一种压力传感智能织物的制备方法与流程

本发明属于压力传感智能织物制备技术领域，特别是涉及一种压力传感智能织物的制备方法。

背景技术：

近年来，随着人们对智能可穿戴纺织品的需求不断增加，传感器技术迅猛发展，纺织结构压力传感器因具有独特的优势而受到普遍的关注。纺织结构传感器具有柔性、空隙、其较大的变形能力和一定的损伤容限，使其可以与人体表面共形，并具有舒适性，应用于可穿戴电子器件。目前，有很多学者已经研究了基于纺织结构的可穿戴电子器件，它们可应用于健康治疗、环境监测、屏幕显示、人机交互、能量收集、能量储存、无线通信交流等领域。

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。其固有的电学性能和机械变形的结合使它们成为未来兼具自适应和自感能力的多功能材料体系的最理想备选。随着研究的深入，碳纳米管越来越多的被运用与传感器领域，现有技术中大多将碳纳米管粉末与聚合物熔融混合形成薄膜或是静电纺丝，存在碳纳米管含量低、分散不均匀、取若干向度低等问题，导致材料的力学和传感性不佳。而碳纳米管纱线作为宏观的碳纳米管集合体，其具有的纤维状结构和柔性特质，使其成为了良好的纺织材料，利用碳纳米管良好的导电性以及优异的压阻性能，本发明提出了一种压力传感智能织物的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种压力传感智能织物的制备方法，为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种压力传感智能织物的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

(1)取若干用若干绝缘纱线，采用针织机将其混合编织成防护基底层；

(2)取若干碳纳米管若干，将其进行超声波分散工序，使其均匀分散在溶剂内，得到浓度为50-80mg/ml的碳纳米管分散液；

(3)取若干若干柔性针织线，将其浸渍于步骤(2)中所述的碳纳米管分散液内，浸泡时间为10-30分钟，然后将其置于60-80℃的温度下进行烘干，得到碳纳米管纱线，烘干时间为2-4h；

(4)取若干步骤(3)中制得的碳纳米管纱线和若干绝缘纱线，采用针织机将其混合编织成中间导电层，并将其平铺在防护基底层上；

(5)取若干若干绝缘纱线，采用针织机将其混合编织成上保护层；

(6)取若干绝缘纱线，采用三维针织机将防护基底层、中间导电层和上保护层上下交互编织成一个整体的、受压变形时电阻变化较为明显的压力传感织物。

优选的，所述经向碳纳米管的形式为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的组合。

优选的，所述绝缘纱线采用合成纤维和天然纤维的任意一种或者几种的混合，且绝缘纱线的细度为100-120dtex。

优选的，所述柔性针织线为聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩甲醛、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺和氰基丙烯酸酯中的一种或几种混合针织而成。

优选的，所述防护基底层和上保护层的经纬密度均为300x400。

优选的，所述碳纳米管纱线相互垂直且上下交替编织成导电网格，所述绝缘纱线无规则分布在该导电网格内。

优选的，所述碳纳米管组成的导电网格内相邻的两根经向碳纳米管纱线和相邻的两根纬向碳纳米管纱线之间的间隔均为5mm。

本发明具有以下有益效果：

本发明的所述一种压力传感智能织物的制备方法，首先采用由聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩甲醛、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺和氰基丙烯酸酯中的一种或几种混合针织而成的柔性针织线浸泡于浓度为浓度为50-80mg/ml的碳纳米管分散液内，从而能够得到具有碳纳米管含量高、分散性好、取若干向度极高碳纳米管纱线，在采用由合成纤维和天然纤维的任意一种或者几种的混合成的绝缘纱线编织成一个整体的、受压变形时电阻变化较为明显的压力传感织物，并且与外接芯片或者测试端口电性连接，从而能够对压力传感智能织物的电子变化进行实时监测，灵敏度较高，并且制备工艺流程简单，投入成本较低，有利于推广使用，在人体运动监测、智能服装与智能结构领域具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的一种压力传感智能织物的制备方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施例一：

请参阅图1所示，本发明为一种压力传感智能织物的制备方法，包括如下具体步骤：

(1)取若干用若干绝缘纱线，采用针织机将其混合编织成防护基底层，组成整个织物的基地结构；

(2)由于碳纳米管的溶解性差，难溶于有机溶剂和水中，并且易发生团聚，故此需要对碳纳米管的表面进行修饰，因此需先将碳纳米管酸洗1h后，并调节其ph值为7.5，然后再将其进行超声波分散工序，使其均匀分散在溶剂内，得到浓度为50mg/ml的碳纳米管分散液；

(3)取若干若干柔性针织线，将其浸渍于步骤(2)中的碳纳米管分散液内，浸泡时间为20分钟，然后将其置于60-80℃的温度下进行烘干，得到碳纳米管纱线，烘干时间为2h，此时制得的碳纳米管纱线具有碳纳米管含量高、分散性好，取若干向度极高的优点；

(4)取若干步骤(3)中制得的碳纳米管纱线和若干绝缘纱线，采用针织机将其混合编织成中间导电层，并将其平铺在防护基底层上，当中间导电层受压时，碳纳米管纱线电子随之改变；

(5)取若干若干绝缘纱线，采用针织机将其混合编织成上保护层，与防护基底层和中间导电层共同形成整个压力传感织物；

(6)取若干绝缘纱线，采用三维针织机将防护基底层、中间导电层和上保护层上下交互编织成一个整体的、受压变形时电阻变化较为明显的压力传感织物，从而使得上保护层、中间导电层和防护基底层之间连接紧固。

碳纳米管的形式为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的组合，从而使制得的碳纳米管纱线碳纳米管含量高。

绝缘纱线采用合成纤维和天然纤维的任意一种或者几种的混合，且绝缘纱线的细度为100-120dtex，能够使整个上保护层和防护基底层具有一定的绝缘能力。

柔性针织线为聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩甲醛、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺和氰基丙烯酸酯中的一种或几种混合针织而成，使得制成的碳纳米管纱线具有良好的柔性和伸缩性，施加压力后便于织物面料的回弹。

防护基底层和上保护层的经纬密度均为300x400，从而能够保证本发明的压力传感智能织物具有较好的透气性和手感。

碳纳米管纱线相互垂直且上下交替编织成导电网格，绝缘纱线无规则分布在该导电网格内，保证碳纳米管与绝缘纱线之间连接的紧固性。

碳纳米管组成的导电网格内相邻的两根经向碳纳米管纱线和相邻的两根纬向碳纳米管纱线之间的间隔均为5mm，有助于提高压力传感智能织物对压力位置的大小检测的精密度。

具体实施例二

请参阅图1所示，本发明为一种压力传感智能织物的制备方法，包括如下具体步骤

(1)取若干用若干绝缘纱线，采用针织机将其混合编织成防护基底层，组成整个织物的基地结构；

(2)由于碳纳米管的溶解性差，难溶于有机溶剂和水中，并且易发生团聚，故此需要对碳纳米管的表面进行修饰，因此需先将碳纳米管酸洗1h后，并调节其ph值为7.5，然后再将其进行超声波分散工序，使其均匀分散在溶剂内，得到浓度为80mg/ml的碳纳米管分散液，；

(3)取若干若干柔性针织线，将其浸渍于步骤(2)中的碳纳米管分散液内，浸泡时间为20分钟，然后将其置于60-80℃的温度下进行烘干，得到碳纳米管纱线，烘干时间为2h，此时制得的碳纳米管纱线具有碳纳米管含量高、分散性好，取若干向度极高的优点；

(4)取若干步骤(3)中制得的碳纳米管纱线和若干绝缘纱线，采用针织机将其混合编织成中间导电层，并将其平铺在防护基底层上，当中间导电层受压时，碳纳米管纱线电子随之改变；

(5)若干绝缘纱线，采用针织机将其混合编织成上保护层，与防护基底层和中间导电层共同形成整个压力传感织物；

(6)取若干绝缘纱线，采用三维针织机将防护基底层、中间导电层和上保护层上下交互编织成一个整体的、受压变形时电阻变化较为明显的压力传感织物，从而使得上保护层、中间导电层和防护基底层之间连接紧固。

碳纳米管的形式为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的组合，从而使制得的碳纳米管纱线碳纳米管含量高。

绝缘纱线采用合成纤维和天然纤维的任意一种或者几种的混合，且绝缘纱线的细度为100-120dtex，能够使整个上保护层和防护基底层具有一定的绝缘能力。

柔性针织线为聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩甲醛、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺和氰基丙烯酸酯中的一种或几种混合针织而成，使得制成的碳纳米管纱线具有良好的柔性和伸缩性，施加压力后便于织物面料的回弹。

防护基底层和上保护层的经纬密度均为300x400，从而能够保证本发明的压力传感智能织物具有较好的透气性和手感。

碳纳米管纱线相互垂直且上下交替编织成导电网格，绝缘纱线无规则分布在该导电网格内，保证碳纳米管与绝缘纱线之间连接的紧固性。

碳纳米管组成的导电网格内相邻的两根经向碳纳米管纱线和相邻的两根纬向碳纳米管纱线之间的间隔均为5mm，有助于提高压力传感智能织物对压力位置的大小检测的精密度。

实施例测试分析结果及讨论：

相对于实施例一，实施例二中将碳纳米管分散液的浓度从50mg/ml改变为80mg/ml，其他变量均保持不变，测得制得的压力传感智能织物对压力的反应灵敏度与碳纳米管纱线中的碳纳米管含量有关，含量越大，压力传感智能织物对压力的反应灵敏度越高。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取若干存储介质中。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取若干并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。