【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性电容式扭转传感器，具体为一种静电纺纤维包芯纱及其制备方法和应用。
技术介绍
1、扭转传感器随着微机电系统的快速发展而得到广泛应用，能够有效监测复杂环境下的力学行为。随着多学科的交融发展，扭转传感器的应用范围日益扩大，其在建筑结构、软体机器人、人工肌肉、机械臂等领域都扮演者不可或缺的角色。
2、一维结构的柔性传感器通常由电极和介电层集成为一根纤维或纱线，形成平行排列的夹层结构，不仅能够实现高应变和宽电容变化范围，而且具有良好的性能。与传统的三维和二维结构传感器相比，一维结构的柔性电容传感器因其结构单元小、柔性舒适、形状可变等优势，更易于实现对拉伸、扭转等运动信号的响应与采集。这类传感器因其设计灵活、易于植入等优点而受到研究人员的广泛关注。
3、目前choi c课题组介绍了一种在矩形橡胶(介电层)上沉积生长碳纳米管(cnts)(电极)的一维结构柔性电容传感器，该传感器在200％的应变和扭矩为1700rad/m期间，分别能够产生115.7％和26％的电容变化。choi s和cooper则分别选择铜线和液态金属共晶镓铟(egaln)作为电极，pvdf纳米纤维包覆层和致密弹性体作为介电层制备了一维结构扭转电容传感器，结果表明，前者扭矩测量最高可达11.50捻/cm，后者的扭矩测量可达800rad/m。与致密的橡胶介电层相比，静电纺纳米纤维表面多孔的性质，能够有效提高传感器的灵敏性，且具有较好的柔韧性，是性能优异的介电材料。但铜线等刚性电极材料的应用，在一定程度上阻碍了其在柔性电子领域的发展。此外，
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种静电纺纤维包芯纱及其制备方法和应用，解决了上述
技术介绍
中提出的问题。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
5、根据本专利技术的第一方面，提供了一种静电纺纤维包芯纱，包括镀银锦纶芯纱以及包覆于所述镀银锦纶芯纱表面的聚丙烯腈包覆层，所述聚丙烯腈包覆层由聚丙烯腈纺丝液经静电纺丝制成的多孔膜结构。
6、优选的，所述聚丙烯腈包覆层的厚度为5～50μm。
7、优选的，所述聚丙烯腈包覆层的纺丝纤维的直径为100～400nm。
8、根据本专利技术的第二方面，提供了一种静电纺纤维包芯纱的制备方法，将聚丙烯腈纺丝液在镀银锦纶芯纱表面进行静电纺丝，沉降，烘干，得到所述静电纺纤维包芯纱。
9、作为一种具体的静电纺纤维包芯纱的制备方法，包括以下步骤：
10、将聚丙烯腈溶于有机溶剂中，得到聚丙烯腈纺丝液；
11、将平平加o溶于去离子水中，作为静电纺丝纳米纤维的接收浴；
12、左侧为卷取辊，右侧为退绕辊；
13、镀银锦纶芯纱从右侧的退绕辊上退绕，从接收浴槽的上表面通过；
14、接收浴槽内盛有与槽面平行的平平加o液体，上方为一组水平排列的静电纺丝针头；
15、针头与注射器之间通过软管进行连接，同时针头与接收浴之间形成高压电场，由注射器射出的纺丝液在高压电场的作用下，被牵伸成纳米纤维，沉积在导电芯纱表面；
16、经过烘干装置，被卷绕在左侧的卷取辊上，最终得到静电纺纤维包芯纱。
17、优选的，所述聚丙烯腈纺丝液中的有机溶剂选自n’n-二甲基甲酰胺。
18、优选的，所述聚丙烯腈纺丝液中聚丙烯腈的质量份数为10～15wt％。
19、优选的，所述静电纺丝的电压为15～20kv，喷丝速率为0.3～0.5ml/h，接受距离为50～150mm。
20、优选的，所述沉降过程的接收浴为含有平平加o的水溶液，所述接收浴中的平平加o的质量份数为0.5～1.0wt％。
21、根据本专利技术的第三方面，提供了一种静电纺纤维包芯纱作为基本传感单元在电容式扭转传感器中的应用。
22、(三)有益效果
23、本专利技术提供了一种静电纺纤维包芯纱及其制备方法和应用。具备以下有益效果：
24、(1)本方案提供的一种静电纺纤维包芯纱，聚丙烯腈包覆层的静电纺纤维均匀且完整的包覆在镀银锦纶芯纱的表面，结构疏松多孔，力学性能较芯纱有明显提升。在用于电容式扭转传感器中时，电容值随着捻度的增大而增大，极限捻度可达13捻/cm，此外，在加捻-解捻-反向加捻-解捻的循环测试中，传感器具有优异的重复稳定性。
25、(2)本方案提供的一种静电纺纤维包芯纱的制备方法，采用聚丙烯腈纺丝液进行静电纺丝，可以制备出直径大于100nm以上的纺丝纤维，甚至可以制备得到400nm的纺丝纤维，纺丝纤维直径更大，且具有更高的孔隙率和蓬松结构，在收到外力作用下更容易发生变形，外力消除后更容易恢复，用于电容传感器时，介电常数会产生更大的变化，敏感度更高。
26、(3)本方案提供的一种静电纺纤维包芯纱的制备方法，制备方法简单，成本低。
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1.一种静电纺纤维包芯纱，其特征在于：包括镀银锦纶芯纱以及包覆于所述镀银锦纶芯纱表面的聚丙烯腈包覆层，所述聚丙烯腈包覆层是由聚丙烯腈纺丝液经静电纺丝制成的多孔膜结构。
2.根据权利要求1所述的一种静电纺纤维包芯纱，其特征在于：所述聚丙烯腈包覆层的厚度为5～50μm。
3.根据权利要求1所述的一种静电纺纤维包芯纱，其特征在于：所述聚丙烯腈包覆层的静电纺纤维的直径为100～400nm。
4.一种权利要求1至3任意一项所述的一种静电纺纤维包芯纱的制备方法，其特征在于：将聚丙烯腈纺丝液在镀银锦纶芯纱表面进行静电纺丝，沉降，烘干，得到所述静电纺纤维包芯纱。
5.根据权利要求4所述的一种静电纺纤维包芯纱的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯腈纺丝液中的有机溶剂选自N’N-二甲基甲酰胺。
6.根据权利要求5所述的一种静电纺纤维包芯纱的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯腈纺丝液中聚丙烯腈的质量份数为10～15wt％。
7.根据权利要求4所述的一种静电纺纤维包芯纱的制备方法，其特征在于：所述静电纺丝的电压为15～20kV，喷丝速率为
8.根据权利要求4所述的一种静电纺纤维包芯纱的制备方法，其特征在于：所述沉降过程的接收浴为含有平平加O的水溶液，所述接收浴中的平平加O的质量份数为0.5～1.0wt％。
9.一种权利要求1至3任意一项所述的一种静电纺纤维包芯纱或者根据权利要求4至8任意一项所述的制备方法得到的静电纺纤维包芯纱作为基本传感单元在电容式扭转传感器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种静电纺纤维包芯纱，其特征在于：包括镀银锦纶芯纱以及包覆于所述镀银锦纶芯纱表面的聚丙烯腈包覆层，所述聚丙烯腈包覆层是由聚丙烯腈纺丝液经静电纺丝制成的多孔膜结构。
2.根据权利要求1所述的一种静电纺纤维包芯纱，其特征在于：所述聚丙烯腈包覆层的厚度为5～50μm。
3.根据权利要求1所述的一种静电纺纤维包芯纱，其特征在于：所述聚丙烯腈包覆层的静电纺纤维的直径为100～400nm。
4.一种权利要求1至3任意一项所述的一种静电纺纤维包芯纱的制备方法，其特征在于：将聚丙烯腈纺丝液在镀银锦纶芯纱表面进行静电纺丝，沉降，烘干，得到所述静电纺纤维包芯纱。
5.根据权利要求4所述的一种静电纺纤维包芯纱的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯腈纺丝液中的有机溶剂选自...
【专利技术属性】
技术研发人员：王小虎，洪剑寒，范梦晶，岳欣琰，韩潇，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：
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