CN112831914B - 一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料，其制备方法包括以下步骤：（1）聚氨酯/石墨烯复合纤维网的制备：将石墨烯粉末添加到聚氨酯溶液中，充分混匀后，经过纺丝获得聚氨酯/石墨烯复合纤维，将其裁剪成短纤后，在梳理机中梳理得到低克重的复合纤维网，标记为纤维网A；（2）聚氨酯/聚偏氟乙烯混合纤维网的制备：将氨纶纤维与经过极化处理的聚偏氟乙烯纤维进行充分混匀，将其裁剪成短纤后，在梳理机中梳理得到低克重的混合纤维网，标记为纤维网B；（3）复合纤维面料的制备：将A、B两种纤维网按照A/B/A的方式进行叠放，保持各纤维网表面平整均匀无破损；将该三层结构的纤维网送入针刺机中进行针刺加固。

Description

一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料及制备方法
技术领域
本发明涉及纤维材料领域，特别涉及一种具有压电效应的改性氨纶面料及制备方法。
背景技术
智能可穿戴材料作为一类柔性电子器件，在医疗健康领域得到越来越多的关注和应用。基于压电和导电方面的智能可穿戴材料种类较多，其主要需要解决的问题在于柔性、弹性以及持久性。纤维的表面修饰能够赋予其良好的导电性，但随着使用周期的延长，表面修饰层会逐渐脱落，其持久性不能得到保证。目前多数多层压电材料采用的是化学粘合的方式，降低产品的透气性和环保性，使得材料在产品开发方面受到了一定程度的限制。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料及制备方法，通过该方法制成的氨纶面料具有良好的拉伸弹性和导电性，在按压与拉伸作用下均能够表现出压电效应，且该面料还具有良好的透气性和环保性，可以有效地解决背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料，所述改性氨纶面料具有三明治结构，其中间层为聚氨酯/聚偏氟乙烯混合纤维网，其余两层为聚氨酯/石墨烯复合纤维网。
优选地，所述聚氨酯/聚偏氟乙烯混合纤维中包含20份的聚氨酯与80份的聚偏氟乙烯；所述聚氨酯/石墨烯复合纤维中包含92份的聚氨酯与8份的石墨烯。
一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料的制备方法，包括以下步骤，
（1）聚氨酯/石墨烯复合纤维网的制备：将石墨烯粉末添加到聚氨酯溶液中，充分混匀后，经过纺丝获得聚氨酯/石墨烯复合纤维，将其裁剪成短纤后，在梳理机中梳理得到低克重的复合纤维网，标记为纤维网A；
（2）聚氨酯/聚偏氟乙烯混合纤维网的制备：将氨纶纤维与经过极化处理的聚偏氟乙烯纤维进行充分混匀，将其裁剪成短纤后，在梳理机中梳理得到低克重的混合纤维网，标记为纤维网B；
（3）复合纤维面料的制备：将A、B两种纤维网按照A/B/A的方式进行叠放，保持各纤维网表面平整均匀无破损；将该三层结构的纤维网送入针刺机中进行针刺加固。
优选地，在所述步骤（1）中，所述石墨烯粉末份数为5~10份，所述聚氨酯溶液份数为80~95份。
优选地，在所述步骤（1）中，所述石墨烯粉末的颗粒粒径为100~1000nm。
优选地，在所述步骤（2）中，所述氨纶纤维份数为10~30份，所述聚偏氟乙烯纤维份数为70~90份。
优选地，在所述步骤（3）中，所述纤维网A的克重为纤维网B的克重的0.5~1倍。
进一步地，在所述步骤（3）中，所述针刺加固包括预针刺和主针刺两个阶段。
进一步地，所述预针刺分两次进行，即将三层结构的复合纤维网刺完一面后，将其上下颠倒再刺一次，之后送至主针刺，主针刺与预针刺进行相同的处理；之后将复合纤维网翻至另一面，再分别进行预针刺与主针刺；在分别完成正反两面针刺之后，得到最终产品。
进一步地，所述预针刺和主针刺的针刺深度最远应刺至复合纤维网的中线位置。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
一、本发明中的改性氨纶面料具有三明治结构，其中间层为聚氨酯/聚偏氟乙烯混合纤维网，其余两层为聚氨酯/石墨烯复合纤维网，这些面料纤维中的改性剂均匀分散在纤维内部，能够较好的保留其使用性能，延长使用周期。其中，石墨烯与聚氨酯直接纺丝形成复合纤维，在外力摩擦或水洗等条件下不会改变其结构，性能稳定，且针刺材料的机械强度较高，因此使用周期较长。
二、本发明中的改性氨纶面料具有良好的拉伸弹性和导电性。其中，石墨烯能够提高聚氨酯的结晶度，增强拉伸强度，且石墨烯是导电性十分优良的材料，添加到聚氨酯中能显著提高面料整体的导电性能。
三、本发明中的改性氨纶面料采用聚偏氟乙烯作为压电材料，氨纶与聚偏氟乙烯纤维经过充分混合后，聚偏氟乙烯在织物面料中分布均匀，当织物被拉伸时，纤维变细伸长，这部分形变能够对纤维内部的聚偏氟乙烯形成挤压，因此该面料在按压与拉伸作用下均能够表现出压电效应，能够用作智能可穿戴设备的原材料。
四、本发明中的改性氨纶面料采用针刺加固，无需化学粘合即可得到结构稳定的多层结构，具有良好的透气性和环保性。
附图说明
图1为本发明中改性氨纶面料的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
本实施例提供了一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料，具有三明治结构，其中间层为聚氨酯/聚偏氟乙烯混合纤维网，其余两层为聚氨酯/石墨烯复合纤维网。其中，聚氨酯/聚偏氟乙烯混合纤维中包含20份的聚氨酯与80份的聚偏氟乙烯，聚氨酯/石墨烯复合纤维中包含92份的聚氨酯与8份的石墨烯。
上述改性氨纶面料的制备方法步骤如下：
（1）聚氨酯/石墨烯复合纤维网的制备：将5份粒径为1000nm的石墨烯粉末添加到95份的聚氨酯溶液中，充分混匀后，经过纺丝获得聚氨酯/石墨烯复合纤维，将其裁剪成短纤后，在梳理机中梳理得到30g/cm2的复合纤维网，标记为纤维网A。
（2）聚氨酯/聚偏氟乙烯混合纤维网的制备：将20份氨纶纤维与80份经过极化处理的聚偏氟乙烯纤维进行充分混匀，将其裁剪成短纤后，在梳理机中梳理得到克重为30 g/cm2的混合纤维网，标记为纤维网B。
（3）复合纤维面料的制备：将A、B两种纤维网按照A/B/A的方式进行叠放，保持各纤维网表面平整均匀无破损。将该三层结构的纤维网送入针刺机中进行针刺加固。针刺加固包括预针刺和主针刺两个阶段，预针刺分两次进行，即刺完一面后，将其上下颠倒再刺一次，之后送至主针刺，主针刺与预针刺进行相同的处理。之后将复合纤维网翻至另一面，再分别进行预针刺与主针刺，在分别完成正反两面针刺之后，得到最终产品。
其中，预针刺和主针刺的针刺最远应刺至复合纤维网的中线位置。
本发明中，制得的针刺加固的压电改性氨纶面料，其结构稳定，轻薄透气，压电性能良好，在20kPa的压力下，测得电压和电流约为0.58V和3.2nA。
实施例2
本实施例中的改性氨纶面料与实施例1中的改性氨纶面料结构完全相同，此处不做赘述。
上述改性氨纶面料的制备方法步骤如下：
（1）聚氨酯/石墨烯复合纤维网的制备：将10份粒径为1000nm的石墨烯粉末添加到90份的聚氨酯溶液中，充分混匀后，经过纺丝获得聚氨酯/石墨烯复合纤维，将其裁剪成短纤后，在梳理机中梳理得到克重为30g/cm2的复合纤维网，标记为纤维网A。
（2）聚氨酯/聚偏氟乙烯混合纤维网的制备：将10份氨纶纤维与90份经过极化处理的聚偏氟乙烯纤维进行充分混匀，将其裁剪成短纤后，在梳理机中梳理得到克重为45 g/cm2的混合纤维网，标记为纤维网B。
（3）复合纤维面料的制备：将A、B两种纤维网按照A/B/A的方式进行叠放，保持各纤维网表面平整均匀无破损。将该三层结构的纤维网送入针刺机中进行针刺加固。本实施例中的针刺加固步骤与实施例1中的相同，此处不做赘述。
本发明中，制得的针刺加固的压电改性氨纶面料，其结构稳定，厚度相对较大，压电性能良好，在20kPa的压力下，测得电压和电流约为0.63V和3.5nA。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料，其特征在于：所述改性氨纶面料具有三明治结构，其中间层为聚氨酯纤维/聚偏氟乙烯纤维混合纤维网，其余两层为聚氨酯聚合物/石墨烯复合纤维网；所述聚氨酯纤维/聚偏氟乙烯纤维混合纤维中包含10~30份的聚氨酯与70~90份的聚偏氟乙烯；所述聚氨酯聚合物/石墨烯复合纤维中包含80~95份的聚氨酯与5~10份的石墨烯。
2.一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）聚氨酯/石墨烯复合纤维网的制备：将石墨烯粉末添加到聚氨酯溶液中，充分混匀后，经过纺丝获得聚氨酯/石墨烯复合纤维，将其裁剪成短纤后，在梳理机中梳理得到低克重的复合纤维网，标记为纤维网A；
（2）聚氨酯/聚偏氟乙烯混合纤维网的制备：将氨纶纤维与经过极化处理的聚偏氟乙烯纤维进行充分混匀，将其裁剪成短纤后，在梳理机中梳理得到低克重的混合纤维网，标记为纤维网B；
（3）复合纤维面料的制备：将A、B两种纤维网按照A/B/A的方式进行叠放，保持各纤维网表面平整均匀无破损；将该三层结构的纤维网送入针刺机中进行针刺加固。
3.根据权利要求2所述的一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料的制备方法，其特征在于：在所述步骤（1）中，所述石墨烯粉末质量份数为5~10质量份，所述聚氨酯溶液质量份数为80~95质量份。
4.根据权利要求2所述的一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料的制备方法，其特征在于：在所述步骤（1）中，所述石墨烯粉末的颗粒粒径为100~1000nm。
5.根据权利要求2所述的一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料的制备方法，其特征在于：在所述步骤（2）中，所述氨纶纤维份数为10~30份，所述聚偏氟乙烯纤维份数为70~90份。
6.根据权利要求2所述的一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料的制备方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，所述纤维网A的克重为纤维网B的克重的0.5~1倍。
7.根据权利要求2所述的一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料的制备方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，所述针刺加固包括预针刺和主针刺两个阶段。
8.根据权利要求7所述的一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料的制备方法，其特征在于：所述预针刺分两次进行，即将三层结构的复合纤维网刺完一面后，将其上下颠倒再刺一次，之后送至主针刺，主针刺与预针刺进行相同的处理；之后将复合纤维网翻至另一面，再分别进行预针刺与主针刺；在分别完成正反两面针刺之后，得到最终产品。
9.根据权利要求8所述的一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料的制备方法，其特征在于：所述预针刺和主针刺的针刺深度最远应刺至复合纤维网的中线位置。
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