本发明涉及一种导电纤维的制备方法，特别是一种制备具有聚吡咯多级形貌的导电纤维的制备方法。
背景技术
聚吡咯是一种导电性良好、环境稳定性优良、价格低廉的导电高分子。具有表面多级形貌的的聚吡咯导电纤维由于具有较高的比表面积并且易于与织物进行集成非常有利于构筑高性能的柔性可穿戴传感器或超级电容器。光刻法和模板复刻法虽然可以在平面状基底表面制备图案化聚吡咯薄膜，但是并不适用于在纤维表面进行图案化。而传统的拉伸回缩法只能构建一级皱纹形貌，这将限制导电纤维比表面积的提高，进而限制了聚吡咯导电纤维的进一步应用。因此，亟需一种简单、成本低廉、高效率的方法来制备具有多级形貌的聚吡咯导电纤维。近年来，将原位起皱与拉伸回缩联用来构建多级结构的方法吸引了人们的广泛关注，因其操作简单并且可控的优势而受到了人们的重视。
技术实现要素：
针对上述现有技术，一种制备构建具有多级形貌的聚氨酯导电纤维的方法。本发明选用聚氨酯纤维为弹性材料，首先将聚氨酯纤维预拉伸一定应变，然后在其表面沉积一定厚度的聚吡咯薄膜，最后将聚氨酯纤维缓慢回缩至初始状态，从而得到具有聚吡咯多级形貌的聚氨酯导电纤维。通过调节预拉伸程度可以得到具有不同表面形貌的聚氨酯导电纤维。本发明利用简单快捷的方法实现了快速制备具有聚吡咯多级形貌的聚氨酯导电纤维，从而避免了复杂的操作步骤，昂贵的加工设备，较长的制备时间。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种构建具有多级形貌的聚氨酯导电纤维的方法，包括以下步骤：
步骤一：按照质量体积比为6.5～7mg/ml将吡咯单体溶解在盐酸中，超声混匀得到溶液a，按照质量体积比为30～35mg/ml将氯化铁溶解在盐酸中，超声混匀得到溶液b；
步骤二：将聚氨酯纤维两端固定在拉伸台上，预拉伸一定应变，拉伸应变小于100％；
步骤三：将步骤二预拉伸的聚氨酯纤维浸泡在步骤一配置的溶液a中，放入2～5℃的冰箱内冷藏10min，同时将步骤一配置的溶液b放入2～5℃的冰箱内冷藏10min；
步骤四：将溶液b和浸泡有预拉伸的聚氨酯纤维的溶液a从冰箱中取出，按照体积比为1:1将溶液b倒入浸泡有预拉伸的聚氨酯纤维的溶液a中，均匀混合后，将反应容器放入2～5℃的冰箱内反应3h；
步骤五：反应结束后将反应容器取出，从反应容器中取出生长有聚吡咯的聚氨酯纤维放入蒸馏水中使用超声波清洗机清洗干净，干燥；
步骤六：干燥后的聚氨酯纤维缓慢回缩至初始状态，得到具有聚吡咯多级形貌的聚氨酯导电纤维。
本发明中，对聚氨酯纤维预拉伸应变与最终拉伸回缩诱导产生皱纹的周期成反比。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种快速制备具有聚吡咯多级形貌的聚氨酯导电纤维的方法，通过简单的控制预拉伸应变的大小，可制备出具有不同聚吡咯皱纹形貌的聚氨酯导电纤维，其中，聚氨酯纤维上生长的聚吡咯薄膜具有多级皱纹结构。本发明具有简单、快捷、成本低、可重复性好等特点，避免了制备过程复杂、设备昂贵、效率低等缺点，在可穿戴的气体传感器、湿度传感器、压力传感器、超级电容器等领域有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1未沉积聚吡咯的聚氨酯纤维表面的扫描电子显微镜图片；
图2为实施例1得到的聚氨酯纤维表面聚吡咯的扫描电子显微镜低倍图片；
图3为实施例1得到的聚氨酯纤维表面聚吡咯的扫描电子显微镜高倍图片；
图4为实施例2得到的聚氨酯纤维表面聚吡咯的扫描电子显微镜低倍图片；
图5为实施例2得到的聚氨酯纤维表面聚吡咯的扫描电子显微镜高倍图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明提出的一种构建具有多级形貌的聚氨酯导电纤维的方法。首先，将聚氨酯纤维固定在拉伸台并且预拉伸一定的应变，最大不超过100％；然后在预拉伸的聚氨酯纤维表面采用化学聚合的方法沉积一层聚吡咯薄膜；最后将聚氨酯纤维缓慢回缩至初始状态即可得到具有多级结构的聚氨酯导电纤维。
实施例1：构建具有多级形貌的聚氨酯导电纤维，采用基于原位起皱与拉伸回缩的方法构建具有聚吡咯皱纹形貌的聚氨酯导电纤维，步骤如下：
步骤一：将0.2013g吡咯单体溶解在30ml的盐酸中，超声混匀得到溶液a，而后将0.9732g的氯化铁溶解在30ml的盐酸中，超声混匀得到溶液b；
步骤二：将500d的聚氨酯纤维两端固定在拉伸台上，预拉伸33％应变；
步骤三：将预拉伸的聚氨酯纤维浸泡在步骤一配置的溶液a中，放入2～5℃的冰箱内冷藏10min，同时将步骤一配置的溶液b放入2～5℃的冰箱内冷藏10min；
步骤四：将步骤二冷藏过后的溶液b和浸泡有预拉伸的聚氨酯纤维的溶液a从冰箱中取出，并将溶液b倒入浸泡有预拉伸的聚氨酯纤维的溶液a中，溶液a与溶液b的体积比为1:1，均匀混合后，将反应容器放入2～5℃的冰箱内反应3h；
步骤五：反应结束后将反应容器取出，取出生长有聚吡咯的聚氨酯纤维放入蒸馏水中使用超声波清洗机清洗干净，干燥；
步骤六：将聚氨酯纤维缓慢回缩至初始状态，得到具有聚吡咯多级形貌的聚氨酯导电纤维。
实施例1所用的原始的500d的聚氨酯纤维表面非常光滑，其表面形貌如图1所示。化学聚合反应3h并且回缩至初始状态的聚氨酯纤维表面沉积了一层聚吡咯薄膜，聚吡咯薄膜具有多级皱纹形貌，由原位起皱的无规皱纹和拉伸回缩诱导产生的垂直于纤维轴向的取向皱纹构成，其表面形貌如图2和图3所示，其中拉伸回缩诱导产生皱纹的周期为2.2μm；
对实施例1获得的聚氨酯导电纤维裁剪为8根长度为1cm的沉积有聚吡咯的聚氨酯纤维，两端涂覆导电银胶，使用数字源表测试其电阻，其电阻平均值为25.9kω。
实施例2：构建具有多级形貌的聚氨酯导电纤维，步骤与实施例1基本相同，不同仅为：步骤二中，对500d的聚氨酯纤维预拉伸时，由预拉伸33％应变改为预拉伸88％应变；最终得到具有聚吡咯多级形貌的聚氨酯导电纤维。
本实施例2中，化学聚合反应3h并且回缩至初始状态的聚氨酯纤维表面沉积了一层聚吡咯薄膜，聚吡咯薄膜具有多级皱纹形貌，由原位起皱的无规皱纹和拉伸回缩诱导产生的垂直于纤维轴向的取向皱纹构成，此外在沿聚氨酯纤维轴向出现一些微裂纹，其表面形貌如图4和图5所示，其中拉伸回缩诱导产生皱纹的周期为1.3μm；
对实施例2获得的聚氨酯导电纤维裁剪为8根长度为1cm的沉积有聚吡咯的聚氨酯纤维，两端涂覆导电银胶，使用数字源表测试其电阻，其电阻平均值为77.2kω。
本发明构建具有多级形貌的聚氨酯导电纤维的方法是利用原位起皱与拉伸回缩的方法在聚氨酯纤维表面构建具有多级形貌的聚吡咯薄膜，制备出具有聚吡咯多级皱纹结构的聚氨酯导电纤维。通过调整不同的预拉伸应变，从而获得了不同聚吡咯形貌的聚氨酯导电纤维，并且预拉伸应变与拉伸回缩诱导产生皱纹的周期成反比。本发明方法克服了之前在纤维表面构建多级形貌制备过程复杂，过程可控性差的缺点。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。