CN113073412A - 一种应变不敏感的导电包覆纱线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应变不敏感的导电包覆纱线及其制备方法，属于柔性可穿戴电子学领域和纺织技术领域。所述包覆纱线以具有倒刺结构的弹性长丝(倒刺弹性长丝)为芯纱，导电纤维为外包纱；其中，弹性长丝上的倒刺结构起到固定导电纤维的作用，包覆纱下机后，芯层具有张力的倒刺弹性长丝回缩，而皮层导电纤维本身没有弹性，受弹性长丝上倒刺的固定作用，随弹性长丝的回缩而弯曲起褶。本发明的应变不敏感型导电包覆纱线具有褶皱结构，当受到拉伸时，弯曲褶皱的皮层导电纤维随包覆纱线的拉伸产生空间重构，但是电流流过的路径并没有改变，具有应变不敏感的导电性能。

Description

一种应变不敏感的导电包覆纱线及其制备方法
技术领域
本发明属于柔性可穿戴电子学领域和纺织技术领域，具体涉及一种应变不敏感的导电包覆纱线及其制备方法，可应用于柔性可穿戴智能纺织品中。
背景技术
可拉伸导电材料是柔性电子设备中必不可少的组成部分。随着材料科学迅速发展，可拉伸导电材料受到极大关注和深入研究。大多数可拉伸导电材料的电导率在拉伸时会发生变化，这些导电纤维可以作为传感器使用。而稳定的导电性能是可拉伸电子设备的关键，是保证电子设备稳定传递电信号的关键。但对于可穿戴电子设备来说，具有能够稳定传递电信号的应变不敏感型电子电路的研究和应用较少。
现有商用电子电路多以刚性金属为主，在使用过程中不仅会影响智能可穿戴设备的电信号传导，更会影响可穿戴设备的使用体验。越来越多的应变不敏感的柔性电子器件被用于智能可穿戴设备，主要为二维分形结构和一维皮芯结构。二维结构通过蛇形结构或网络结构等实现应变不敏感性能，但是二维结构的可穿戴设备只能在较低应变水平下保持不敏感性能，这与人正常运动所产生的应变不匹配。一维皮芯结构多通过预牵伸整理工艺，在预牵伸的弹性纤维上沉积导电涂层后，释放预牵伸实现具有表面褶皱状的一维不敏感的导电纤维。虽然一维皮芯结构的导电纤维可以在高应变下具有较低的电阻变化，但是，对牵伸状态下的弹性纤维进行导电涂层沉积往往需要涂覆、干燥等复杂过程，难以连续性生产和大规模制备。
因此，研究一种可大规模制备的在高应变下具有应变不敏感性的导电纱线及其制备方法，用于智能可穿戴设备具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中应变不敏感型导电纱线难以连续制备的问题，提供了一种应变不敏感的导电包覆纱线及其制备方法。本发明通过制备具有倒刺结构的弹性长丝，并以该弹性长丝为芯纱，导电纤维为外包纱。导电纤维包覆在具有一定张力的具有倒刺结构的弹性长丝外层；其中，弹性长丝上的倒刺结构起到固定导电纤维的作用，包覆纱下机后，芯层具有张力的倒刺弹性长丝回缩，而皮层导电纤维本身没有弹性，受弹性长丝上倒刺的固定作用，随芯层回缩弯曲起褶。这种导电包覆纱线受到拉伸时，弯曲起褶的导电纤维随芯层纱线的拉伸产生空间重构，但是电流流过的路径并没有改变，实现应变不敏感的导电性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，将导电纤维包覆在具有倒刺结构的弹性长丝外层，即得应变不敏感的导电包覆纱线；
所述具有倒刺结构的弹性长丝中，倒刺排数为≥2的偶数，各排倒刺沿弹性长丝轴向均匀分布，不同排倒刺沿弹性长丝周向均匀分布；所有倒刺与长丝轴向之间的夹角大小相同，但沿弹性长丝横截面中心点对称的两排倒刺的朝向相反；
所述应变不敏感的导电包覆纱线的电导率为10-5～103S/cm，品质因子为0.1～10，即相对电阻变化(△R/R0)除以应变。电导率＝l/RS，其中，R为长度为lm的包覆纱两端的电阻(Ω)，S(m2)为纤维的横截面积；品质因子Q＝△l/l0/(△R/R0)。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，倒刺排数为2或4排。
如上所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，所述应变不敏感型导电包覆纱线采用空心锭包覆纺纱方式制备，具体制备方法为：具有倒刺结构的弹性长丝通过空心锭杆，在喂入辊与牵伸辊之间实现牵伸，芯层纱线牵伸状态通过调节喂入辊与牵伸辊的转动速度实现，纱线牵伸倍数为两者转速间的比值；导电纤维经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子带动整个有边纱筒旋转，导电纤维从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对具有倒刺结构的弹性长丝的螺旋包覆。如上所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，牵伸辊的速度为4～20m/min，空心锭子的转速为10000～20000rpm，优选为11000～13000rpm，牵伸倍率为(1+0.1x)～(1+0.5x)(x为弹性芯纱断裂伸长率，弹性纤维的断裂伸长率为50％～2000％)，优选1+0.3x，包覆纱捻度为锭子转速与牵伸辊速度间比值，为500～2000捻/m，优选为800～1200捻/m。
如上所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，所述导电纤维为单组份导电纤维(碳纤维、金属纤维等)，或者为高分子基材与导电材料通过共混或涂层的方式制备而成的导电纤维；所述导电材料为金属材料、碳纳米材料或导电高分子材料。
如上所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，所述具有倒刺结构的弹性长丝中，弹性长丝原料为聚氨酯、聚己内酯、聚酰胺和聚对苯二甲酸丙二醇酯中的一种或两种以上的共聚物或共混物，倒刺的原料为聚乳酸、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚丙烯、聚乙烯和聚碳酸酯中的一种或两种以上的共聚物或共混物。
以腈纶基碳纤维为例，单组份导电纤维制备方法为：将腈纶原丝置于空气氧化炉中，并施加一定牵伸作用，在180～300℃的温度范围内梯度升温对其进行预氧化；在高纯氮气流保护下，将预氧化的腈纶丝先后置于300～1000℃的低温碳化炉和1000～1600℃的高温碳化炉中进行碳化，得到碳纤维。
导电纤维也可以通过涂层方式实现，具体制备步骤可以通过浸渍涂覆法方式实现，具体制备步骤为：(1)将导电材料加入10～40wt％聚氨酯溶液中搅拌均匀；(2)将皮层纤维浸入或涂覆上述溶液1～30min；(3)干燥后，导电纤维用去离子水洗涤1～5次后干燥。其中，导电材料为导电高分子材料时，可以先制备导电高分子颗粒再混入到聚氨酯溶液中，也可以将导电高分子单体、掺杂剂和氧化剂依次加入聚氨酯溶液中。优选地，导电高分子材料的单体为吡咯时，所述掺杂剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等，所述氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁等；当导电高分子材料单体为苯胺时，所述掺杂剂为盐酸、硫酸、硝酸、樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸钠等，所述氧化剂为过硫酸铵、重铬酸钾、三氯化铁和碘酸钾等；浸渍涂覆法制备导电纤维步骤中，所述聚氨酯浓度为30wt％，浸入导电材料时间为5min，去离子水洗涤次数为3次；
导电纤维通过涂层方式实现，具体制备步骤还可以通过气相聚合方式实现，具体制备步骤为：(1)将纤维浸入氧化剂和掺杂剂溶液1～30min后；(2)将纤维在0℃～60℃下进行导电材料单体熏蒸1～24h；(3)导电纤维用去离子水洗涤1～5次后干燥；优选地，气相聚合法制备导电纤维步骤中，纤维浸入氧化剂和掺杂剂时间为15min，气相聚合温度为4℃，单体熏蒸时间为12h，去离子水洗涤次数为3次。优选地，导电高分子材料的单体为吡咯时，所述掺杂剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等，所述氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁等；当导电高分子材料单体为苯胺时，所述掺杂剂为盐酸、硫酸、硝酸、樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸钠等，所述氧化剂为过硫酸铵、重铬酸钾、三氯化铁和碘酸钾等；
导电纤维通过涂层方式实现，具体制备步骤还可以通过液相聚合方式实现，具体制备步骤为：(1)将纤维浸入氧化剂和掺杂剂溶液1～30min后；(2)将纤维在0℃～60℃下浸入导电材料单体中聚合1～24h；(3)导电纤维用去离子水洗涤1～5次后干燥；优选地，液相聚合法制备导电纤维步骤中，纤维浸入氧化剂和掺杂剂时间为15min，液相聚合温度为4℃，聚合时间为4h，去离子水洗涤次数为3次。优选地，导电高分子材料的单体为吡咯时，所述掺杂剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等，所述氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁等；当导电高分子材料单体为苯胺时，所述掺杂剂为盐酸、硫酸、硝酸、樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸钠等，所述氧化剂为过硫酸铵、重铬酸钾、三氯化铁和碘酸钾等；
导电纤维通过共混方式实现，具体制备步骤还可以为：(1)将纤维原料溶解；(2)将导电材料加入上述溶液，搅拌均匀；(3)通过纺丝技术制备导电纤维。其中，导电材料为导电高分子材料时，可以先制备导电高分子颗粒再混入到纺丝溶液中，也可以将导电高分子单体、掺杂剂和氧化剂依次加入纺丝溶液中。优选地，导电高分子材料的单体为吡咯时，所述掺杂剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等，所述氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁等；当导电高分子材料单体为苯胺时，所述掺杂剂为盐酸、硫酸、硝酸、樟脑磺酸、十二烷基苯磺酸钠等，所述氧化剂为过硫酸铵、重铬酸钾、三氯化铁和碘酸钾等。
如上所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，所述倒刺结构为双向倒刺结构或单向倒刺结构，每排倒刺中相邻两倒刺方向相反(本发明所指的相反是指方向不一致)为双向倒刺结构，每排倒刺中相邻两倒刺方向一致为单向倒刺结构。所述具有倒刺结构的弹性长丝上的每排倒刺为沿单一方向在弹性长丝主干上间隔均匀排布的单向倒刺线，或者为每排倒刺中相邻两倒刺沿相反方向间隔均匀排布的双向倒刺线，且相邻两倒刺的方向相反；倒刺的横截面形状可以为圆形、三角形、正方形、楔形、椭圆形、八角形、长方形和扁平形等几何形状。
如上所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，具有倒刺结构的弹性长丝上的倒刺间距a为0.2～1mm，倒刺与弹性长丝轴线夹角b为10～80°，优选为60°，设导电纤维直径为c(mm)，倒刺长度为0.01mm～(a-c)*tan b/2，优选为(a-c)*tan b/2。
如上所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，所述具有倒刺结构的弹性长丝上的倒刺结构是通过机械切割、激光切割、浇注、3D打印或热压的成型方式制备。
以聚氨酯为例，当制备方式为机械切割或激光切割时，具体步骤为：(1)将聚氨酯长丝匀速喂入机械切割装置或激光切割装置；(2)按照设定的切割深度、切割角度和切割间距通过刀片或激光沿单一方向进行切割；(3)对于双向倒刺线，切割进行一段时间后改变刀片或激光方向再进行反向切割。当制备方式为浇注时，具体步骤为：(1)将聚氨酯溶于N,N-二甲基甲酰胺，通过搅拌、超声处理获得均匀溶液，经过滤和脱除气泡后得到纺丝溶液；(2)将聚乳酸和聚乳酸-共-乙醇酸溶于有机溶剂，通过搅拌、超声处理、过滤、脱除气泡得到倒刺溶液；(3)将纺丝液用计量泵输入喷丝头，喷出的长丝直接进入凝固浴中边凝固边拉伸,得到聚氨酯丝线；(4)将聚氨酯丝线放置于倒刺模具的凹槽中，将倒刺溶液注入模具，通过热空气流使倒刺初步凝固成型，倒刺线取出后再浸入凝固浴定型。当制备方式为3D打印时，具体步骤为：(1)将聚氨酯溶于有机溶剂，搅拌均匀后配制成墨水；(2)编写单向倒刺线或双向倒刺线的打印程序；(3)将墨水注入3D打印设备，启动打印程序，得到倒刺线。当制备方式为热压成型时，具体步骤为：(1)将聚氨酯作为倒刺线主干，通过高标准自动化成套设备配以精密模具热压使倒刺附着在丝线主干表面；(2)热压结束后去除由于部分材料溢出而在倒刺表面形成的不规则凸起。
本发明还提供采用如上任一项所述的方法制得的应变不敏感的导电包覆纱线，为包覆纱结构，外包纱为具有褶皱结构的导电纤维，芯纱为具有倒刺结构的弹性长丝。
本发明的原理如下：
本发明所述的应变不敏感的导电包覆纱线能够通过牵伸状态的芯层弹性长丝上的倒刺结构固定皮层导电纤维，下机后，芯层纱线的张力释放，牵伸状态的芯层弹性长丝回缩，而皮层导电纤维本身没有弹性，受弹性长丝上的倒刺结构的固定作用，皮层导电纤维弯曲起褶。当包覆纱受到拉伸作用后，弯曲起褶的导电纤维只会产生空间上的重构，而电流流过路径并没有发生变化，具有应变不敏感的导电性能。
有益效果：
(1)本发明制备的应变不敏感的导电包覆纱线皮层导电纤维具有褶皱结构，受到拉伸时，弯曲起褶的导电纤维只会产生空间上的重构，而电流流过路径并没有发生变化，具有应变不敏感的导电性能，可应用于柔性可穿戴智能纺织品中；
(2)本发明制备的应变不敏感的导电包覆纱线芯层弹性长丝具有倒刺结构，能够固定导电纤维；在拉伸状态下的弹性纤维外层包覆导电纤维，倒刺结构固定导电纤维后，弹性长丝回缩，导电纤维受到倒刺结构固定，随着弹性长丝回缩弯曲起褶；
(3)本发明采用的制备方法简单，可大规模连续制备，易于实现产业化。
附图说明
图1为本发明的单向倒刺结构的应变不敏感导电包覆纱线示意图；
图2为本发明的双向倒刺结构的应变不敏感导电包覆纱线示意图；
图3为本发明的具有单向倒刺结构的弹性长丝上的倒刺类型示意图；
图4为本发明的具有双向倒刺结构的弹性长丝上的倒刺类型示意图；
图5为本发明的具有倒刺结构的弹性长丝上的倒刺间距示意图；
图6为本发明的具有倒刺结构的弹性长丝上的倒刺与夹角示意图；
图7为本发明的具有2排倒刺结构的弹性长丝的截面图；
图8为本发明的具有4排倒刺结构的弹性长丝的截面图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，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附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种具有倒刺结构的弹性长丝的制备，具体步骤如下：
(1)编写双向倒刺线的打印程序。其中，所有倒刺间隔均匀，倒刺排数为2排，截面如图7所示，相邻两排的倒刺与长丝轴线夹角相等且相邻两排倒刺方向相反，倒刺结构为双向倒刺结构，倒刺间距a(图5)为0.5mm，倒刺与弹性长丝轴线夹角b(图6)为60°，倒刺长度为0.3mm；倒刺的横截面形状为三角形。
(2)以聚己内酯为原料进行3D打印，制得具有倒刺结构的弹性长丝，结构如图4所示。
实施例2
一种具有倒刺结构的弹性长丝的制备，具体步骤如下：
(1)将聚氨酯溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，制备质量分数为30wt％的聚氨酯溶液；
(2)将聚氨酯溶液通过计量泵经喷丝孔喷出，丝线在凝固浴中牵伸并固化；
(3)将聚己内酯溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，制备质量分数为35wt％的聚己内酯溶液；
(4)将固化后的丝线置于倒刺模具中的凹槽中，向模具中倒入35wt％的聚己内酯溶液，通热气流进行倒刺的初步固化，之后取出倒刺线浸没于凝固浴再次固化，最后取出室温干燥，制得具有倒刺结构的弹性长丝；倒刺排数为4排，截面如图8所示，各排倒刺沿弹性长丝轴向均匀分布，不同排倒刺沿弹性长丝周向均匀分布；相邻两排的倒刺与长丝轴线夹角相等但沿弹性长丝横截面中心点对称的两排倒刺方向相反，倒刺结构为双向倒刺结构，倒刺间距a(图5)为1mm，倒刺与弹性长丝轴线夹角b(图6)为30°，倒刺长度为0.3mm；倒刺的横截面形状为三角形。
实施例3
一种导电纤维的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚己内酯溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，制备质量分数为35wt％的聚己内酯溶液；
(2)在聚己内酯溶液中加入石墨烯，搅拌均匀得到混合溶液；
(3)将混合溶液通过计量泵经喷丝孔喷出，丝线在凝固浴中牵伸并固化，制得导电纤维。
制得的导电纤维电导阻率为103S/cm，直径为100μm。
实施例4
一种导电纤维的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚己内酯纤维浸入含有十二烷基苯磺酸钠和过硫酸铵的聚氨酯溶液中5min；
(2)用吡咯单体对上述纤维在4℃下熏蒸12h得到聚吡咯涂层导电纤维；
(3)用去离子水洗涤聚吡咯涂层导电纤维3次后，室温干燥得到导电纤维。
制得的导电纤维电阻率为100S/cm，直径为150μm。
实施例5
一种应变不敏感的导电包覆纱线制备方法，是将芯纱(实施例2制得的具有倒刺结构的弹性长丝)通过空心锭杆，在喂入辊与牵伸辊之间实现牵伸，牵伸倍率为3倍(喂入辊的速度为2m/min，牵伸辊的速度为6m/min)；且外包纱(实施例3制得的导电纤维)经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子以11000rpm的速度带动整个有边纱筒旋转，外包纱线从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对芯纱的螺旋包覆，制得应变不敏感的导电包覆纱线。
使用Keithley DAQ6510数据采集器与纱线强伸仪联立测试应变不敏感型导电包覆纱线的传感性能；该强力仪拉伸速度为5mm/min，夹持隔距为5mm。
实验结果表明，该应变不敏感的导电包覆纱线的电导率为102S/cm，品质因子为4，且应变不敏感的导电包覆纱线在拉伸200％的情况下电阻相对变化率仅为50％，具有优秀的应变不敏感的导电性能。
实施例6
一种应变不敏感的导电包覆纱线制备方法，是将芯纱(实施例1制得的具有倒刺结构的弹性长丝)通过空心锭杆，在喂入辊与牵伸辊之间实现牵伸，牵伸倍率为1.25倍(喂入辊的速度为2m/min，牵伸辊的速度为2.5m/min)；且外包纱(实施例4制得的导电纤维)经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子以11000rpm的速度带动整个有边纱筒旋转，外包纱线从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对芯纱的螺旋包覆，制得应变不敏感的导电包覆纱线，结构如图1所示。
使用KeithleyDAQ6510数据采集器与纱线强伸仪联立测试应变不敏感型导电包覆纱线的传感性能；该强力仪拉伸速度为5mm/min，夹持隔距为5mm。
实验结果表明，该应变不敏感的导电包覆纱线的电导率为10-1S/cm，品质因子为2，且应变不敏感的导电包覆纱线在拉伸20％的情况下电阻相对变化率仅为10％。
实施例7
一种具有单向倒刺结构的弹性长丝的制备方法，通过机械切割成型方式制备，具体步骤如下：
(1)将聚己内酯长丝喂入机械切割装置；
(2)按照设定的切割深度、切割角度和切割间距通过刀片沿单一方向进行切割；其中，倒刺间距a(图5)为0.2mm，倒刺与聚己内酯长丝轴线夹角b(图6)为10°，切割深度为0.01mm，倒刺的横截面形状为楔形；
(3)切割进行一段时间后改变刀片方向和位置再进行切割第二排倒刺，倒刺方向与第一排倒刺相反，其余参数一致。
制得的具有倒刺结构的弹性长丝，结构如图3所示；所有倒刺间隔均匀且与芯纱轴向夹角大小一致，倒刺排数为2排，两排倒刺数量相等，且两排倒刺朝向相反。
实施例8
一种具有双向倒刺结构的弹性长丝的制备方法，通过激光切割成型方式制备，具体步骤如下：
(1)将聚酰胺长丝匀速喂入激光切割装置；
(2)按照设定的切割深度、切割角度和切割间距通过四组激光束同时沿单一方向进行切割；其中，倒刺间距a(图5)为1mm，倒刺与弹性长丝轴线夹角b(图6)为25°，切割深度为0.2mm，倒刺的横截面形状为楔形。
(3)切割进行一段时间后改变激光束方向再进行反向切割。
制得的具有倒刺结构的弹性长丝；倒刺排数为4排，各排倒刺沿长丝轴向均匀分布，不同排倒刺沿弹性长丝周向均匀分布；所有倒刺与长丝轴向之间的夹角大小一致，各排倒刺的数量相同，但沿弹性长丝横截面中心点对称的两排倒刺的朝向相反。
实施例9
一种具有倒刺结构的弹性长丝的制备方法，通过浇注成型方式制备，具体步骤如下：
(1)将聚氨酯溶于N,N-二甲基甲酰胺，通过搅拌、超声处理获得均匀溶液，经过滤和脱除气泡后得到纺丝溶液；
(2)将纺丝溶液用计量泵输入喷丝头，喷出的长丝直接进入凝固浴中边凝固边拉伸，得到聚氨酯丝线；
(3)将质量比1：1的聚乳酸和聚乳酸-共-乙醇酸溶于有机溶剂，通过搅拌、超声处理、过滤、脱除气泡得到倒刺溶液；
(4)将聚氨酯丝线放置于倒刺模具的凹槽中，将倒刺溶液注入模具，通过热空气流使倒刺初步凝固成型，倒刺线取出后再浸入凝固浴定型。其中，倒刺间距a(图5)为0.5mm，倒刺与弹性长丝轴线夹角b(图6)为45°，倒刺长度为0.2mm，倒刺的横截面形状为正方形；
制得的具有倒刺结构的弹性长丝；所有倒刺间隔均匀且与芯纱轴向夹角大小一致，倒刺排数为2排，两排倒刺数量相等且两排倒刺朝向相反。
实施例10
一种具有倒刺结构的弹性长丝的制备方法，通过3D打印成型方式制备，具体步骤如下：
(1)编写单向倒刺线打印程序；其中，倒刺间距a(图5)为0.7mm，倒刺与弹性长丝轴线夹角b(图6)为80°，倒刺长度为1mm，倒刺的横截面形状为八角形；
(2)以聚己内酯为原料3D打印，得到具有倒刺结构的弹性长丝。
制得的具有倒刺结构的弹性长丝；倒刺排数为4排，各排倒刺沿长丝轴向均匀分布，不同排倒刺沿弹性长丝周向均匀分布；所有倒刺与长丝轴向之间的夹角大小一致，各排的倒刺数量相同，但沿弹性长丝横截面中心点对称的两排倒刺方向相反。
实施例11
一种具有倒刺结构的弹性长丝的制备方法，通过热压成型方式制备，具体步骤如下：
(1)将聚对苯二甲酸丙二醇酯作为倒刺线主干，通过高标准自动化成套设备配以精密模具热压使倒材质为聚丙烯的倒刺附着在丝线主干表面；其中，倒刺间距a(图5)为0.9mm，倒刺与弹性长丝轴线夹角b(图6)为70°，倒刺长度为1mm，倒刺的横截面形状为圆形；
(2)热压结束后去除由于部分材料溢出而在倒刺表面形成的不规则凸起。
制得的具有倒刺结构的弹性长丝；倒刺排数为4排，各排倒刺沿长丝轴向均匀分布，不同排倒刺沿弹性长丝周向均匀分布；所有倒刺与长丝轴向之间的夹角大小一致，各排的倒刺数量相同，但沿弹性长丝横截面中心点对称的两排倒刺方向相反。
实施例12
一种具有倒刺结构的弹性长丝的制备方法，通过热压成型方式制备，具体步骤如下：
(1)将质量比为1:1的聚酰胺和聚对苯二甲酸丙二醇酯的共混物作为倒刺线主干，通过高标准自动化成套设备配以精密模具热压使倒材质为质量比为1:1的聚乙烯和聚丙烯倒刺附着在丝线主干表面；其中，倒刺间距a(图5)为0.4mm，倒刺与弹性长丝轴线夹角b(图6)为60°，倒刺长度为0.3mm，倒刺的横截面形状为椭圆形；
(2)热压结束后去除由于部分材料溢出而在倒刺表面形成的不规则凸起。
制得的具有倒刺结构的弹性长丝；所有倒刺间隔均匀且与芯纱轴向夹角大小一致，倒刺排数为2排，两排倒刺数量相等且两排倒刺朝向相反。
实施例13
一种具有倒刺结构的弹性长丝的制备方法，其与实施例10基本相同，不同之处仅在于，使用双头3D打印机制备，以聚氨酯打印长丝主干部分，以聚乳酸-共-乙醇酸溶液打印倒刺部分。
实施例14
一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，是将导电纤维(日本东丽碳纤维丝)包覆在具有倒刺结构的弹性长丝(实施例7制得)外层，具体过程为：具有倒刺结构的弹性长丝通过转速为11000rpm的空心锭杆，在喂入辊与速度为6m/min的牵伸辊之间实现牵伸，牵伸倍率为1.2；导电纤维经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子带动整个有边纱筒旋转，导电纤维从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对具有倒刺结构的弹性长丝的螺旋包覆；其中包覆纱捻度为800捻/m；
制得的应变不敏感的导电包覆纱线为包覆纱结构，结构如图2所示，其中外包纱为具有褶皱结构的导电纤维，芯纱为具有倒刺结构的弹性长丝；电导率为102S/cm，品质因子为0.2。
实施例15
一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，是将导电纤维(世纪友信银纤维导电线)包覆在具有倒刺结构的弹性长丝(实施例8制得)外层，具体过程为：具有倒刺结构的弹性长丝通过转速为12000rpm的空心锭杆，在喂入辊与速度为14m/min的牵伸辊之间实现牵伸，牵伸倍率为1.4；导电纤维经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子带动整个有边纱筒旋转，导电纤维从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对具有倒刺结构的弹性长丝的螺旋包覆；其中包覆纱捻度为900捻/m；
制得的应变不敏感的导电包覆纱线为包覆纱结构，其中外包纱为具有褶皱结构的导电纤维，芯纱为具有倒刺结构的弹性长丝；电导率为10-1S/cm，品质因子为0.5。
实施例16
一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，是将导电纤维(Belltron 9R1导电纤维)包覆在具有倒刺结构的弹性长丝(实施例9制得)外层，具体过程为：具有倒刺结构的弹性长丝通过转速为13000rpm的空心锭杆，在喂入辊与速度为9m/min的牵伸辊之间实现牵伸，牵伸倍率为3；导电纤维经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子带动整个有边纱筒旋转，导电纤维从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对具有倒刺结构的弹性长丝的螺旋包覆；其中包覆纱捻度为1000捻/m；
制得的应变不敏感的导电包覆纱线为包覆纱结构，其中外包纱为具有褶皱结构的导电纤维，芯纱为具有倒刺结构的弹性长丝；电导率为10-5S/cm，品质因子为4。
实施例17
一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，其步骤如下：
(1)制备导电纤维：
(1.1)将聚己内酯溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，制备质量分数为35wt％的聚己内酯溶液；
(1.2)在聚己内酯溶液中加入聚吡咯颗粒，搅拌均匀得到混合溶液；
(1.3)将混合溶液通过计量泵经喷丝孔喷出，丝线在凝固浴中牵伸并固化，制得导电纤维。
制得的导电纤维电阻率为102S/cm，直径为100μm；
(2)将导电纤维包覆在具有倒刺结构的弹性长丝(实施例10制得)外层，具体过程为：具有倒刺结构的弹性长丝通过转速为10000rpm的空心锭杆，在喂入辊与速度为11m/min的牵伸辊之间实现牵伸，牵伸倍率为1.1；导电纤维经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子带动整个有边纱筒旋转，导电纤维从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对具有倒刺结构的弹性长丝的螺旋包覆；其中包覆纱捻度为1100捻/m；
制得的应变不敏感的导电包覆纱线为包覆纱结构，其中外包纱为具有褶皱结构的导电纤维，芯纱为具有倒刺结构的弹性长丝；电导率为101S/cm，品质因子为10。
实施例18
一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，是将导电纤维(
Figure BDA0002955991920000101
银纤维)包覆在具有倒刺结构的弹性长丝(实施例11制得)外层，具体过程为：具有倒刺结构的弹性长丝通过转速为20000rpm的空心锭杆，在喂入辊与速度为15m/min的牵伸辊之间实现牵伸，牵伸倍率为3；导电纤维经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子带动整个有边纱筒旋转，导电纤维从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对具有倒刺结构的弹性长丝的螺旋包覆；其中包覆纱捻度为1200捻/m；
制得的应变不敏感的导电包覆纱线为包覆纱结构，其中外包纱为具有褶皱结构的导电纤维，芯纱为具有倒刺结构的弹性长丝；电导率为100S/cm，品质因子为0.1。
实施例19
一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，是将导电纤维(先丰纳米材料碳纳米管纤维)包覆在具有倒刺结构的弹性长丝(实施例12制得)外层，具体过程为：具有倒刺结构的弹性长丝通过转速为11500rpm的空心锭杆，在喂入辊与速度为12m/min的牵伸辊之间实现牵伸，牵伸倍率为1.2；导电纤维经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子带动整个有边纱筒旋转，导电纤维从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对具有倒刺结构的弹性长丝的螺旋包覆；其中包覆纱捻度为500捻/m；
制得的应变不敏感的导电包覆纱线为包覆纱结构，其中外包纱为具有褶皱结构的导电纤维，芯纱为具有倒刺结构的弹性长丝；电导率为103S/cm，品质因子为0.3。
实施例20
一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，是将导电纤维(盛芯316L不锈钢纤维线)包覆在具有倒刺结构的弹性长丝(实施例13制得)外层，具体过程为：具有倒刺结构的弹性长丝通过转速为12500rpm的空心锭杆，在喂入辊与速度为20m/min的牵伸辊之间实现牵伸，牵伸倍率为4；导电纤维经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子带动整个有边纱筒旋转，导电纤维从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对具有倒刺结构的弹性长丝的螺旋包覆；其中包覆纱捻度为2000捻/m；
制得的应变不敏感的导电包覆纱线为包覆纱结构，其中外包纱为具有褶皱结构的导电纤维，芯纱为具有倒刺结构的弹性长丝；电导率为101S/cm，品质因子为1。

Claims (10)

1.一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，其特征在于：将导电纤维包覆在具有倒刺结构的弹性长丝外层，即得应变不敏感的导电包覆纱线；
所述具有倒刺结构的弹性长丝中，倒刺排数为≥2的偶数，各排倒刺沿弹性长丝轴向均匀分布，不同排倒刺沿弹性长丝周向均匀分布；所有倒刺与长丝轴向之间的夹角大小相同，但沿弹性长丝横截面中心点对称的两排倒刺的朝向相反；
所述应变不敏感的导电包覆纱线的电导率为10-5～103S/cm，品质因子为0.1～10。
2.根据权利要求1所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，其特征在于，倒刺排数为2或4排。
3.根据权利要求2所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，其特征在于，所述应变不敏感的导电包覆纱线采用空心锭包覆纺纱方式制备，具体制备方法为：具有倒刺结构的弹性长丝通过空心锭杆，在喂入辊与牵伸辊之间实现牵伸；导电纤维经过倒筒形成有边纱筒，由空心锭子带动整个有边纱筒旋转，导电纤维从有边纱筒甩出后形成气圈，在包覆瓷眼处实现对具有倒刺结构的弹性长丝的螺旋包覆。
4.根据权利要求3所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，其特征在于，牵伸辊的速度为4～20m/min，空心锭子的转速为10000～20000rpm，牵伸倍率为(1+0.1x)～(1+0.5x)，x为弹性芯纱的断裂伸长率，包覆纱捻度为500～2000捻/m。
5.根据权利要求1所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，其特征在于，所述导电纤维为单组份导电纤维，或者为高分子基材与导电材料通过共混或涂层的方式制备而成的导电纤维；所述导电材料为金属材料、碳纳米材料或导电高分子材料。
6.根据权利要求1所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，其特征在于，所述具有倒刺结构的弹性长丝中，弹性长丝原料为聚氨酯、聚己内酯、聚酰胺和聚对苯二甲酸丙二醇酯中的一种或两种以上的共聚物或共混物，倒刺的原料为聚乳酸、聚己内酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚丙烯、聚乙烯和聚碳酸酯中的一种或两种以上的共聚物或共混物。
7.根据权利要求1或2所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，其特征在于，所述倒刺结构为双向倒刺结构或单向倒刺结构，每排倒刺中相邻两倒刺方向不一致为双向倒刺结构，每排倒刺中相邻两倒刺方向一致为单向倒刺结构。
8.根据权利要求7所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，其特征在于，具有倒刺结构的弹性长丝上的倒刺间距a为0.2～1mm，倒刺与弹性长丝轴线夹角b为10～80°。
9.根据权利要求8所述的一种应变不敏感的导电包覆纱线的制备方法，其特征在于，所述具有倒刺结构的弹性长丝上的倒刺结构是通过机械切割、激光切割、浇注、3D打印或热压的成型方式制备。
10.采用如权利要求1～9任一项所述的方法制得的应变不敏感的导电包覆纱线，其特征在于：为包覆纱结构，外包纱为具有褶皱结构的导电纤维，芯纱为具有倒刺结构的弹性长丝。
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