一种核壳结构导电纤维及其制备方法与在热管理织物中的应用技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构导电纤维及其制备方法与在热管理织物中的应用。该导电纤维以柔韧性聚合物纤维为壳体，以碳纤维为核体，利用多级氢键交联制备韧性较强的聚合物纤维膜基体，使其力学性能可以与高强度高模量的碳纤维进行匹配，通过将碳纤维包裹并加捻成型，得到核壳结构的导电纤维。制备的导电纤维外部绝缘，内部具有电热效应，在2V电压就可以被驱动发热，温度可以达到40℃(人体理疗的适宜温度)，通过编织形成可穿戴柔性织物，用于热理疗，热取暖，成本低廉，制备过程简单，突破传统的填料制备法，更稳定，能规模化生产。能规模化生产。能规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构导电纤维及其制备方法与在热管理织物中的应用


[0001]本专利技术属于形状记忆聚合物纤维及热管理纤维织物
，具体涉及一种核壳结构导电纤维及其制备方法与在热管理织物中的应用。

技术介绍

[0002]传统的纤维不具有导电功能，因此需要额外增加填料来赋予其导电性能。现有的导电纤维主要有碳材料导电纤维、金属导电纤维和金属复合导电纤维。碳材料导电纤维是指将导电的碳纳米管、炭黑、石墨等颗粒通过物理的方法分散在聚合物基体中，但是通过该方法制备的纤维通常导电性能不稳定，不能大幅度弯折或者拉伸；另外就是金属导电纤维，虽然导电性能稳定，但是因为金属的硬度太大以及不具有焦耳热效应，导致制备出的衣物的舒适度以及功能性降低，严重影响导电纤维织物的可市场推广使用的进程。
[0003]形状记忆聚合物纤维作为形状记忆聚合物的一个重要分支，因为其具备微纳米结构、大比表面积、高孔隙率、立体三维结构等特点，在众多领域具有巨大的应用潜力与实用价值。例如用于生物医学的药物传输系统、伤口敷料；以及软机器人领域的人工肌肉和转手；智能纺织服装达到热湿舒适性和压力舒适性的目的。随着智能时代的到来，柔性电子器件出现跨越式发展，人工智能、微电子技术与纺织新材料的结合，促进纺织服装迈向功能性、科技性迈进。
[0004]因此，如何将功能性聚合物纤维与导电材料很好的结合，制备出具有发热功能、大变形电热稳定的纺织物，不仅可以起到保暖御寒的作用，还可以用于热疗养生来针对有体寒、风湿性的患者，同时具有抗静电、抗菌和电磁屏蔽功能，同时用电驱动发热，不对环境造成污染，仍然是一个急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种核壳结构导电纤维的制备方法及在热管理织物中的应用，采用该方法可以很简单的将天然或者人造纤维与导电纤维结合起来，制备出更多功能性、可穿戴的智能织物。
[0006]为实现上述目的,本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种核壳结构导电纤维，核壳结构导电纤维以聚合物弹性体通过静电纺丝制成的聚合物纤维膜为壳体，以导电纤维为核体，将核体包裹在壳体内加捻即可制成核壳结构导电纤维。
[0008]优选的，聚合物弹性体为聚脲弹性体，导电纤维为碳纤维。
[0009]本专利技术还提供了该核壳结构导电纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010](1)制备聚合物纤维膜：
[0011]向二异氰酸酯单体溶液中逐滴滴加二胺单体溶液，并在冰浴下搅拌，再置于室温反应2～4h后，滴加间苯二酰肼单体溶液，继续搅拌45～55h，将透明粘稠的反应液倒入模具
中干燥，制成聚合物弹性体；将聚合物弹性体溶解于甲醇溶液中，搅拌直至形成均一透明的静电纺丝液；将静电纺丝液倒入注射器中并安装到推进设备上，将接收布粘到滚轮上，静电纺丝并收集聚合物纤维膜；
[0012](2)制备核壳结构导电纤维：
[0013]将聚合物纤维膜切割成矩形条，将导电纤维包裹于聚合物纤维膜内，用加捻机进行加捻，最终两端并捻进行锁捻，即可制成核壳结构导电纤维。
[0014]优选的，步骤(1)中，静电纺丝时，静电纺丝液的浓度为80
‑
90mg/ml。
[0015]优选的，步骤(1)中，二异氰酸酯单体选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基二异氰酸酯中的一种；二胺选自聚醚胺2000、聚醚胺400、1,3
‑
二氨基
‑2‑
丙醇中的至少一种。
[0016]优选的，步骤(1)中，二异氰酸酯单体：二胺单体：间苯二酰肼单体的摩尔比为10：(7
‑
8)：(2
‑
3)。
[0017]优选的，步骤(1)中，二异氰酸酯单体、二胺单体、间苯二酰肼单体的浓度均为10
‑
50wt％。
[0018]优选的，步骤(2)中，聚合物纤维膜和导电纤维的质量比为(0.5
‑
1)：1。
[0019]本专利技术还提供了该制备方法制备得到的核壳结构导电纤维在热管理织物中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
[0020]将核壳结构导电纤维和棉线分别作为编织物的纬线和经线，编织成织物，通电获得热量。
[0021]优选的，通电电压为2V时，织物温度达到37
‑
40℃。所述的分子结构中涉及多级氢键交联，提高材料的韧性。
[0022]来到达不同的用途，如用于取暖、养生等可穿戴衣物领域。
[0023]本专利技术相对现有技术的有益效果为：
[0024]1.通过多级氢键键合，制备的聚合物纤维拥有高达256MJ/m3的韧性，使其与刚性较大的碳纤维、金属纤维有较好的兼容性；
[0025]2.首次提出将碳纤维与聚合物纤维进行加捻集成，制备出具有较好柔韧性的导电纤维，制备方法简单，成本低廉；
[0026]3.该导电纤维可以通过编织，制备成编织物，利用较低的电压(1～2V)，就可以产生适合人体的温度(33～40℃)，达到保暖、驱寒、理疗的效果；当电压为3～5V时，可作为加热设备使用，最高温度可达50～120℃。
附图说明
[0027]此处的附图被并入说明书中并构成说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理，其中：
[0028]图1为实施例1的静电纺丝制备的聚合物纤维膜图；
[0029]图2为实施例1的聚合物纤维扫描电镜图；
[0030]图3为实施例1的核壳结构导电纤维制备原理图；
[0031]图4为实施例1的核壳结构导电纤维编织成的织物图。
[0032]图5为实施例1的聚脲弹性体的力学性能数据图。
具体实施方式
[0033]下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
[0034]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种核壳结构导电纤维和热管理织物，及其制备方法，采用该方法可以很简单的将天然或者人造纤维与导电纤维结合起来，制备出导电性能稳定，可大量生产的切实可行的导电柔性纤维，且通过编织可以制备可穿戴纺织衣物。
[0035](1)聚合物纤维的制备
[0036]聚合物纤维是在分子结构中引入多级氢键，利用分子间的多级氢键作用力，将二异氰酸酯单体、二胺单体以及二酰肼单体通过逐步聚合制备得到的力学性能优异的聚脲纤维。
[0037](2)导电纤维的制备
[0038]制成的导电纤维是核壳结构，外壳材料是上述制备的聚脲纤维膜，内核材料是导电的碳纤维材料。该导电纤维的制备过程：裁剪上述静电纺丝获得的纤维膜，按一定的质量比，将碳纤维包裹在纤维膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构导电纤维，其特征在于，所述核壳结构导电纤维以聚合物弹性体通过静电纺丝制成的聚合物纤维膜为壳体，以导电纤维为核体，将所述核体包裹在所述壳体内加捻即可制成所述核壳结构导电纤维。2.根据权利要求1所述的核壳结构导电纤维，其特征在于，所述聚合物弹性体为聚脲弹性体，所述导电纤维为碳纤维。3.权利要求1所述的核壳结构导电纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备聚合物纤维膜：向二异氰酸酯单体溶液中逐滴滴加二胺单体溶液，并在冰浴下搅拌，再置于室温反应2～4h后，滴加间苯二酰肼单体溶液，继续搅拌45～55h，将透明粘稠的反应液倒入模具中干燥，制成聚合物弹性体；将所述聚合物弹性体溶解于甲醇溶液中，搅拌直至形成均一透明的静电纺丝液；将所述静电纺丝液倒入注射器中并安装到推进设备上，将接收布粘到滚轮上，静电纺丝并收集所述聚合物纤维膜；(2)制备核壳结构导电纤维：将所述聚合物纤维膜切割成矩形条，将导电纤维包裹于所述聚合物纤维膜内，用加捻机进行加捻，最终两端并捻进行锁捻，即可制成所述核壳结构导电纤维。4.根据权利要求3所述的核壳结构导电纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，静电纺丝时，所述静电纺丝液的浓度为80
‑
90mg/ml。5.根据权利要求3所述的核壳结构导电纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二异氰酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷劲松，刘稳，孔德艳，刘彦菊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：