一种基于不同织物组织CNTs涂层传感织物的制备方法与流程

本发明属于柔性织物传感器
技术领域：
，具体涉及一种基于不同织物组织cnts涂层传感织物的制备方法。
背景技术：
：织物传感器的浸渍涂层制备工艺经济、方便、易于大规模生产。而碳纳米管(cnts)具有良好的导电性、耐腐蚀性且质轻等特点，其各项物理、化学性能优异，是一种理想的涂料。针织物具有良好的弹性回复性能、抗皱性、透气性，穿着体感舒适。故将cnts分散液涂覆于针织物上获得的涂层织物制品将获得手感柔软、伸缩性、透气性、导电性优良的特性，且生产工艺简单，从而为织物传感器的制备提供了一个良好途径。目前市场上出现的主要有以金属及金属氧化物纤维、碳纤维等导电纤维纯纺或混纺织制成的导电织物，金属涂层织物和有机导电涂层制成的导电织物等，但其中金属纤维存在耐磨性差、韧性差、易腐蚀的问题，金属涂层织物存在易腐蚀且易脱落的问题。导电纤维织物方面，中国专利cn104819734a利用聚苯胺复合导电纱线与氨纶单丝编织成织物电阻传感器。中国专利cn108045032a分别利用石墨烯导电长丝、石墨烯导电短纤与普通长丝、普通短纤制得导电机织物、导电非织物，从而组合成导电传感织物。金属纤维、无机纤维作为一种良好的导电材料，被大量用于织物传感器的研发中去，但其同时具有耐磨性差、在受拉伸剪切等作用力时易发生断裂且其导电性会对织机的工作性能产生不良影响等缺陷。以金属纤维织制的织物传感器由于纤维柔曲性差，故而穿着体感不佳。cnts是近年来新发现的一种碳六十的同素异形体，可达到纳米级别，具有良好的导电性、热传导性、力学性能且质轻等特点。而针织物具有手感柔软、伸缩性好、透气性好的特点，利用cnts与分散剂制得cnts分散液对针织物进行涂层整理的方法，可赋予织物优良的导电性能，同时保证织物的舒适性，从而为织物传感器的制备提供了一个良好途径。目前利用cnts和织物制备涂层导电传感织物技术中，多采用直接织物吸附或聚苯胺原位包覆cnts后进行吸附，直接吸附cnts时，织物中的cnts多通过范德华力进行搭接形成导电结构，导电结构松散，搭接接触面积小，导致这种导电结构织物的电阻普遍较高；而聚苯胺原位包覆法制备导电涂层织物时，由于聚苯胺不导电或导电性性能弱，导致织物的整体电阻较高，导电性能不尽如人意，需要进一步的改良步骤。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题：针对目前cnts涂层传感织物制备过程中存在的诸多问题和缺陷，本发明提供一种基于不同织物组织cnts涂层传感织物的制备方法，通过导电介质的包覆，连接导通织物中的cnts和碳纤维，并在织物内形成三维网状导电结构，减小织物整体电阻，同时又不损害织物的轻质、回复性和柔韧性等服用特点，形成具备优良导电性能的柔性涂层传感织物。为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：一种基于不同织物组织cnts涂层传感织物的制备方法，包括如下步骤：(1)将不同织物组织的棉织物浸渍于碱液中，经水浴恒温处理后水洗至中性，之后烘干；所述棉织物由cnts接枝长碳纤维与棉纤维混纺纱线织造而成；(2)配制碳纳米管分散液：取0.2～1.0g无水淀粉基吸水性树脂溶于50mln-甲基吡咯烷酮中得包覆液，加热到60℃，将碳纳米管分散于包覆液中并加入表面活性剂，碳纳米管与表面活性剂的终浓度比为1:1～3，超声处理后得碳纳米管分散液；(3)将步骤(1)烘干后的棉织物平铺于盛有碳纳米管分散液的容器中，后对其进行恒温震荡处理5h，将震荡浸渍处理后的棉织物取出烘干；(4)烘干后，25℃，100％相对湿度的恒温恒湿条件下，吸潮1～10小时至含水量1～5wt％；(5)在吸潮后的棉织物上下表层均匀涂刷含cnts硅橡胶，形成导电封膜，即得不同织物组织的cnts涂层传感织物。优选地，所述cnts接枝长碳纤维的制备方法如下：(a)将pan基碳纤维置于cvd炉中，450℃氮气保护下锻烧1h除去表面上浆剂；(b)利用电化学阳极氧化法改性脱浆后的碳纤维表面：采用的电解质溶液为5wt％的nh4h2po4水溶液，走丝速度为40cm/min，电流为0.3～0.5a，对应的电化学处理强度分别为70～150c/g；(c)电化学改性后的碳纤维样品经去离子水水洗5min，120℃烘干10min后，导入终浓度为0.05m的co(no3)2·6h2o乙醇溶液中，浸渍3min，导出后送入干燥装置，80℃烘干10min，由收丝机收取附着催化剂涂层的碳纤维；(d)将上述附着催化剂涂层的碳纤维样品放入frd-400-cvd沉积炉内，通入10l/min高纯氮气，以10℃/min将炉温提升到450℃，关闭n2，通入10l/min氢气还原1h后，以25℃/min的升温速度将炉温升至550℃，通入c2h2、h2与n2的混合气体气相沉积10min，通入速率为c2h2/h2/n2＝6/6/12l/min；(e)沉积结束后，关闭c2h2与h2，在10l/min高纯氮气保护下将炉温冷却至室温即得cnts接枝长碳纤维，整个反应过程中炉内气压恒定于0.02mpa。优选地，所述导电封膜的制备方法如下：(a)称取300mg碳纳米管加入30m1的甲苯溶剂中，在磁力搅拌器上搅拌5min，然后在超声波清洗机中超声分散30min，随后加入道康宁sylgard184pdms有机硅弹性体的a组份10g，磁力搅拌5min，超声波分散30min，然后按照质量比10:1加入硅橡胶的固化剂b组份1g,磁力搅拌5min，超声波分散30min，静置10min得含cnts硅橡胶；(b)将含cnts硅橡胶均匀涂覆在在吸潮后的棉织物上下表层，然后水平放置在相对真空度为0.05mpa，温度设置为40℃的真空烘箱中，40min后取出并将其水平放在通风橱中12h彻底挥发甲苯，最后水平放置于35℃的恒温鼓风干燥箱中固化4h，在棉织物表面得到无气泡、厚度均匀、平整光滑的导电封膜。优选地，所述不同织物组织分别为平针、1+1罗纹、2+2罗纹；所述碱液为naoh溶液，naoh溶液的浓度为10g/l；所述步骤(1)中水浴恒温处理温度为60～70℃；所述步骤(1)中烘干的温度为60～80℃。优选地，所述步骤(2)中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述步骤(2)中碳纳米管的终浓度为3～11mg/ml，表面活性剂的终浓度为3～22mg/ml，超声处理时间为30～90min，超声处理温度为30～60℃。优选地，所述步骤(3)中棉织物浸泡于碳纳米管分散液的浴比为1:30～1:40。优选地，所述步骤(3)中振荡浸渍的温度为30-60℃，时间为30min。优选地，所述步骤(3)中烘干的温度为60～80℃，时间为1.5-2h。优选地，还包括循环重复步骤3后再进行步骤4。本发明获得的有益效果：1、本发明制备出导电性能较好的柔性织物传感器，制备的涂层织物薄、轻，同时导电效果优良，厚度可控，结构可调，而且所需实验操作条件要求简单，能耗低，无需昂贵的设备，生产成本低，可以在传统的上浆或印染设备上工业化生产。碳纳米管涂层织物还具有柔软舒适的特点，避免了传统金属纤维织物厚重、舒适性差的缺点。2、利用简单的浸渍-涂层工艺，碳纳米管可均匀密集地吸附于织物上，使织物表面导电网络密集，利用淀粉基吸水性树脂包覆于cnts、cnts接枝长碳纤维及棉纤维表面，吸潮后，含水淀粉基吸水性树脂作为导电介质，将cnts、cnts接枝长碳纤维及导电封膜进一步导通形成三维立体导电网络，显著降低涂层织物的整体电阻。3、通过化学沉积在长碳纤维表面形成的cnts接枝结构可减少cnts与碳纤维主干自然搭接产生的电阻，混纺成纱后，长碳纤维可作为导电网络的骨架，沉积的cnts可与吸附的cnts搭接形成分支导电结构，分支导电结构又可连通其他碳纤维主干，形成三维导电网络；4、通过增加吸附涂层次数，织物的导电性能不断提升；通过增加分散液中碳纳米管的浓度，织物的导电性能不断提升；三种织物组织中，平针结构导电性能最优，2+2罗纹涂层针织物的传感性能最优。5、导电封膜的硅橡胶基质交联后可隔绝织物内外层，可保持淀粉基吸水性树脂含水量的稳定，防止过度吸水膨胀或干燥失水，保持导电介质的含水量稳定，从而维持导电传感性能的稳定，同时由于导电封膜涂覆后织物整体厚度增大，而硅橡胶不导电，如不加入cnts，必然会增加织物电阻，因此以液态含cnts硅橡胶制备导电封膜，可通过所含cnts与织物中吸附的cnts导通，结合纱线中的cnts接枝长碳纤维形成三维导电网络，解决涂覆膜层带来的电阻增大。附图说明图1为碳纳米管分散液中碳纳米管浓度为3mg/ml、十二烷基苯磺酸钠浓度为3mg/ml时步骤(4)整理后的棉织物的扫描电镜图片；图2为碳纳米管分散液中碳纳米管浓度为6mg/ml、十二烷基苯磺酸钠浓度为18mg/ml时步骤(4)整理后的棉织物的扫描电镜图片；图3为碳纳米管分散液中碳纳米管浓度为11mg/ml、十二烷基苯磺酸钠浓度为22mg/ml时步骤(4)整理后的棉织物的扫描电镜图片；图4为实施例2中步骤(3)+(4)整理后碳纳米管涂层织物的扫描电镜图片；图5为实施例2中步骤(3)×3+(4)整理后的碳纳米管涂层织物的扫描电镜图片；图6为实施例2中步骤(3)×5+(4)整理后的碳纳米管涂层织物的扫描电镜图片；图7为实施例1中步骤(3)+(4)整理而得的平针棉织物的应变传感曲线；图8为实施例1中步骤(3)+(4)整理而得的1+1罗纹棉织物的应变传感曲线；图9为实施例1中步骤(3)+(4)整理而得的2+2罗纹棉织物的应变传感曲线；具体实施方式下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。实施例1：按如下方法制备cnts涂层传感织物：一、原料的准备和制备：cnts接枝长碳纤维的制备方法如下：(a)将pan基碳纤维置于cvd炉中，450℃氮气保护下锻烧1h除去表面上浆剂；(b)利用电化学阳极氧化法改性脱浆后的碳纤维表面：采用的电解质溶液为5wt％的nh4h2po4水溶液，走丝速度为30cm/min，电流为0.3a，对应的电化学处理强度分别为70c/g；碳纤维经过阳极辊，由聚四氟乙烯导向辊导入电解液，由第二个聚四氟乙烯辊导出后表面改性结束。通过调节直流电源电压来改变电流密度，调节走丝速度来改变碳纤维改性时间，优化确定适合于t700碳纤维的预处理工艺。(c)电化学改性后的碳纤维样品经去离子水水洗5min，120℃烘干10min后，导入终浓度为0.05m的co(no3)2·6h2o乙醇溶液中，浸渍3min，导出后送入干燥装置，80℃烘干10min，由收丝机收取附着催化剂涂层的碳纤维；(d)将上述附着催化剂涂层的碳纤维样品放入frd-400-cvd沉积炉内，通入10l/min高纯氮气，以10℃/min将炉温提升到450℃，关闭n2，通入10l/min氢气还原1h后，以25℃/min的升温速度将炉温升至550℃，通入c2h2、h2与n2的混合气体气相沉积10min，通入速率为c2h2/h2/n2＝6/6/12l/min；(e)沉积结束后，关闭c2h2与h2，在10l/min高纯氮气保护下将炉温冷却至室温即得cnts接枝长碳纤维，整个反应过程中炉内气压恒定于0.02mpa。棉织物采用的纱线由cnts接枝长碳纤维与棉纤维混纺而成，将cnts接枝长碳纤维与棉纤维按重量比1:3混纺制备纱线，具体方法参照中国专利cn101864631a中公开的方法进行制备。需要指出的是，本发明中，浸渍-涂层技术制备导电织物，对基底的材质、大小、形状等没有具体限制与要求，需根据具体情况做出不同的选择，可以是实例中的棉织物，也可以是其他纤维素织物或材料。硅橡胶采用道康宁sylgard184pdms有机硅弹性体，主要成分是聚二甲基硅氧烷，它是一种双组份加成型硅橡胶，包括液态基本组份a与固化剂b,a与b按10:1的重量比完全混合可制得固体硅橡胶，a与b组份固化的过程中是以金属铂作为催化剂的，金属铂存在于b组分中。在25℃下密度为1.03g/cm3，体积电阻率2.9x1014ω/cm,动态粘滞度为3000厘泊。二、cnts涂层传感织物的制备：(1)将平针棉织物(ctn)，大小为10×10cm2，厚度约为0.3mm，度目70，行数112，浸渍于10g/lnaoh水溶液中，经60℃水浴恒温处理后水洗至中性，织物表面洁净，碱蚀后利于碳纳米管的吸附之后60℃烘干；所述棉织物由cnts接枝长碳纤维与棉纤维混纺纱线织造而成；由于应变传感需要较大的形变能力，因此织物组织选择形变能力较大的针织物，而不选择机织物。(2)配制碳纳米管分散液：取0.2g无水淀粉基吸水性树脂溶于50mln-甲基吡咯烷酮中得包覆液，加热到60℃，将碳纳米管分散于包覆液中并加入表面活性剂，碳纳米管与表面活性剂的终浓度比为1:1，超声处理时间30min，超声处理温度30℃得分散液，超声处理后得碳纳米管分散液；本实施例中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；十二烷基苯磺酸钠是一种阴离子表面活性剂，可使织物表面亲合水分，同时离子型表面活性剂还有导电作用，碳纳米管的终浓度为3mg/ml，表面活性剂的终浓度为3mg/ml；(3)将步骤(1)烘干后的棉织物平铺于盛有碳纳米管分散液的容器中，棉织物浸泡于碳纳米管分散液的浴比为1:30，后对其进行恒温震荡处理5h，震荡处理30min，振荡浸渍的温度为30℃，振荡频率为80次/分，将震荡浸渍处理后的棉织物取出烘干，烘干的温度为60℃，时间为1.5h；(4)烘至绝干后，将棉织物暴露于25℃，100％相对湿度的恒温恒湿条件下，吸潮1小时至含水量2wt％；(5)在吸潮后的棉织物上下表层均匀涂刷含cnts硅橡胶，形成导电封膜，即得不同织物组织的cnts涂层传感织物，导电封膜的具体制备方法如下：(a)碳纳米管与pdms的复合采用溶液混合法，辅助超声波分散进行复合导电材料的制备。称取300mg碳纳米管加入30m1的甲苯溶剂中，在磁力搅拌器上搅拌5min，然后在超声波清洗机中超声分散30min，随后加入硅橡胶的a组份10g，磁力搅拌5min，超声波分散30min，然后按照质量比10:1加入硅橡胶的固化剂b组份1g,磁力搅拌5min，超声波分散30min，静置10min得液态含cnts硅橡胶；(b)将含cnts硅橡胶均匀涂覆在在吸潮后的棉织物上下表层，单面涂刷量为100g/m2，然后水平放置在相对真空度为0.05mpa，用以抽去pdms/碳纳米管复合膜中的气泡和有机溶剂甲苯，温度设置为40℃的真空烘箱中，40min后取出并将其水平放在通风橱中12h彻底挥发甲苯，最后水平放置于35℃的恒温鼓风干燥箱中固化4h，在棉织物表面得到无气泡、厚度均匀、平整光滑的导电封膜。实施例2：按如下方法制备cnts涂层传感织物：一、原料的准备和制备：cnts接枝长碳纤维的制备方法中，其余均与实施例1相同，不同之处在于：走丝速度为40cm/min，电流为0.5a，对应的电化学处理强度分别为150c/g；棉织物采用的纱线由cnts接枝长碳纤维与棉纤维混纺而成，将cnts接枝长碳纤维与棉纤维按重量比1:5混纺制备纱线。硅橡胶原料同实施例1。二、cnts涂层传感织物的制备：(1)将1+1罗纹棉织物(ctn)，大小为10×10cm2，厚度约为0.3mm，度目70，行数112，浸渍于10g/lkoh水溶液中，经70℃水浴恒温处理后水洗至中性，织物表面洁净，碱蚀后利于碳纳米管的吸附之后80℃烘干；所述棉织物由cnts接枝长碳纤维与棉纤维混纺纱线织造而成；由于应变传感需要较大的形变能力，因此织物组织选择形变能力较大的针织物，而不选择机织物。(2)配制碳纳米管分散液：取1.0g无水淀粉基吸水性树脂溶于50mln-甲基吡咯烷酮中得包覆液，加热到60℃，将碳纳米管分散于包覆液中并加入表面活性剂，碳纳米管与表面活性剂的终浓度比为1:3，超声处理时间90min，超声处理温度60℃得分散液，超声处理后得碳纳米管分散液；本实施例中表面活性剂为十二烷基苯磺酸；碳纳米管的终浓度为6mg/ml，表面活性剂的终浓度为18mg/ml；(3)将步骤(1)烘干后的棉织物平铺于盛有碳纳米管分散液的容器中，棉织物浸泡于碳纳米管分散液的浴比为1:40，后对其进行恒温震荡处理5h，震荡处理30min，振荡浸渍的温度为60℃，振荡频率为80次/分，将震荡浸渍处理后的棉织物取出烘干，烘干的温度为80℃，时间为2h；(4)烘至绝干后，将棉织物暴露于25℃，100％相对湿度的恒温恒湿条件下，吸潮10小时至含水量5wt％；(5)在吸潮后的棉织物上下表层均匀涂刷含cnts硅橡胶，形成导电封膜，即得不同织物组织的cnts涂层传感织物，导电封膜的具体制备方法同实施例1。实施例3：按如下方法制备cnts涂层传感织物：一、原料的准备和制备：cnts接枝长碳纤维的制备方法中，其余均与实施例1相同，不同之处在于：走丝速度为35cm/min，电流为0.4a，对应的电化学处理强度分别为110c/g；棉织物采用的纱线由cnts接枝长碳纤维与棉纤维混纺而成，将cnts接枝长碳纤维与棉纤维按重量比1:4混纺制备纱线。硅橡胶原料同实施例1。二、cnts涂层传感织物的制备：(1)将2+2罗纹棉织物(ctn)，大小为10×10cm2，厚度约为0.3mm，度目70，行数112，浸渍于10g/lnaoh水溶液中，经65℃水浴恒温处理后水洗至中性，织物表面洁净，碱蚀后利于碳纳米管的吸附之后70℃烘干；所述棉织物由cnts接枝长碳纤维与棉纤维混纺纱线织造而成；由于应变传感需要较大的形变能力，因此织物组织选择形变能力较大的针织物，而不选择机织物。(2)配制碳纳米管分散液：取0.6g无水淀粉基吸水性树脂溶于50mln-甲基吡咯烷酮中得包覆液，加热到60℃，将碳纳米管分散于包覆液中并加入表面活性剂，碳纳米管与表面活性剂的终浓度比为1:2，超声处理时间60min，超声处理温度45℃得分散液，超声处理后得碳纳米管分散液；本实施例中表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；碳纳米管的终浓度为11mg/ml，表面活性剂的终浓度为22mg/ml；(3)将步骤(1)烘干后的棉织物平铺于盛有碳纳米管分散液的容器中，棉织物浸泡于碳纳米管分散液的浴比为1:35，后对其进行恒温震荡处理5h，震荡处理30min，振荡浸渍的温度为45℃，振荡频率为80次/分，将震荡浸渍处理后的棉织物取出烘干，烘干的温度为70℃，时间为1.8h；(4)烘至绝干后，将棉织物暴露于25℃，100％相对湿度的恒温恒湿条件下，吸潮5小时至含水量3.5wt％；(5)在吸潮后的棉织物上下表层均匀涂刷含cnts硅橡胶，形成导电封膜，即得不同织物组织的cnts涂层传感织物，导电封膜的具体制备方法同实施例1。实施例4：其余均与实施例2相同，不同之处在于进行循环重复步骤(3)五次。对照实施例1：其余均与实施例3相同，不同之处在于步骤(2)中未加入无水淀粉基吸水性树脂并省去吸潮步骤。对照实施例2：其余均与实施例3相同，不同之处在于织物组织不采用cnts接枝长碳纤维与棉纤维混纺纱线，仅采用未接枝的普通pan基碳纤维与棉纤维进行织物的制备。对照实施例3：其余均与实施例3相同，不同之处在于省去步骤(5)，不进行导电封膜的制备。对照实施例4：其余均与实施例3相同，不同之处在于导电封膜仅由道康宁sylgard184pdms硅橡胶制备，不添加cnts。分别将实施例1～3中步骤(3)制备获得的棉织物干品与步骤(1)中获得的棉织物干品进行称重对比，计算织物增重比例，以考察不同的碳纳米管分散液配制参数对棉织物吸附碳纳米管及包覆物(淀粉基吸水性树脂)的影响，结果见表1：表1不同的碳纳米管分散液配制参数对棉织物吸附碳纳米管及包覆物组别织物增重(％)实施例15.47实施例25.74实施例35.94实施例47.79实施例4和实施例3的对比可见，重复进行碳纳米管的吸附操作可有效增加织物对碳纳米管及包覆物的吸附量，而其他参数对吸附效果也有影响，但影响较小。将碳纳米管分散液中碳纳米管和表面活性剂的终浓度作为变量，按实施例3的方法操作至步骤(4)，对步骤(4)方法整理后的碳纳米管涂层织物表面进行电镜扫描检测并进行电阻值测定：当碳纳米管分散液浓度为3mg/ml、十二烷基苯磺酸钠浓度为3mg/ml时，棉织物的表面电镜照片如图1所示，测得整理后棉织物的电阻为84.17～91.40kω。当碳纳米管分散液浓度为6mg/ml、十二烷基苯磺酸钠浓度为18mg/ml时，棉织物的表面电镜照片如图2所示，测得整理后棉织物的电阻为39.33～51.68kω。当碳纳米管分散液浓度为11mg/ml、十二烷基苯磺酸钠浓度为22mg/ml时，棉织物的表面电镜照片如图3所示，测得整理后棉织物的电阻为25.15～29.38kω。上述电阻测试数据为测量5次后计算所得的平均值。综合图1、图2、图3可以看出，当碳纳米管浓度越大时，纤维表面附着的碳纳米管的含量越高，在纤维上的分布范围越广，导电性能提升。表1的织物增重结果在此处也得到印证，纤维表面和内部均吸附有碳纳米管及包覆物，表面吸附量与织物整体增重呈正相关，纤维表面的碳纳米管及包覆物在吸水后可作为导电介质，将cnts、cnts接枝长碳纤维导通形成导电网络，显著降低涂层织物的整体电阻，因此，表面吸附量与电阻大小成负相关，进一步可知整体吸附量与电阻大小也呈负相关。将重复操作步骤(3)的次数作为变量，按实施例2的方法操作至步骤(4)，对步骤(4)整理后的碳纳米管涂层织物的表面进行电镜扫描检测并进行电阻值测定，结果如下：实施单次步骤(3)的整理后碳纳米管涂层织物表面电镜照片如图4所示，测得整理后棉织物的电阻为54.55～66.40kω。重复实施三次步骤(3)的整理后碳纳米管涂层织物表面电镜照片如图5所示，测得整理后棉织物的电阻为28.47～40.87kω。重复实施五次步骤(3)的整理后碳纳米管涂层织物表面电镜照片如图6所示，测得整理后棉织物的电阻为11.09～13.26kω。上述电阻测试数据为测量5次后计算所得的平均值。综合图4、图5、图6可以看出，当重复涂层次数越多时，纤维表面附着的碳纳米管的含量越高，在纤维上的分布范围越广，导电性能提升。图4、5、6结果显示，不同重复次数的整理步骤可使纤维表面吸附量逐渐增加，织物电阻逐渐下降，这与图1～3和表1的结果也相互印证。将不同织物组织作为变量，按实施例1的方法操作至步骤(4)，对步骤(4)方法整理后的碳纳米管涂层织物表面进行电镜扫描检测并进行电阻值测定：实施例1中步骤3及步骤4后整理而得的平针结构织物应变传感曲线如图7所示，测得整理后棉织物的电阻为29773.92～31001.48ω。实施例1中步骤3及步骤4后整理而得的1+1罗纹结构织物动态传感曲线如图8所示，测得整理后棉织物的电阻为61002.06～67133.29ω。实施例1中步骤3及步骤4后整理而得的2+2罗纹结构织物动态传感曲线如图9所示，测得整理后棉织物的电阻为40267.25～46862.18ω。综合图7、图8、图9可以看出，相同制备条件下制备的三种织物组织中，平针结构导电性能最优，2+2罗纹涂层针织物的传感性能最优。上述电阻测试数据为测量5次后计算所得的平均值。分别对实施例1～4及对照实施例1～2中制备的cnts涂层传感织物进行电阻值测定，每个试样测定5次，结果见表2：表2不同制备工艺对织物电阻的影响组别织物电阻(ω/sq)实施例1129.5±6.7实施例2152.8±8.3实施例3115.8±3.9实施例439.5±5.1对照实施例1459.7±12.8对照实施例2945.2±8.7表2结果中，实施例1～3与实施例4的电阻数据对比表明，碳纳米管及包覆物淀粉基吸水性树脂的吸附量增加(见图1～6)后可明显增大织物的导电能力，而对照实施例1和实施例3的电阻数据对比表明，淀粉基吸水性树脂吸潮后与十二烷基苯磺酸钠形成含水的导电介质，含水导电介质包覆于碳纳米管和长碳纤维上(见图1～3)，并使碳纳米管之间的搭接导通率显著高于碳纳米管之间的自然搭接形式，且帮助cnts、cnts接枝长碳纤维及导电封膜进一步导通形成三维立体导电网络，显著降低了涂层织物的整体电阻。淀粉基吸水性树脂与十二烷基苯磺酸钠的加入也有利于碳纳米管的分散，防止聚团。淀粉基吸水性树脂也具有较强的水分含蓄能力，不会因使用环境的温湿度变化而导致水分的快速逸出(见表4)。实施例3与对照实施例1对比结果表明，以长碳纤维主干进行cnts预接枝处理后混纺成纱制备的织物作为基体，可显著降低织物整体电阻，提升导电能力，主要是由于通过化学沉积在长碳纤维表面形成的cnts接枝结构可减少cnts与碳纤维主干自然搭接产生的电阻，混纺成纱后，长碳纤维可作为导电网络的骨架，沉积的cnts可与吸附的cnts搭接形成分支导电结构，分支导电结构又可连通其他长碳纤维主干或导电封膜，形成三维导电网络。以织物含水率作为变量，按照实施例2的方法制备涂层传感织物，测定织物的导电能力，结果见表3。表3织物含水量对织物电阻的影响织物含水量(wt％)织物电阻(ω/sq)1.0335.4±9.41.5310.7±8.12.0262.8±5.62.5211.3±4.93.0174.4±6.73.5148.7±6.14.0126.2±3.84.5121.2±2.75.0118.6±6.45.5116.7±7.76.0119.2±5.6表3结果表明，织物电阻会随织物含水量的增加而降低，且在2～5wt％含水量时，电阻出现显著下降，高于5wt％后织物电阻变化不明显。这主要是由于含水导电介质的主要作用是吸水膨胀后搭接连通cnts，形成导电网络，导电能力主要还是依靠cnts和碳纤维，因此在网络搭接完成后含水量对导电能力的影响就会降低。将实施例3及对照实施例3制备的cnts涂层传感织物暴露置于相同的日常室内环境中，每隔2d分别测定织物的整体电阻，共测定20d，每次电阻值测定5次，测定结果见表4：表4涂层织物导电能力稳定性评价表4结果表明，本发明制备的涂层织物在不同的温度和湿度条件下织物电阻变化很小，导电能力不受环境温度和湿度波动的影响，而对照实施例3制备的导电织物的电阻则受环境温度和湿度影响较大，波动也较大，导电稳定性明显低于实施例3。主要是由于采用了含水导电介质进行三维导电网络的导通和构建，织物含水率成为影响导电能力的重要指标，如何保持织物含水率的稳定不变成为需要解决的重要技术问题，由于日常使用环境中温度和湿度都会不断变化，如果没有导电封膜就会导致织物内的含水率也会不断波动，由表3可知含水率的变化会显著影响织物的导电能力，因此，需要采用柔性的硅橡胶在织物表面层制备封膜，导电封膜的硅橡胶基质交联后可隔绝织物内外层，可保持淀粉基吸水性树脂含水量的稳定，防止过度吸水膨胀或干燥失水，保持导电介质的含水量稳定，从而维持导电传感性能的稳定，固定织物含水量，从而稳定使用环境中织物的导电能力。测量实施例3及对照实施例4中制备的cnts涂层传感织物厚度及电阻，以实施例3操作至步骤(4)时获得的cnts涂层传感织物作为空白对照组，结果如下：表5导电封膜对织物电阻的影响组别织物厚度(mm)织物电阻(ω/sq)实施例30.64104.3±2.4对照实施例40.63629.1±5.4空白对照0.39284.8±8.7上述结果中，空白对照组的织物电阻明显小于对照实施例4，而实施例3的织物电阻则显著低于空白对照，这是由于导电封膜涂覆后织物整体厚度增大，而硅橡胶不导电，如不加入cnts，必然会增加织物电阻，因此以液态含cnts硅橡胶制备导电封膜，可通过所含cnts与织物中吸附的cnts导通，结合纱线中的cnts接枝长碳纤维形成三维导电网络，解决涂覆膜层带来的电阻增大。综上所述，本发明制备出导电性能较好的柔性织物传感器，制备的涂层织物薄、轻，同时导电效果优良，厚度可控，结构可调，而且所需实验操作条件要求简单，能耗低，无需昂贵的设备，生产成本低，可以在传统的上浆或印染设备上工业化生产。碳纳米管涂层织物还具有柔软舒适的特点，避免了传统金属纤维织物厚重、舒适性差的缺点。利用简单的浸渍-涂层工艺，碳纳米管可均匀密集地吸附于织物上，使织物表面导电网络密集，利用淀粉基吸水性树脂包覆于cnts、cnts接枝长碳纤维及棉纤维表面，吸潮后，含水淀粉基吸水性树脂作为导电介质，将cnts、cnts接枝长碳纤维及导电封膜进一步导通形成三维立体导电网络，显著降低涂层织物的整体电阻。通过化学沉积在长碳纤维表面形成的cnts接枝结构可减少cnts与碳纤维主干自然搭接产生的电阻，混纺成纱后，长碳纤维可作为导电网络的骨架，沉积的cnts可与吸附的cnts搭接形成分支导电结构，分支导电结构又可连通其他碳纤维主干，形成三维导电网络；通过增加吸附涂层次数，织物的导电性能不断提升；通过增加分散液中碳纳米管的浓度，织物的导电性能不断提升；三种织物组织中，平针结构导电性能最优，2+2罗纹涂层针织物的传感性能最优。导电封膜的硅橡胶基质交联后可隔绝织物内外层，可保持淀粉基吸水性树脂含水量的稳定，防止过度吸水膨胀或干燥失水，保持导电介质的含水量稳定，从而维持导电传感性能的稳定，同时由于导电封膜涂覆后织物整体厚度增大，而硅橡胶不导电，如不加入cnts，必然会增加织物电阻，因此以液态含cnts硅橡胶制备导电封膜，可通过所含cnts与织物中吸附的cnts导通，结合纱线中的cnts接枝长碳纤维形成三维导电网络，解决涂覆膜层带来的电阻增大。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。当前第1页1 2 3