CN110904534A - 基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维及制备方法 - Google Patents

基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维及制备方法，主要涉及导电纤维技术领域。包括S1，配置SBS溶解液作为皮层纺丝液；S2，配置AgNWs‑乙醇混合溶液作为芯层纺丝液；S3，准备95％乙醇作为凝固浴；S4，将步骤S1中皮层纺丝液和步骤S2中的芯层纺丝液以不同的流速配比经同轴纺丝针头注入步骤S3凝固浴内，进行湿法纺丝，得导电纤维；所述得到的导电纤维的截面自内而外具有中空层、银纳米线芯层、SBS皮层。本发明的有益效果在于：方法简单经济，可纺性好，且成型的纤维良好的可拉伸性、良好的导电性及明显的中空结构，其还具有孔径大小、纤维内外壁厚等可调的优势。

Description

基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导 电纤维及制备方法
技术领域
本发明涉及导电纤维技术领域，具体是基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维及制备方法。
背景技术
智能可穿戴技术成为当今科学领域的研究热点之一。它将各类传感、识别、连接和云服务等技术综合嵌入到人们的眼镜、戒指、手环、服饰及鞋袜等日常穿戴设备中，以实现用户五感、生活管家、社交娱乐、健康监测等功能。柔性应变传感器是智能可穿戴设备的重要组成部分，广泛应用于软体机器人、人机交互和人体健康监测等领域，要求具有较宽的响应范围、高灵敏度、高拉伸性和优异的耐疲劳性能。传统应变传感器存在大形变与稳定的导电性无法共存的局限。近些年来，兼具良好导电性能、高拉伸性和高灵敏度的柔性传感器开始被研究，弹性复合导电纤维或纱线成为新选择。
苯乙烯系热塑性弹性体(SBCs)是世界产量最大、与橡胶性能最为相似的一种热塑性弹性体。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)为其中一类，其产量最大(占70％以上)、成本低、应用较广，是以苯乙烯、丁二烯为单体的三嵌段共聚物，兼有塑料和橡胶的特性，被称为“第三代合成橡胶”，可以和水、弱酸、碱等接触，具有较好的拉伸强度和优异的断裂伸长率，可达300％-2000％，表面摩擦系数大，低温性能好，电性能优良，加工性能好等特性。
金属纳米线是指将一种或多种金属设计构造成为纳米线构型。金属纳米线统一具有低电阻,高电化学响应效率的特点在很多领域都有应用。英国科学家于2013年初研发出一种玻璃纳米纤维(即二氧化硅纳米纤维)。其构造元素丰富易得,却具有高强度,低直径,低重量的特点。目前经常研究的金属纳米线有铜纳米线、银纳米线等
现有技术中，多半选用金属纳米线与聚合物材料共混纺丝，以达到导电性能，但是纤维电阻大，传感灵敏度差；也有部分将金属纳米线涂覆于纤维表面，制备导电复合纤维，但是表面磨损易脱落，于是制备一种内部涂覆金属纳米线层的导电纤维作为应变传感设备很有意义。
发明内容
本发明的目的在于提供基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维及制备方法，它采取同轴湿法纺丝技术，选用银纳米线作为芯层材料，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物作为皮层材料，方法简单经济，可纺性好，且成型的纤维良好的可拉伸性、良好的导电性及明显的中空结构，其还具有孔径大小、纤维内外壁厚等可调的优势。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维，通过以下步骤制得：
S1，配置SBS溶解液作为皮层纺丝液；
S2，配置AgNWs-乙醇混合溶液作为芯层纺丝液；
S3，准备95％乙醇作为凝固浴；
S4，将步骤S1中皮层纺丝液和步骤S2中的芯层纺丝液以不同的流速配比经同轴纺丝针头注入步骤S3凝固浴内，进行湿法纺丝，得导电纤维；
所述得到的导电纤维的截面自内而外具有中空层、银纳米线芯层、SBS皮层；
S5，导电复合纤维卷绕经去离子水浸泡2h，60℃烘烤4小时，芯层酒精挥发完全，即得成品。
所述步骤S1是，使用将SBS加入到含量为70％的四氢呋喃溶液中配置SBS溶解液作为皮层纺丝液。
所述步骤S4所述的流速配比为：皮层1mm/min，芯层0.5mm/mL、1mm/min或1.5mm/min。
所述步骤S4中，湿法纺丝设备的卷绕装置，对导电纤维的卷绕速度为20mm/min。
作为本发明的另一个方面，是上述导电纤维的制备方法。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明将导电颗粒通过同轴湿法纺丝的方法嵌入内部，保证外部摩擦对其产生的银层掉落等问题，且导电性能良好，灵敏度高。
该方法简单经济，可纺性好，且成型的纤维良好的可拉伸性、良好的导电性及明显的中空结构，其还具有孔径大小、纤维内外壁厚等可调的优势。
附图说明
附图1是本发明实施例1制备的同轴湿法纺丝SBS/AgNWs导电复合纤维截面电镜图及示意图。
附图2是本发明的同轴湿法纺丝流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1：基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维
其制备方法包括以下步骤：
(1)配置SBS溶解液作为皮层纺丝液。
(2)配置AgNWs-乙醇混合溶液作为芯层纺丝液。
(3)准备95％乙醇作为凝固浴。
(4)将步骤(1)中皮层纺丝液和步骤(2)中的芯层纺丝液进行同轴湿法纺丝设备以不同的流速配比经同轴纺丝针头注入步骤(3)中的凝固浴内，进行湿法纺丝，得到具有中空结构的内层存在致密银纳米线层的导电纤维。
(5)将步骤(4)中的导电复合纤维卷绕经去离子水浸泡2h，放入烘箱中60℃烘烤4小时，确保芯层酒精挥发完全。
(6)其中，步骤(1)包括，将SBS加入到含量为70％的四氢呋喃溶液中。
(7)其中，步骤(4)包括，皮层和芯层纺丝流速分别为：皮层1mm/min，芯层0.5mm/mL、1mm/min和1.5mm/min。
(8)其中，步骤(4)包括，导电复合纤维的卷绕速度为20mm/min
现有技术中所用的导电材料与高聚物形成纤维的方式有两种，一是共混纺丝，二是表面整理，但共混纺丝导电性能差，灵敏度差，而表面整理，暴露于环境中，涂层易于脱落。针对以上，本发明解决的技术问题为制备一种基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维，该方法简单经济，可纺性好，且成型的纤维良好的可拉伸性、良好的导电性及明显的中空结构，其还具有孔径大小、纤维内外壁厚等可调的优势。

Claims (8)

1.基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维，其特征在于，通过以下步骤制得：
S1，配置SBS溶解液作为皮层纺丝液；
S2，配置AgNWs-乙醇混合溶液作为芯层纺丝液；
S3，准备95％乙醇作为凝固浴；
S4，将步骤S1中皮层纺丝液和步骤S2中的芯层纺丝液以不同的流速配比经同轴纺丝针头注入步骤S3凝固浴内，进行湿法纺丝，得导电纤维；
所述得到的导电纤维的截面自内而外具有中空层、银纳米线芯层、SBS皮层；
S5，导电复合纤维卷绕经去离子水浸泡2h，60℃烘烤4小时，芯层酒精挥发完全，即得成品。
2.根据权利要求1所述基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维，其特征在于，所述步骤S1是，使用将SBS加入到含量为70％的四氢呋喃溶液中配置SBS溶解液作为皮层纺丝液。
3.根据权利要求1所述基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维，其特征在于，所述步骤S4所述的流速配比为：皮层1mm/min，芯层0.5mm/mL、1mm/min或1.5mm/min。
4.根据权利要求1所述基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维，其特征在于，所述步骤S4中，湿法纺丝设备的卷绕装置，对导电纤维的卷绕速度为20mm/min。
5.根据权利要求1-4任一项所述基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，配置SBS溶解液作为皮层纺丝液；
S2，配置AgNWs-乙醇混合溶液作为芯层纺丝液；
S3，准备95％乙醇作为凝固浴；
S4，将步骤S1中皮层纺丝液和步骤S2中的芯层纺丝液以不同的流速配比经同轴纺丝针头注入步骤S3凝固浴内，进行湿法纺丝，得导电纤维；
所述得到的导电纤维的截面自内而外具有中空层、银纳米线芯层、SBS皮层；
S5，导电复合纤维卷绕经去离子水浸泡2h，60℃烘烤4小时，芯层酒精挥发完全，即得成品。
6.根据权利要求1所述基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S1是，使用将SBS加入到含量为70％的四氢呋喃溶液中配置SBS溶解液作为皮层纺丝液。
7.根据权利要求1所述基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S4所述的流速配比为：皮层1mm/min，芯层0.5mm/mL、1mm/min或1.5mm/min。
8.根据权利要求1所述基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/银纳米线的柔性导电纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，湿法纺丝设备的卷绕装置，对导电纤维的卷绕速度为20mm/min。
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