碳纳米管/聚二甲基硅氧烷复合传感纱线的开发及性能测试

采用滴浸法将碳纳米管纱线(CNT)和不同溶液浓度的聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合。研究了碳纳米管原纱及其复合纱线的外观、拉伸性、导电性及应变传感性能,探讨碳纳米管纱线及其复合纱线的应变传感机理。结果表明:PDMS浓度为5%时,CNT/PDMS复合纱的综合性能最优,其平均强度达534.2 MPa,电导率为1 204.5 S/cm,平均应变传感系数为0.67,约为原始CNT纱线的3倍。     

嵌入机织物的碳纳米管纱线应变传感性能

为研究以碳纳米管（CNT）为传感元件的智能织物的传感性能,采用嵌入方式将碳纳米管纱线与机织物结合,测试碳纳米管纱线的电阻变化率与机织物的应变关系。结果表明：实验所用的CNT 纱线的传感系数为1.02,采用5%的聚乙烯醇（PVA）溶液对其进行复合后的CNT/PVA纱线其传感系数提高到了1.43;将CNT 纱线与CNT/PVA 纱线分别沿经向和纬向嵌入平纹织物,均沿经向施加3%的应变,CNT/PVA 纱线传感系数经向为0.67,纬向为0.27,CNT 纱线传感系数经向为0.33,纬向为0.1１。改变CNT/PVA 纱线嵌入平纹的经浮长,浮长越长时织物的传感系数越高,连续6 个经浮长对应的传感系数最高为0.81;改变CNT/PVA 纱线经向嵌入平纹的长度,在一定范围内,嵌入的纱线长度越长织物的传感系数越高,将3cm 的CNT/PVA 纱线经向嵌入平纹织物经向拉伸7%时对应的传感系数约为1.07。     

超高分子量聚乙烯/聚苯胺导电针织物的应变传感性能

为制备超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纱线,以超高分子量聚乙烯（Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE）长丝纱为基材,对其进行常压等离子体预处理后采用基于原位聚合的纱线连续导电处理方法制备了超高分子量聚乙烯/聚苯胺（UHMWPE/PANI）复合导电纱线。利用制得的复合导电纱线制备了圆筒状纬平针织物作为应变传感器,进行了传感织物的应变-电阻传感性能研究。研究结果表明：导电针织物表现出明显的应变-电阻传感性能,其电阻随应变的增大先增大,至一定值后随着应变的增大而减小。传感织物具有较高的敏感度,在应变小于20%时,其传感因子可达30以上。多次拉伸时,传感织物的传感重复性逐渐提高,拉伸3次以后,传感织物表现出良好的传感重复性。     

碳纳米管/还原氧化石墨烯/聚氨酯电热变色传感纱线的制备及其性能

为了解决柔性应变传感器灵敏度较差、应变范围较窄、牢度不高等问题,设计了一种以聚氨酯细丝为芯,以碳纳米管和还原氧化石墨烯构成的三维导电网络为鞘的应变传感纱线,并采用热致变色油墨为保护层,使应变传感纱线兼具变色功能。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪对传感纱线形貌与结构进行表征,并使用电子万能测试机和万能拉力试验机测试了柔性应变传感器的传感性能和稳定性能。结果表明：碳纳米管穿插于还原氧化石墨烯片层间,形成了导电性能良好的三维导电网络;变色传感纱线灵敏度最高达32.31,应变范围可达100%,可用于人体微小运动检测;在4 V的低电压下即可迅速升温至60℃,能够实现主动变色的附加功能,为发展变色响应快、颜色可调控、使用稳定性高的热致变色材料和传感材料提供新的设计思路,推动碳纳米材料在柔性可穿戴领域的应用。     

智能复合材料中碳纳米管纱线参数设计及其变化特征

为将碳纳米管纱线传感器嵌入复合材料中, 利用三维编织技术构建了智能三维编织复合材料。针对三维六向编织复合材料编织结构,构建了编织机携纱器运动数学模型;提出了智能复合材料嵌入碳纳米管纱线的数量、长度的计算方法;分析了碳纳米管纱线在承载下的电阻变化特征。实验证明：通过Bezier 曲线计算的碳纳米管纱线长度值与实际长度的误差小于1%;当拉伸应变超过2%时,嵌入的碳纳米管纱线的应力与应变开始出现非线性;试件的加载－ 卸载对碳纳米管纱线的电阻变化具有一定影响,试件承受大负荷卸载后,碳纳米管纱线会产生剩余电阻。     

碳纳米管纱线的黏弹性力学性能研究

研究碳纳米管纱线在承受复杂的加载过程中,纱线黏弹性力学性能的变化情况。探索了碳纳米管纱线在定伸长循环拉伸、4种应变下的应力松弛和4种应变率对循环拉伸的影响。结果表明:碳纳米管纱线在同样的条件下定伸长循环拉伸,第300次比第150次的塑性变形仅增加了0.05%,塑性变形的增速逐渐变慢;随着应力松弛次数的增加,塑性变形占总应变的比例从第1次的31.3%逐渐减小到第4次的19.9%;4种应变率下循环拉伸过程中,拉伸应力表现出明显的应变率依赖性,而且碳纳米管纱线的模量随着拉伸应变率的增大而增大。认为:碳纳米管纱线在复杂的加载过程中,纱线的模量和形变等随着加载的条件发生改变。     

银纳米线涂层的编链结构纱线拉伸应变传感器

为制备柔性纱线拉伸应变传感器,将蚕丝加捻得到的蚕丝纱编织为闭口编链组织结构;通过多元醇还原硝酸银的方法制备银纳米线,在银纳米线的乙醇分散液中通过浸渍方法对基底纱线进行导电修饰,最终得到银纳米线涂层的编链组织拉伸应变传感器,研究了该组织结构拉伸应变传感器的应变-电阻传感性能。结果表明:编链组织结构的传感器具有显著的拉伸应变传感性能,该纱线传感器的电阻随着应变量的增加而减小;在拉伸应变小于5%的范围内,拉伸应变系数高达20.14;传感器在0.01~1.00 Hz 的拉伸频率范围内有稳定的响应,且传感器具有很好的循环稳定性。     

碳纳米管棉复合纱的电学及力学性能

为有效改善碳纳米管棉复合纱的耐用性能并实现碳纳米管棉复合纱的高效生产,采用一种简单浸渍烘干的方法来处理棉粗条,于环锭纺细纱机上制得碳纳米管棉复合纱,探讨了碳纳米管对复合纱的电学性能、力学性能及热学性能的影响。结果表明:碳纳米管不仅附着在棉纤维表面而且分布于纱体内的纤维与纤维之间;碳纳米管分散液的质量分数、纱线的细度和捻度均影响纱线的导电性能;碳纳米管在棉纤维表面的附着使得复合纱的强力提高且随着碳纳米管浓度的升高,复合纱强力增大;在8 V电压下,复合纱的温度可达52.6℃,碳纳米管与棉纤维的复合赋予了其优良的电热性能。     

聚乙烯醇对芳纶复合纱聚苯胺导电层耐久性影响

为提高聚苯胺导电层与基材之间的黏结牢度,以聚乙烯醇为共混高聚物,通过连续原位聚合法在对位芳纶纱线表面形成聚乙烯醇/聚苯胺导电层,制备得到芳纶/聚苯胺/聚乙烯醇复合导电纱。分析了导电纱的结构与性能,并研究了聚乙烯醇对聚苯胺导电层耐水洗和耐磨性的影响。结果表明:适量添加聚乙烯醇有助于提高导电纱导电层的结构规整性及电导率,随着聚乙烯醇质量分数的提高,导电纱的电导率呈先上升后下降的趋势,当聚乙烯醇占苯胺的质量分数为4.30%时,制得的复合导电纱线的电导率最高,达到(1.120±0.198) S/cm;聚乙烯醇的添加和质量分数的提高,有助于聚苯胺导电层耐水洗性及在较小外力作用下的耐磨性的提高。     

碳纳米管/水性聚氨酯涂层导电纱线的制备及性能研究

采用碳纳米管(CNT)/水性聚氨酯(WPU)导电油墨对蓬松多孔的涤纶拉伸变形丝进行浸渍涂层,制备了高导电碳纳米管/水性聚氨酯涂层导电纱线(CNT/WPU涂层导电纱线)。研究了不同WPU质量分数[ω(WPU)]的导电油墨和涂层次数对导电纱线导电性能的影响。结果表明,当CNT/WPU导电油墨中ω(WPU)为2%时,CNT/WPU涂层导电纱线的电导率可达2 000 S/m。通过扫描电子显微镜(SEM)观察发现,WPU能够有效改善碳纳米管与纱线表面的界面结合性能,在纱线内部和表面形成均匀连续的导电通路。     

导电锦/棉复合纱的设计与开发

将普通纱线与导电填料复合制备具有导电功能的复合纱。设计的复合纱结构分为3层:最里层为提供高强力的锦纶长丝;中间层为棉纤维包芯层,为复合纱提供较好的吸湿、透气、染色及优异的服用性能;外层为单壁碳纳米管导电涂层。通过细纱机纺制出48.6 tex锦/棉包芯纱,采用浆纱的方法进行单壁碳纳米管涂层。结果表明,复合纱电阻值为10~9Ω,导电属性为导体材料,具有导电性能。     

壳聚糖载银抗菌纱的制备及性能初探

涤纶丝广泛用于抗菌纱和织物的制备。近年来,许多抗菌物质逐渐商业化,替代抗菌物质已成为抗菌纱加工研究的重要目的。大多数抗菌物质是通过直接浸泡或涂层的方式加载在抗菌纱上的。研究旨在通过二浸二压的纺织品整理工艺,将壳聚糖载银溶液固定到涤纶纱线上。通过扫描电子显微镜分析了纱线涂层前后结构的变化,并测试了其对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的抗菌性能。试验结果表明,经壳聚糖载银溶液涂层处理的涤纶纱线均具有较好的抗菌性能,且试样R-3具有更优的抗菌效果。     

包覆方法对可拉伸温度传感混合电子纱性能的影响

通过传统电子封装技术制备的温度传感混合电子纱柔软性差，难以制成可穿戴设备用于人体健康检测。分别采用包缠与编织2种方法对可拉伸温度传感混合电子纱进行包覆，探讨包缠层数和编织角对传感区域直径和纱线伸长率的影响，并测试2种包覆传感纱的传感性能和循环拉伸性能。结果表明，包缠层数对纱线伸长率的影响较大，随着包缠层数增加，纱线的伸长率减小；编织角对传感区域直径和纱线伸长率均有显著影响，随着编织角减小，两者均减小；包覆及包覆方法均对传感纱的灵敏度无显著影响，但对响应时间有影响；循环拉伸对2种包覆传感纱的传感性能影响较小。     

光固化技术在纱线上浆中的应用

针对当前传统上浆能源消耗大的现状,为降低能源消耗和浆纱成本,以水分散性聚氨酯丙烯酸酯、光引发剂Darocur1173、甘油、等离子水为主要原料,利用UV光固化的方法实现对纱线的上浆。对原纱的性能、光固化溶液的黏度、黏度稳定性、黏附性以及光固化后的纱线质量等性能进行测试,以探讨用光固化技术替代传统上浆的可行性。研究结果表明:溶液黏度波动小、热稳定性较好;光固化后原纱的断裂强力提高54.77%,断裂伸长率提高46.70%;毛羽指数大大降低,毛羽降低率为62.45%;耐磨性大大提高,耐磨倍数提高近5倍。可见利用光固化技术实现对纱线的上浆是可行的。     

基于CNT的导电纤维

日本大阪Kuraray Living公司阳东京Mitsui公司在北海道大学(Hokkaido University)Bunshi Fugetsu教授的带领下,采用碳纳米管(CNT)分散溶液技术成功地研制了CNT涂层导电纤维CANAAN(涂层聚酯加工纱)(图1).     

纤维/纱线柔性电阻式应变传感器的研究进展

系统介绍纤维/纱线柔性电阻式应变传感器的传感机理和性能参数,详细阐述涂层法、熔融纺丝法或湿法纺丝法、结构设计法制备纤维/纱线柔性电阻式应变传感器的工艺特点及研究现状,展示纤维/纱线柔性电阻式应变传感器在可穿戴领域的应用,最后指出其在可穿戴领域应用中所面临的困难以及其未来的发展方向。     

碳纳米管涂层针织物的导电性能研究

采用碳纳米管分散液使碳纳米管以涂层方式与针织物结合,研究了碳纳米管涂层针织物的导电性能。结果表明:当碳纳米管溶液的质量分数为5%时,碳纳米管涂层针织物的综合性能最佳,电阻值最小,仅为435Ω,导电性最好;此外,溶液质量分数越大,环境相对湿度对织物导电性能的影响越明显,针织物的硬挺度也越好;水洗后,织物不导电。     

基于原位冷冻界面聚合法的纱线传感器制备及其应变传感性能

为解决传统传感器柔性差、制备成本高等问题,以涤纶包氨纶纱为基材,通过聚多巴胺修饰和聚吡咯的原位冷冻界面聚合制备了具有快速响应、稳定的电力学性能和循环耐用传感性能的柔性纱线应变传感器。利用扫描电子显微镜、X射线能谱分析仪、傅里叶红外光谱仪对导电纱的微观形貌和化学结构进行表征,探究了不同拉伸应变下导电纱的电阻变化性能。结果显示：在吡咯单体与三氯化铁的量比为1的最佳配比下,在不同的拉伸范围、拉伸速度下,纱线传感器电阻变化稳定,拉伸形变小于6%时,灵敏度达4.039;在10%应变下,响应时间为166.67 ms;此外,纱线循环拉伸1 000次后仍具有优异的稳定性。导电纱可通过编织、针织或刺绣等方式与织物相结合,实时监测人体关节活动,广泛应用于人体运动识别和远程医疗服务等领域。     

上浆前处理剂对经编用棉纱性能的影响

为改善棉纱的物理性能以适应经编高速生产,对棉纱经编织造前处理技术进行研究。选择3种不同粗细棉纱及靛蓝纱为研究对象,采用低温淀粉、低温聚乙烯醇、液蜡及白油为前处理剂,测试其对４ 种棉纱上浆率、断裂性能以及毛羽性能的影响,并借助扫描电子显微镜对前处理前后纱线表面进行观察。结果表明：低温聚乙烯醇以及液蜡可以改善棉纱的毛羽性能,并有利于提高其断裂强力及断裂伸长;低温淀粉可改善毛羽性能并提高断裂强力,但可降低纱线断裂伸长;白油会造成纱线强力及断裂伸长减小;而靛蓝纱因经靛蓝染色使表面性质改变,经前处理后纱线断裂性能与其他3 种棉纱有所差异。     

染整加工对喷气涡流纺棉纱强力的影响

为提高喷气涡流纺棉纱的强力,增加其在色织工艺中可织造性,研究了染整加工对其强力的影响。结果表明：对喷气涡流纺棉纱分别进行碱氧练漂一浴法与酶氧练漂一浴法前处理,当烧碱和酶质量浓度分别为5、10 g/L 时纱线强力提高率最大,分别为9.0%与13.7%;选择X型、KN型、K型与B型4种活性染料分别对练漂后纱线进行染色,染色纱线强力比练漂纱线有不同程度的提高,其中B型活性染料对纱线强力的提高率最大;B型活性染料质量分数为2%（o.w.f）时,分别对碱氧练漂纱与酶氧练漂纱进行染色,原纱的强力提高率分别为15.9%和24.5%。从数据分析,适当的染整加工能够提高纱线的强力。