲裝置，首先將彈性長絲從退繞裝置上退繞，穿過金屬喇叭口卷繞到卷繞裝置上，然后將步驟（1）中的紡絲溶液加入到注射泵中，采用彈性長絲作為高伸縮的彈性基質制備連續的納米纖維包芯紗線；其中，退繞裝置的退繞速度與卷繞裝置的卷繞速度的比值為0-1，彈性長絲的伸長率≥100%；

（3）將步驟（2）中制備的納米纖維包芯紗從卷繞裝置上退繞，重新卷繞到另一個卷繞裝置上，卷繞裝置的卷繞速度與退繞裝置的退繞速度的比值為0-1，確保退繞過程中制備的納米纖維包芯紗線中的彈性長絲恢復到初始未伸長狀態，從而形成具有褶皺結構的納米纖維包芯紗；

（4）將步驟（3）制得的具有褶皺結構的納米纖維包芯紗浸泡在濃度為30-100 mol/L的三氯化鐵（FeCl₃）溶液中30-100 min；

（5）將步驟（4）處理后的納米纖維包芯紗浸泡在濃度為30-100 mol/L的吡咯（Py）溶液中，在0-4℃下浸泡1-5 h，取出后用去離子水清洗，然后置于30-90℃的真空烘箱中干燥；

（6）將步驟（5）干燥后的納米纖維包芯紗表面涂覆帶有導電銅絲的凝膠膜，得到納米纖維包芯紗應力傳感器。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述納米纖維由高分子聚合物構成，納米纖維的直徑為100-900nm。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述高分子聚合物為聚偏氟乙烯、聚氨酯和聚丙烯腈，聚合物的分子量≥100000。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述的納米纖維包芯紗的直徑為60-500μm。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述的凝膠膜為聚二甲基硅氧烷膜，厚度為0.01-10 mm。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述的銅絲直徑為0.1-10 mm。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（2）制備連續的納米纖維包芯紗線時，靜電紡絲電壓為14-22 kV，紡絲溶液總流量為0.5-0.9 mL/h ，金屬喇叭的直徑為10-20cm，金屬喇叭與卷繞裝置的垂直距離為40-60cm，噴頭與金屬喇叭的垂直距離為4-8cm，噴頭與金屬喇叭的水平距離為3-5cm，噴頭的數目為2-16個，噴頭內徑0.26-0.86 mm，正負噴頭溶液流量比1:0.5-1，正負噴頭間的距離13-17.5 cm，卷繞速度40-53mm/min。