CN112609474B - 碳纤维基智能织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳纤维基智能织物，所述碳纤维基智能织物包括织物层以及应变功能层，所述应变功能层由具有导电性的功能性浆料制备而成，所述功能性浆料包括树脂包覆碳纤维材料以及界面粘结材料。上述碳纤维基智能织物，采用树脂包覆碳纤维作为导电材料，加强了树脂包覆碳纤维与界面粘结材料之间的相容性，从而使制备的应变功能层与织物间的界面结合力显著提高，进而使基于该碳纤维基智能织物制得的应变传感器的灵敏度大大提升，满足实际应用的要求。

Description

碳纤维基智能织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及应变传感材料技术领域，涉及一种碳纤维基智能织物及其制备方法。
背景技术
随着智能可穿戴电子设备的快速发展，柔性传感器受到广泛关注，它们预示着电子器件功能性与延展性新的发展方向，在智能纺织品、软机器人技术和实时结构健康监测等方面具有潜在应用。对于可拉伸传感器，无论采用何种方法，都必须将导电材料放置在柔性衬底上，以达到最大效果，但普遍存在灵敏度低、多次形变性能不稳定等缺点。因此寻求设计一种适用于柔性织物衬底和稳定性好的可拉伸应变传感器的制备方法，具有良好的现实意义和经济价值。虽然目前已经有研究报道，可以通过石墨导电片层包覆弹性纤维的方法制备柔性应变传感器，但由于石墨等碳材料与弹性纤维间界面结合力差，应变传感器的灵敏度(Gauge Factor,GF)仅为14.0，远远低于实际应用的要求。
发明内容
基于此，有必要针对传统的由于石墨等碳材料与弹性纤维界面结合力差，导致采用石墨导电片层包覆弹性纤维的方法制备的柔性应变传感器灵敏度不能满足实际应用的技术问题，本发明提出了一种碳纤维基智能织物及其制备方法。
本发明提出的一种碳纤维基智能织物，所述碳纤维基智能织物包括织物层以及应变功能层，所述应变功能层由具有导电性的功能性浆料制备而成，所述功能性浆料包括树脂包覆碳纤维材料以及界面粘结材料。
在其中一个实施例中，所述树脂包覆碳纤维材料为聚脲树脂包覆碳纤维材料；所述界面粘结材料为水性聚氨酯。
在其中一个实施例中，所述织物为锦氨纶。
本发明还提出了一种上述的碳纤维基智能织物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
碳纤维分散液制备步骤，将碳纤维分散至有机溶剂中，制得碳纤维分散液；
树脂包覆碳纤维材料制备步骤，将包覆树脂单体与所述碳纤维分散液混合进行反应，烘干至恒重，制得所述树脂包覆碳纤维材料；
功能性浆料制备步骤，将所述树脂包覆碳纤维材料与界面粘结材料混合，制得所述功能性浆料；
碳纤维基智能织物制备步骤，通过泡沫法将所述功能性浆料整理到织物上，固化处理后制得碳纤维基智能织物。
在其中一个实施例中，在所述碳纤维分散液制备步骤中，所述将碳纤维分散至有机溶剂中为将碳纤维以及乳化剂与有机溶剂混合，搅拌至均匀分散，于40℃～60℃温度条件下维持0.5h～1.5h。
在其中一个实施例中，所述碳纤维与所述包覆树脂单体的重量比为100：(1～20)。
在其中一个实施例中，在所述树脂包覆碳纤维材料制备步骤中，所述包覆树脂单体为甲苯-2,4-二异氰酸酯，所述反应时间为1h～2h。
在其中一个实施例中，所述碳纤维与所述界面粘结材料的重量比为(9～5):(1～5)。
在其中一个实施例中，在碳纤维基智能织物制备步骤之前，还包括织物预处理步骤，所述织物预处理步骤为将所述织物置于含有丙酮的索氏提取器中，于50℃～70℃回流2h～5h。
在其中一个实施例中，所述固化处理的温度为60℃～80℃。
上述碳纤维基智能织物，采用树脂包覆碳纤维作为导电材料，加强了树脂包覆碳纤维与界面粘结材料之间的相容性，从而使制备的应变功能层与织物间的界面结合力显著提高，进而使基于该碳纤维基智能织物制得的应变传感器的灵敏度大大提升，满足实际应用的要求。
上述碳纤维基智能织物的制备方法，通过原位聚合法将树脂包覆在碳纤维上形成构筑应变功能层的导电成分，原位聚合法使生成的树脂包覆碳纤维具有良好的阻隔性能、机械性能，重量更轻，并且通过原位聚合形成的包覆结构能够增强树脂包覆碳纤维与界面粘结材料的相容性，进而增强树脂包覆碳纤维与织物的结合力，使由该碳纤维基智能织物制备的应变传感器具有更高的灵敏度、更宽的应变范围、更稳定的性能以及更长的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的CF@Polyurea以及CF的红外光谱图；
图2为本发明实施例1制得的CF@Polyurea以及CF的X射线衍射图；
图3为本发明实施例1制得的CF@Polyurea以及CF的热重分析图；
图4为本发明实施例1制得的CF@Polyurea/WPU的应变功能层的扫描电镜图；
图5为本发实施例1明制得的CF@Polyurea/WPU应变传感织物的拉伸感应性分析图；
图6为本发明实施例1制得的CF@Polyurea/WPU应变传感织物的不同应变监测图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。
需要说明的是，本发明中所用的反应试剂均从市场上购买，且纯度为化学纯或者化学纯以上的试剂。
本发明的第一大方面提出了一种碳纤维基智能织物，碳纤维基智能织物包括织物层以及应变功能层，应变功能层由具有导电性的功能性浆料制备而成，功能性浆料包括树脂包覆碳纤维材料以及界面粘结材料。
上述碳纤维基智能织物，采用树脂包覆碳纤维作为导电材料，加强了树脂包覆碳纤维与界面粘结材料之间的相容性，从而使制备的应变功能层与织物间的界面结合力显著提高，进而使基于该碳纤维基智能织物制得的应变传感器的灵敏度大大提升，满足实际应用的要求。
其中，碳纤维(Carbon Fiber，CF)是一种直径为5μm～10μm，含碳量在90％以上的高强度、高模量纤维的纤维材料。在本发明中，碳纤维优选为短碳纤维(Chopped CarbonFiber)，短碳纤维是指将拥有高强度、高模量的碳纤维根据需求选定集束剂加工成束后，再按规定长度切割制成，具有良好的分散性、超高的机械强度、较低的密度、良好的热稳定性以及优越的导电性。
其中，树脂包覆碳纤维材料优选为聚脲树脂包覆碳纤维(CF@Polyurea)材料；界面粘结材料优选为水性聚氨酯(Water Polyurethane，WPU)。聚脲树脂(Polyurea)与水性聚氨酯之间具有良好的相容性，能够通过水性聚氨酯将聚脲树脂包覆碳纤维材料与织物牢牢粘合在一起，使形成的碳纤维基智能织物在多次拉伸后仍然保持良好的结合力，能够确保基于该碳纤维基智能织物制得的应变传感器灵敏度的稳定性。
更优选的，水性聚氨酯为阴离子水性聚氨酯。水性聚氨酯作为界面粘结材料具有良好的粘合性。优选的，水性聚氨酯的浓度为5mg/mL～15mg/mL，更优选的，水性聚氨酯的浓度为10mg/mL。
其中，织物为弹性织物，优选为锦氨纶。
本发明的第二大方面还提出了一种上述碳纤维基智能织物的制备方法，制备方法包括以下步骤：
碳纤维分散液制备步骤，将碳纤维分散至有机溶剂中，加入水，制得碳纤维分散液；
树脂包覆碳纤维材料制备步骤，将包覆树脂单体与碳纤维分散液混合进行反应，烘干至恒重，制得树脂包覆碳纤维材料；
功能性浆料制备步骤，将树脂包覆碳纤维材料与界面粘结材料混合，制得功能性浆料；
碳纤维基智能织物制备步骤，通过泡沫法将功能性浆料整理到织物上，固化处理后制得碳纤维基智能织物。
上述碳纤维基智能织物的制备方法，通过原位聚合法将树脂包覆在碳纤维上形成构筑应变功能层的导电成分，原位聚合法使生成的树脂包覆碳纤维具有良好的阻隔性能、机械性能，重量更轻，并且通过原位聚合形成的包覆结构能够增强树脂包覆碳纤维与界面粘结材料的相容性，进而增强树脂包覆碳纤维与织物的结合力，使由该碳纤维基智能织物制备的应变传感器具有更高的灵敏度、更宽的应变范围、更稳定的性能以及更长的使用寿命。泡沫法整理在溶液中可以辅助分散碳纤维，更好的均匀涂覆在织物上。此外，该制备方法还具有操作简单、条件温和、成本低的优点。
其中，在碳纤维分散液制备步骤中，有机溶剂优选为石油醚。
作为一种优选实施方式，在碳纤维分散液制备步骤中，将碳纤维分散至有机溶剂中为将碳纤维以及乳化剂与有机溶剂混合，搅拌至均匀分散，于40℃～60℃温度条件下维持0.5h～1.5h；优选的，于40℃～60℃温度条件下维持1.0h。
进一步可选的，每分散10g～20g碳纤维使用的乳化剂体积为1mL～3mL，有机溶剂体积为100mL～200mL。其中，乳化剂可以选用对本发明使用的原材料性能无影响的乳化剂，优选为非离子型表面活性剂，例如失水山梨糖醇脂肪酸酯(Span-80)。
其中，在树脂包覆碳纤维材料制备步骤中，包覆树脂单体优为甲苯-2,4-二异氰酸酯(Toluene-2,4-diisocyanate，TDI)。当将包覆树脂单体甲苯-2,4-二异氰酸酯加入到碳分散液中后，水与包覆树脂单体甲苯-2,4-二异氰酸酯在碳纤维表面发生聚合反应生成聚脲树脂。
其中，在树脂包覆碳纤维材料制备步骤中，向碳纤维分散液中加入少量水，水会浸润在碳纤维表面，之后加入包覆树脂单体如TDI，水与包覆树脂单体反应生成聚脲树脂包覆在碳纤维表面。
作为一种可选实施方式，在树脂包覆碳纤维材料制备步骤中，碳纤维与包覆树脂单体的重量比为100：(1～20),优选的，包覆树脂单体的重量比为100：10。
作为一种可选实施方式，在树脂包覆碳纤维材料制备步骤中，包覆树脂单体为甲苯-2,4-二异氰酸酯，反应时间为1h～2h。
作为一种可选实施方式，碳纤维与界面粘结材料的重量比为(9～5):(1～5)，优选的，碳纤维与界面粘结材料的重量比为8:2。
作为一种可选实施方式，在碳纤维基智能织物制备步骤之前，还包括织物预处理步骤，织物预处理步骤为将织物置于含有丙酮的索氏提取器中，于50℃～70℃回流2h～5h。通过预处理，能够使织物与树脂包覆碳纤维材料的粘合更加紧密。
在碳纤维基智能织物制备步骤中，功能性浆料中先通过加入发泡剂和稳泡剂在发泡机中进行发泡，发泡后的功能性浆料整理到织物上。例如，发泡剂可以选用十二烷基苯磺酸钠，稳泡剂可以选用海藻酸钠。
通过泡沫法将功能性就浆料整理到织物上，一方面能够使功能性浆料均匀涂附在织物的表面，另一方满可以辅助分散碳纤维，使碳纤维在功能性浆料中的分散更加均匀，从而使泡沫整理后碳纤维更为均匀地分布在织物表面。
作为一种可选实施方式，在碳纤维基智能织物制备步骤中，固化处理的温度为60℃～80℃。
实施例1
将10g的短碳纤维分散在100mL的石油醚中，同时滴入1mL的Span-80，磁力搅拌至均匀分散，得到的分散溶液升温至60℃维持1.0h，形成均匀的短碳纤维分散液。
向短碳纤维分散液中加入1g的甲苯-2,4-二异氰酸酯混合，反应1h后，将得到的固体烘干至恒重，制得聚脲树脂包覆碳纤维。
将聚脲树脂包覆碳纤维与阴离子水性聚氨酯按质量比8:2混合，通过磁力搅拌形成均匀的溶液，即得到功能性浆料。
将锦氨纶弹性织物置于含有丙酮溶液的索氏提取器中，使丙酮溶液从0℃逐步升温至50℃，并于50℃的温度条件下循环回流2h后，将锦氨纶弹性织物烘干制得预处理的锦氨纶弹性织物。
通过泡沫整理将功能性浆料整理到预处理的锦氨纶弹性织物上，随后将泡沫整理后的锦氨纶弹性织物放入烘箱于70℃温度条件下固化，待完全固化干燥后取出，得到碳纤维基智能织物。
将碳纤维基智能织物的两端分别连接导线，制得应变传感织物。
请参阅图1所示，为对CF以及实施例1制得的CF@Polyurea进行红外光谱测试得到的红外光谱图。从该红外光谱图中可以看出，聚脲树脂包覆在碳纤维上。
请参阅图2所示，为对CF以及实施例1制得的CF@Polyurea进行X射线衍射得到的X射线衍射图。从该X射线衍射图中可以看出，通过Polyurea包覆没有改变CF原始的晶型结构。
请参阅图3所示，为对CF以及实施例1制得的CF@Polyurea进行热重分析得到的热重分析图。从该热重分析图中可以看出聚脲树脂包覆在碳纤维，且在应变反应织物常用的温度范围内较为稳定。
请参阅图4所示，为对实施例1制得的应变功能层(CF@Polyurea/WPU)进行电镜扫描得到的扫描电镜图。从该扫描电镜图中可以看出短碳纤维较为均匀地分布在该应变功能层中。
灵敏度是表征应变传感织物性能的一个重要因素，灵敏度越高，应变传感织物的应变传感系数高。请参阅图5所示，为采用织物动态电阻测试仪测量实施例1制得的应变传感织物在动态形变过程中的实时灵敏度，得到拉伸感应性分析图，通过该拉伸感应性分析图能够反映应变传感织物的电阻值随拉伸形变的变化趋势。从图5中可以看出，在拉伸程度0～50％时，实施例1制得的应变传感织物的灵敏度均较高，尤其是在拉伸度在11％～29％时，GF值高达210.9，而这一拉伸范围基本契合只能穿戴电子设备通常使用的拉伸范围。
请参阅图6所示，为CF@Polyurea/WPU应变传感织物的不同应变监测图。通过应变传感织物的不同应变检测图，可以监测人体关节的多次周期性弯曲/拉直运动的可行性，从图中可以看出，该应变传感织物对对不同的拉伸应变具有稳定和可靠的响应。通过图1至图6的各种表征测试结果可以看出，本发明制备的碳纤维基智能织物具有高灵敏度、宽应变范围以及出色的稳定性特点。
实施例2
将10g的短碳纤维分散在200mL的石油醚中，同时滴入3mL的Span-80，磁力搅拌至均匀分散，得到的分散溶液升温至40℃维持0.5h，形成均匀的短碳纤维分散液。
向短碳纤维分散液中加入1.5g的甲苯-2,4-二异氰酸酯混合，反应1h后，将得到的固体烘干至恒重，制得聚脲树脂包覆碳纤维。
将聚脲树脂包覆碳纤维与阴离子水性聚氨酯按质量比7:3混合，通过磁力搅拌形成均匀的溶液，即得到功能性浆料。
将锦氨纶弹性织物置于含有丙酮溶液的索氏提取器中，使丙酮溶液从0℃逐步升温至70℃，并于70℃的温度条件下循环回流5h后，将锦氨纶弹性织物烘干制得预处理的锦氨纶弹性织物。
通过泡沫整理将功能性浆料整理到预处理的锦氨纶弹性织物上，随后将泡沫整理后的锦氨纶弹性织物放入烘箱于60℃温度条件下固化，待完全固化干燥后取出，得到碳纤维基智能织物。
将碳纤维基智能织物的两端分别连接导线，制得应变传感织物。
实施例3
将10g的短碳纤维分散在150mL的石油醚中，同时滴入2mL的Span-80，磁力搅拌至均匀分散，得到的分散溶液升温至50℃维持1.0h，形成均匀的短碳纤维分散液。
向短碳纤维分散液中加入0.5g的甲苯-2,4-二异氰酸酯混合，反应1.5h后，将得到的固体烘干至恒重，制得聚脲树脂包覆碳纤维。
将聚脲树脂包覆碳纤维与阴离子水性聚氨酯按质量比8:2混合，通过磁力搅拌形成均匀的溶液，即得到功能性浆料。
将锦氨纶弹性织物置于含有丙酮溶液的索氏提取器中，使丙酮溶液从0℃逐步升温至60℃，并于60℃的温度条件下循环回流3.5h后，将锦氨纶弹性织物烘干制得预处理的锦氨纶弹性织物。
通过泡沫整理将功能性浆料整理到预处理的锦氨纶弹性织物上，随后将泡沫整理后的锦氨纶弹性织物放入烘箱于70℃温度条件下固化，待完全固化干燥后取出，得到碳纤维基智能织物。
将碳纤维基智能织物的两端分别连接导线，制得应变传感织物。
实施例4
将15g的短碳纤维分散在100mL的石油醚中，同时滴入1mL的Span-80，磁力搅拌至均匀分散，得到的分散溶液升温至40℃维持0.5h，形成均匀的短碳纤维分散液。
向短碳纤维分散液中加入0.5g的甲苯-2,4-二异氰酸酯混合，反应1h后，将得到的固体烘干至恒重，制得聚脲树脂包覆碳纤维。
将聚脲树脂包覆碳纤维与阴离子水性聚氨酯按质量比7:3混合，通过磁力搅拌形成均匀的溶液，即得到功能性浆料。
将锦氨纶弹性织物置于含有丙酮溶液的索氏提取器中，使丙酮溶液从0℃逐步升温至50℃，并于50℃的温度条件下循环回流2h后，将锦氨纶弹性织物烘干制得预处理的锦氨纶弹性织物。
通过泡沫整理将功能性浆料整理到预处理的锦氨纶弹性织物上，随后将泡沫整理后的锦氨纶弹性织物放入烘箱于60℃温度条件下固化，待完全固化干燥后取出，得到碳纤维基智能织物。
将碳纤维基智能织物的两端分别连接导线，制得应变传感织物。
实施例5
将20g的短碳纤维分散在200mL的石油醚中，同时滴入3mL的Span-80，磁力搅拌至均匀分散，得到的分散溶液升温至60℃维持1.5h，形成均匀的短碳纤维分散液。
向短碳纤维分散液中加入0.5g的甲苯-2,4-二异氰酸酯混合，反应2h后，将得到的固体烘干至恒重，制得聚脲树脂包覆碳纤维。
将聚脲树脂包覆碳纤维与阴离子水性聚氨酯按质量比9:1混合，通过磁力搅拌形成均匀的溶液，即得到功能性浆料。
将锦氨纶弹性织物置于含有丙酮溶液的索氏提取器中，使丙酮溶液从0℃逐步升温至70℃，并于70℃的温度条件下循环回流5h后，将锦氨纶弹性织物烘干制得预处理的锦氨纶弹性织物。
通过泡沫整理将功能性浆料整理到预处理的锦氨纶弹性织物上，随后将泡沫整理后的锦氨纶弹性织物放入烘箱于80℃温度条件下固化，待完全固化干燥后取出，得到碳纤维基智能织物。
将碳纤维基智能织物的两端分别连接导线，制得应变传感织物。
对实施例2至5制备的CF@Polyurea分别进行红外光谱测试、X射线衍射测试、热重分析测试，对实施例2至5制备的应变功能层进行电镜扫描，得出的结果与实施例1基本相同。
采用织物动态电阻测试仪测量对实施例2至5制得的应变传感织物在动态形变过程中的实时灵敏度，在拉伸程度0～50％时，实施例2至5制得的应变传感织物的灵敏度与实施例1相比差别不大。实施例2至5的应变传感织物拉伸度在11％～29％时GF值为200～240。
对比例1
将短碳纤维与阴离子水性聚氨酯按质量比8:2混合，通过磁力搅拌形成均匀的短碳纤维聚氨酯溶液。
将锦氨纶弹性织物置于含有丙酮溶液的索氏提取器中，使丙酮溶液从0℃逐步升温至50℃，并于50℃的温度条件下循环回流2h后，将锦氨纶弹性织物烘干制得预处理的锦氨纶弹性织物。
通过泡沫整理将短碳纤维聚氨酯溶液整理到预处理的锦氨纶弹性织物上，随后将泡沫整理后的锦氨纶弹性织物放入烘箱于70℃温度条件下固化，待完全固化干燥后取出，得到碳纤维基智能织物。
将碳纤维基智能织物的两端分别连接导线，制得应变传感织物。
对比例1制备的短碳纤维聚氨酯溶液以及短碳纤维进行红外光谱测试，得出的红外光谱图显示水性聚氨酯并未包覆在短碳纤维上。
对比例1制备的短碳纤维聚氨酯溶液以及短碳纤维进行X射线衍射测试，得出的X射线衍射图显示短碳纤维为原始晶型结构。
对比例1制备的碳纤维基智能织物的应变功能层进行电镜扫描，从扫描电镜图中可以看出短碳纤维较为均匀地分布在应变功能层中。
采用织物动态电阻测试仪测量对比例1制得的应变传感织物在动态形变过程中的实时灵敏度，在拉伸程度0～50％时，对比例1制得的应变传感织物的灵敏度均较低，GF值最高仅为14左右。
对比例2
将20g的短碳纤维分散在100mL的石油醚中，同时滴入1mL的Span-80，磁力搅拌至均匀分散，形成均匀的短碳纤维分散液。
向短碳纤维分散液中加入0.5g的甲苯-2,4-二异氰酸酯混合，反应1h后，将得到的固体烘干至恒重，制得聚脲树脂包覆碳纤维。
将聚脲树脂包覆碳纤维与阴离子水性聚氨酯按质量比8:2混合，通过磁力搅拌形成均匀的溶液，即得到功能性浆料。
将锦氨纶弹性织物置于含有丙酮溶液的索氏提取器中，使丙酮溶液从0℃逐步升温至50℃，并于50℃的温度条件下循环回流2h后，将锦氨纶弹性织物烘干制得预处理的锦氨纶弹性织物。
通过泡沫整理将功能性浆料整理到预处理的锦氨纶弹性织物上，随后将泡沫整理后的锦氨纶弹性织物放入烘箱于70℃温度条件下固化，待完全固化干燥后取出，得到碳纤维基智能织物。
将碳纤维基智能织物的两端分别连接导线，制得应变传感织物。
对比例2制得的应变功能层(CF@Polyurea/WPU)进行电镜扫描，从扫描电镜图中可以看出短碳纤维在应变功能层中分布不均匀。
采用织物动态电阻测试仪测量对比例2制得的应变传感织物在动态形变过程中的实时灵敏度，在拉伸程度0～50％时，对比例2制得的应变传感织物的灵敏度不理想，与实施例1的应变传感织物拉伸程度在11％～29％时GF值高达210.9相比，对比例2的应变传感织物拉伸程度在11％～29％时GF值约为40。
从上述测试结果推断对比例2制备的应变传感织物由于短碳纤维分散液未于49℃～60℃维持一段时间，导致制备的聚脲树脂包覆短碳纤维包覆效果差，包覆不均匀，进而导致最终制备的应变传感织物的灵敏度介于树脂包覆短碳纤维与树脂未包覆短碳纤维之间。
对比例3
将20g的短碳纤维分散在100mL的石油醚中，同时滴入1mL的Span-80，磁力搅拌至均匀分散，得到的分散溶液升温至60℃维持1.0h，形成均匀的短碳纤维分散液。
向短碳纤维分散液中加入0.5g的甲苯-2,4-二异氰酸酯混合，反应1h后，将得到的固体烘干至恒重，制得聚脲树脂包覆碳纤维。
将聚脲树脂包覆碳纤维与阴离子水性聚氨酯按质量比8:2混合，通过磁力搅拌形成均匀的溶液，即得到功能性浆料。
通过泡沫整理将功能性浆料整理到预处理的锦氨纶弹性织物上，随后将泡沫整理后的锦氨纶弹性织物放入烘箱于70℃温度条件下固化，待完全固化干燥后取出，得到碳纤维基智能织物。
将碳纤维基智能织物的两端分别连接导线，制得应变传感织物。
采用织物动态电阻测试仪测量对比例3制得的应变传感织物在动态形变过程中的实时灵敏度，在拉伸程度0～50％时，对比例3制得的应变传感织物的灵敏度不理想，与实施例1的应变传感织物拉伸程度在11％～29％时GF值高达210.9相比，对比例3的应变传感织物拉伸程度在11％～29％时GF值约为120。
从上述测试结果推断对比例3制备的应变传感织物由于锦氨纶弹性织物未进行预处理，导致应变功能层与锦氨纶弹性织物的结合力较差，进而导致最终制备的应变传感织物的灵敏度降低。
对比例4
将20g的短碳纤维分散在100mL的石油醚中，同时滴入1mL的Span-80，磁力搅拌至均匀分散，得到的分散溶液升温至60℃维持1.0h，形成均匀的短碳纤维分散液。
向短碳纤维分散液中加入0.5g的聚脲树脂，反应1h后，将得到的固体烘干至恒重，制得聚脲树脂包覆碳纤维。
将聚脲树脂包覆碳纤维与阴离子水性聚氨酯按质量比8:2混合，通过磁力搅拌形成均匀的溶液，即得到功能性浆料。
将锦氨纶弹性织物置于含有丙酮溶液的索氏提取器中，使丙酮溶液从0℃逐步升温至50℃，并于50℃的温度条件下循环回流2h后，将锦氨纶弹性织物烘干制得预处理的锦氨纶弹性织物。
通过泡沫整理将功能性浆料整理到预处理的锦氨纶弹性织物上，随后将泡沫整理后的锦氨纶弹性织物放入烘箱于70℃温度条件下固化，待完全固化干燥后取出，得到碳纤维基智能织物。
将碳纤维基智能织物的两端分别连接导线，制得应变传感织物。
采用织物动态电阻测试仪测量对比例4制得的应变传感织物在动态形变过程中的实时灵敏度，在拉伸程度0～50％时，对比例4制得的应变传感织物的灵敏度不理想，与实施例1的应变传感织物拉伸程度在11％～29％时GF值高达210.9相比，对比例3的应变传感织物拉伸程度在11％～29％时GF值约为14。
从上述测试结果推断对比例4制备的应变传感织物由于采用直接将短碳纤维与聚脲树脂混合，并未形成包覆结构，未达到提升短碳纤维与织物结合力的作用。
对比例4制备的聚脲树脂包覆碳纤维进行红外光谱测试，从测试结果可以看出，聚脲树脂并未成功包覆在碳纤维上。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种碳纤维基智能织物的制备方法，其特征在于，所述碳纤维基智能织物包括织物层以及应变功能层，所述应变功能层由具有导电性的功能性浆料制备而成，所述功能性浆料包括树脂包覆碳纤维材料以及界面粘结材料；所述树脂包覆碳纤维材料为聚脲树脂包覆碳纤维材料；所述界面粘结材料为水性聚氨酯；所述织物为锦氨纶；
所述制备方法包括以下步骤：
碳纤维分散液制备步骤，将碳纤维以及乳化剂与有机溶剂混合，搅拌至均匀分散，于40℃～60℃温度条件下维持0.5h～1.5h，制得碳纤维分散液；
树脂包覆碳纤维材料制备步骤，将包覆树脂单体与所述碳纤维分散液混合进行反应，烘干至恒重，制得所述树脂包覆碳纤维材料；所述碳纤维与所述包覆树脂单体的重量比为100：(1～20)；所述包覆树脂单体为甲苯-2,4-二异氰酸酯，所述反应时间为1h～2h；碳纤维分散液中加入水；
功能性浆料制备步骤，将所述树脂包覆碳纤维材料与界面粘结材料混合，制得所述功能性浆料；所述碳纤维与所述界面粘结材料的重量比为(9～5):(1～5)；
碳纤维基智能织物制备步骤，通过泡沫法将所述功能性浆料整理到织物上，固化处理后制得碳纤维基智能织物；
其中，在碳纤维基智能织物制备步骤之前，还包括织物预处理步骤，所述织物预处理步骤为将所述织物置于含有丙酮的索氏提取器中，于50℃～70℃回流2h～5h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化处理的温度为60℃～80℃。
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