CN118166547A - 一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法 - Google Patents
一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118166547A CN118166547A CN202410278113.1A CN202410278113A CN118166547A CN 118166547 A CN118166547 A CN 118166547A CN 202410278113 A CN202410278113 A CN 202410278113A CN 118166547 A CN118166547 A CN 118166547A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- conductive
- textile
- composite material
- yarn
- based flexible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 239000004753 textile Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 57
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 48
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 48
- 108010022355 Fibroins Proteins 0.000 claims abstract description 47
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 33
- CUXYLFPMQMFGPL-UHFFFAOYSA-N (9Z,11E,13E)-9,11,13-Octadecatrienoic acid Natural products CCCCC=CC=CC=CCCCCCCCC(O)=O CUXYLFPMQMFGPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- CUXYLFPMQMFGPL-SUTYWZMXSA-N all-trans-octadeca-9,11,13-trienoic acid Chemical compound CCCC\C=C\C=C\C=C\CCCCCCCC(O)=O CUXYLFPMQMFGPL-SUTYWZMXSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 13
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 73
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 25
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 claims description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 abstract description 5
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 56
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 44
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 39
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 26
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 19
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 18
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 9
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000010382 chemical cross-linking Methods 0.000 description 4
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 241001580947 Adscita statices Species 0.000 description 1
- 240000002834 Paulownia tomentosa Species 0.000 description 1
- 235000010678 Paulownia tomentosa Nutrition 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012643 polycondensation polymerization Methods 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
Abstract
本发明属于功能复合材料制备技术领域，公开了一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物分散于溶剂中，形成分散液；(2)将导电材料添加至所述分散液中，分散均匀，得到导电分散液；(3)将纤维素材料浸渍于所述导电分散液中，取出后进行干燥处理；(4)干燥后的纤维素材料进行高温烘焙处理，即得所述纺织基柔性导电复合材料。本发明中，通过丝素蛋白和紫胶桐酸的高温缩聚可改善丝素蛋白膜的柔韧性，从而将导电材料有效地包覆于纤维素材料，赋予复合材料良好的导电性能，多羧基化合物作为交联剂使得丝素蛋白膜与纤维素材料间以化学键相连，提高了导电复合材料的耐洗性能。
Description
技术领域
本发明属于功能复合材料制备技术领域，具体地说，涉及一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法。
背景技术
近年来，人工智能技术的飞速发展，智能纺织品在运动监测、健康评估、康复医疗等方面发挥着重要的作用。智能纺织品之所以能有如此强大而复杂的功能，关键在于内部的柔性纺织传感器，这是其智能化的核心部分。纺织基柔性导电复合材料作为纺织传感器的重要组件，目前的制备方法多采用后整理涂层法，此方法制备纺织基柔性导电复合材料过程中，大多通过添加聚氨酯等材料，以提高涂层的柔韧性，不仅对环境造成一定的污染，且涂层与纱线结合不牢度，经摩擦、洗涤后导电涂层很容易脱落，导致导电性能的持久性较差。
丝素蛋白，又称为蚕丝蛋白，其作为一种天然蛋白，分子结构中具有重复的有序β折叠，具有良好的成膜性。但所形成的丝素蛋白膜侧链分子间存在大量的氢键，致使丝素蛋白膜脆性大，柔软性较差。以丝素蛋白膜携带导电材料并包覆纱线从而提供导电性能，使用过程中，丝素蛋白膜受摩擦、洗涤等外力作用后极易脱落，仍然无法解决提高导电性能持久性的问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法，利用丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物，高温缩聚后可将导电材料包覆于纤维素材料上，且包覆膜与纤维素间形成化学交联，提高了导电复合材料的耐洗性。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种纺织基柔性导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物分散于溶剂中，形成分散液；
(2)将导电材料添加至所述分散液中，分散均匀，得到导电分散液；
(3)将纤维素材料浸渍于所述导电分散液中，取出后进行干燥处理；
(4)干燥后的纤维素材料进行高温烘焙处理，即得所述纺织基柔性导电复合材料。
本发明中，将导电材料分散于包含丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物的分散液中，再通过浸渍的方式负载于纤维素材料上，经过后续的高温烘焙处理，可形成牢固附着在纤维素材料上的柔性导电薄膜。其中，通过丝素蛋白和紫胶桐酸、多羧基化合物的高温缩聚可改善丝素蛋白膜的柔韧性，保留纤维素材料柔性特质的情况下，可将导电材料有效地包覆于纤维素材料上，从而赋予复合材料良好的导电性能。多羧基化合物还可以起到交联剂的作用，将柔性导电薄膜与纤维素材料以化学键相连，增强两者之间的结合力，避免了所述柔性导电薄膜容易随使用或洗涤而脱落的问题，提高了导电复合材料的耐洗性。
进一步地，步骤(1)的分散液中，丝素蛋白质量与溶剂体积的比例为16～20g：1L；紫胶桐酸质量与溶剂体积的比例为14～18g：1L；多羧基化合物质量与溶剂体积的比例为1～3g：1L。
作为一种具体实施方式，丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物的质量比为16～20:14～18:1～3，优选为18:14～18:1～3。
在上述方案中，若丝素蛋白添加量过低，或紫胶桐酸的添加量过高，会造成所形成薄膜的柔韧性不足，也即薄膜脆性较大，并且形成的薄膜不连续，无法有效地将导电材料包覆于纤维素材料上，进而使得所得导电复合材料的导电性能不佳。而如果丝素蛋白的添加量过高，或紫胶桐酸的添加量偏低，对丝素蛋白膜的柔韧性改善效果不明显，同样也会导致薄膜的柔韧性较差，包覆性不佳，影响所得导电复合材料的导电性能。
而对于多羧基化合物的添加量，若添加量较少，也会导致形成的薄膜柔韧性不足，包覆性不佳，造成导电性能不佳，同时，还会导致薄膜与纤维素材料之间有效的化学键连接过少，使得薄膜容易随着洗涤或使用过程脱落，造成所得导电复合材料的导电性能在水洗后产生明显下降。但如果多羧基化合物的添加量过多，又会与丝素蛋白和紫胶桐酸过度交联，限制薄膜中分子链的自由移动，同样会降低薄膜的柔韧性，使得薄膜受外力作用时易破损剥离，进而使得负载于纤维素材料上的导电材料易脱落，造成所得导电复合材料的导电性能在水洗后产生明显下降。
本发明中，经试验发现，将丝素蛋白相对溶剂的添加量控制在16～20g/L，紫胶桐酸相对溶剂的添加量控制在14～18g/L，多羧基化合物相对溶剂的添加量控制在1～3g/L，可以得到导电性能良好，同时具有良好耐洗性的导电复合材料。
进一步地，所述的多羧基化合物选自柠檬酸、EDTA或BTCA。
本发明中，所述的多羧基化合物优选采用柠檬酸。如此，所使用的丝素蛋白、紫胶桐酸和柠檬酸均为天然物质，环保可降解，对环境友好，无污染，符合绿色化学的理念。
进一步地，步骤(2)的导电分散液中，导电材料质量与溶剂体积的比例为10～14g：1L。
在上述方案中，若导电材料添加量偏低，导致所得复合材料中导电材料的负载量过少，无法形成有效的导电网络，进而无法获得具有导电性能的复合材料。而如果导电材料的添加量过大，容易在分散液中发生团聚，导致分散不均匀，进而在后续处理过程中会导致所形成的薄膜不连续，包覆性不佳，也会导致所得复合材料的导电性能较差，甚至几乎不具备导电性能。
进一步地，所述导电材料选自石墨烯纳米片、碳纳米纤维、碳纳米管、银纳米颗粒、金纳米颗粒中的一种或其中几种的混合物；
优选地，所述导电材料为石墨烯纳米片。
石墨烯是一种二维层状、单分子厚度的碳单质，呈六角型蜂巢晶格结构。石墨烯的电阻率低，导电能力突出，在常温下的电子迁移率高，并且石墨烯的电子迁移率十分稳定，受化学掺杂和外界温度变化影响较小。因此，选用石墨烯纳米片作为导电材料具有诸多的优异性能。
进一步地，步骤(2)中，所述导电材料加入分散液后进行超声处理，分散均匀。
进一步地，步骤(1)中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、氯仿、丙酮中的一种或其中几种的混合液；
优选地，所述溶剂为甲醇和氯仿的混合液；
更优地，所述溶剂中，甲醇和氯仿的体积比为1:1。
进一步地，步骤(3)中，所述纤维素材料在常温条件下浸渍于导电分散液中，浸渍一段时间后，烘干除去溶剂；
优选地，浸渍时长为20～40min；
优选地，烘干温度为60～80℃。
作为一种具体实施方式，所述的纤维素材料可以选择纤维素纱线。所述的纤维素纱线浸渍本发明所述的导电分散液后，经烘干和高温烘焙处理，可制成具有导电性能的导电纱线，进而根据实际需求可以将所述导电纱线制成不同形态的产品，例如导电纤维或导电面料等。
进一步地，步骤(4)中，高温烘焙温度为160～190℃，烘焙时间为5～10min。
作为一种具体实施方式，将烘干后的纤维素材料置于热风烘箱中，在160～190℃下烘焙5～10min，从而获得所述的纺织基柔性导电复合材料。
一种纺织基柔性导电复合材料，由上述所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法制备得到。
本发明中，所制得的纺织基柔性导电复合材料具有良好的导电性能。具体地，当选用纤维素纱线作为原料时，制得的导电纱线在低张力状态下每厘米长度的电阻值不高于1.60kΩ/cm。同时，所得导电复合材料的耐洗性良好，水洗后的导电性能不发生明显下降。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、通过丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物的高温缩聚，改善了丝素蛋白膜的柔韧性，从而可以有效地将导电材料包覆于纤维素材料上，赋予纤维素材料良好的导电性能，同时，通过多羧基化合物起到交联剂作用，在所形成的薄膜与纤维素材料间形成了化学交联，使得薄膜与纤维素材料的结合更加牢固，避免了导电材料随着水洗或适用的损失，提高了导电复合材料的耐洗性；
2、采用柠檬酸作为交联剂，其与丝素蛋白和紫胶桐酸均为天然物质，环保可降解，制备过程对环境友好，无污染，符合绿色化学的理念。
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例按照以下步骤进行导电纱线的制备。
(1)分散液的制备：
将5.4g丝素蛋白、4.8g紫胶桐酸、0.6g柠檬酸分散于300mL溶剂(甲醇与氯仿按照体积比为1:1混合而成的混合液)中，形成分散液。
(2)导电分散液的制备：
将3.6g石墨烯纳米片添加到步骤(1)制得的分散液中，超声分散均匀后，获得导电分散液。
(3)纤维素纱线浸渍导电分散液：
常温条件下，将纤维素纱线浸渍于步骤(2)制得的导电分散液中，浸渍30min后取出，于70℃下烘干，除去纱线中的溶剂。
(4)高温焙烘制备导电纱线：
将步骤(3)中烘干后的纱线置于热风烘箱中，于180℃下焙烘8min，获得导电纱线。
实施例2
本实施例按照以下步骤进行导电纱线的制备。
(1)分散液的制备：
将4.8g丝素蛋白、4.2g紫胶桐酸、0.3g柠檬酸分散于300mL溶剂(甲醇与氯仿按照体积比为1:1混合而成的混合液)中，形成分散液。
(2)导电分散液的制备：
将3.0g石墨烯纳米片添加到步骤(1)制得的分散液中，超声分散均匀后，获得导电分散液。
(3)纤维素纱线浸渍导电分散液：
常温条件下，将纤维素纱线浸渍于步骤(2)制得的导电分散液中，浸渍40min后取出，于80℃下烘干，除去纱线中的溶剂。
(4)高温焙烘制备导电纱线：
将步骤(3)中烘干后的纱线置于热风烘箱中，于190℃下焙烘5min，获得导电纱线。
实施例3
(1)分散液的制备：
将6g丝素蛋白、5.4g紫胶桐酸、0.9g柠檬酸分散于300mL溶剂(甲醇与氯仿按照体积比为1:1混合而成的混合液)中，形成分散液。
(2)导电分散液的制备：
将4.2g石墨烯纳米片添加到步骤(1)制得的分散液中，超声分散均匀后，获得导电分散液。
(3)纤维素纱线浸渍导电分散液：
常温条件下，将纤维素纱线浸渍于步骤(2)制得的导电分散液中，浸渍20min后取出，于60℃下烘干，除去纱线中的溶剂。
(4)高温焙烘制备导电纱线：
将步骤(3)中烘干后的纱线置于热风烘箱中，于160℃下焙烘10min，获得导电纱线。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中未加入丝素蛋白。其他各步骤及工艺参数均与实施例1中相同，制得导电纱线。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中未加入紫胶桐酸。其他各步骤及工艺参数均与实施例1中相同，制得导电纱线。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中未加入柠檬酸。其他各步骤及工艺参数均与实施例1中相同，制得导电纱线。
对比例4
本对比例在实施例1的基础上，不添加丝素蛋白、紫胶桐酸和柠檬酸，直接将纤维素纱线浸渍于分散有石墨烯纳米片的导电分散液中，具体按照如下步骤制得复合纱线。
(1)导电分散液的制备
将3.6g石墨烯纳米片添加到300mL溶剂(甲醇与氯仿按照体积比为1:1混合而成的混合液)中，超声分散均匀后，获得导电分散液。
(2)纤维素纱线浸渍导电分散液：
常温条件下，将纤维素纱线浸渍于步骤(1)制得的导电分散液中，浸渍30min后取出，于70℃下烘干，除去纱线中的溶剂。
(3)高温焙烘制备复合纱线：
将步骤(2)中烘干后的纱线置于热风烘箱中，于180℃下焙烘8min，获得复合纱线。
对比例5
本对比例在实施例1的基础上，不添加石墨烯纳米片，对纤维素纱线进行后整理，具体按照如下步骤制备复合纱线。
(1)分散液的制备：
将5.4g丝素蛋白、4.8g紫胶桐酸、0.6g柠檬酸分散于300mL溶剂(甲醇与氯仿按照体积比为1:1混合而成的混合液)中，形成分散液。
(2)纤维素纱线浸渍分散液：
常温条件下，将纤维素纱线浸渍于步骤(1)制得的分散液中，浸渍30min后取出，于70℃下烘干，除去纱线中的溶剂。
(3)高温焙烘制备复合纱线：
将步骤(2)中烘干后的纱线置于热风烘箱中，于180℃下焙烘8min，获得复合纱线。
本发明进一步对制得的纱线进行导电性能及耐水洗性能测试，具体地，在以下试验例中，按照如下方法对导电纱线(或复合纱线)进行性能测试。
A、静态电阻测试：
本发明中，所述的静态电阻指的是导电纱线(或复合纱线)低张力状态下每厘米长度的电阻值。测量时，首先将数字万用表经过连接线与计算机连接并打开电脑程序，然后使用表笔截取1cm导电纱线(或复合纱线)测量其电阻值，其数据由电脑程序收集。为保证测量数据的准确性，总长10cm的纱线需随机选取5个不同位置进行测量，最终记录平均值。
B、耐水洗性能测试：
本发明中，通过测试纱线洗涤后的静态电阻，反应纱线的耐水洗性能。具体地，将导电纱线(或复合纱线)按照GB/T8629规定的4N程序进行洗涤，洗涤后进行悬挂晾干上述洗涤、晾干的过程重复进行50次后，按照上述静态电阻测试的方法进行测试。
试验例1
本试验例对实施例1-3和对比例1-5所制得的导电纱线(或复合纱线)的静态电阻(kΩ/cm)和洗后静态电阻(kΩ/cm)进行了测试，测试结果如以下表1所示。
表1
由上述测试结果可见，实施例1-3得到的导电纱线静态电阻较小，优于对比例1-3，且洗后的电阻变化较小，同样优于对比例1-3。可以说明，本发明的方案中利用丝素蛋白与紫胶桐酸、柠檬酸高温缩聚，改善了丝素蛋白膜柔韧性，有效地将导电材料包覆于纤维素纱线上，从而赋予了纤维素纱线良好的导电性能；并且，通过柠檬酸使得薄膜与纤维素纱线间形成的化学交联，提高了导电材料在纤维素纱线上结合的牢固度，进而提高了导电纱线的耐洗性，导电性不因水洗而明显下降。
而对比例1和对比例2中，由于缺少丝素蛋白或紫胶桐酸，形成的薄膜柔韧性不够，同时可能存在薄膜不连续的问题，进而无法对石墨烯纳米片形成有效的包覆，使得纱线上石墨烯的负载量偏低，致使纱线电阻率较高。而且，薄膜与纤维素纱线间的结合不够牢固，导致纱线不耐洗涤，洗涤后纱线的电阻明显增大。
对比例3中，由于未加入柠檬酸，一方面，薄膜柔韧性偏差，包覆效果有所下降，致使纱线的电阻率较高，另一方面，缺少了柠檬酸的交联作用，薄膜与纱线间无有效的化学交联，在洗涤过程中导电材料很容易脱落，使得洗涤后纱线的电阻具有比较明显的上升。
对比例4中，仅加入石墨烯纳米片，而无包覆膜形成，由于石墨烯与纤维素纱线的作用力较小，无法与纤维素纱线牢固结合，致使所得的复合纱线静态电阻很大，基本上不具备导电性能，且洗后的静态电阻更大。
对比例5中，未加入导电材料石墨烯纳米片，纱线上无法形成导电网络，所得复合纱线在洗涤前后的静态电阻均较大，不具备导电性能。
试验例2
本试验例用于丝素蛋白添加量对所得导电纱线导电性能的影响。具体地，在实施例1的基础上，仅改变步骤(1)中丝素蛋白的用量，得到实施例4和5，以及对比例6和7，并测试所得导电纱线在水洗前后的静态电阻，测试结果如以下表2所示。
表2
| 对比例6 | 实施例4 | 实施例1 | 实施例5 | 对比例7 | |
| 丝素蛋白质量(g) | 3.9 | 4.8 | 5.4 | 6.0 | 6.6 |
| 丝素蛋白添加比例(g/L) | 13 | 16 | 18 | 20 | 22 |
| 静态电阻(kΩ/cm) | 6.37 | 1.39 | 1.26 | 1.42 | 4.26 |
| 洗后静态电阻(kΩ/cm) | 17.21 | 1.51 | 1.30 | 1.57 | 10.53 |
从以上试验数据可见，当丝素蛋白相对溶剂的添加量控制在16～20g/L的范围内时，如实施例1、4和5，所得导电纱线在水洗前后的静态电阻均较低，说明具有良好的导电性能。
而对于丝素蛋白添加量超出以上范围的情况，如对比例6和7，得到的纱线静态电阻较大，并且洗涤后静态电阻的增长幅度也较大。在对比例6中，丝素蛋白的添加量较小，导致形成的薄膜柔韧性不足，连续性不佳，进而将导电材料包覆在纤维素纱线上的包覆性不佳，致使纱线在水洗前后的静态电阻都偏大，也即纱线的导电性能不好。而对比例9中，丝素蛋白的添加量过高，相比于紫胶桐酸比例过高，形成的薄膜脆性较大，对导电材料的包覆性不佳，同样导致纱线在水洗前后的静态电阻都偏大，导电性不好。
试验例3
本试验例用于紫胶桐酸添加量对所得导电纱线导电性能的影响。具体地，在实施例1的基础上，仅改变步骤(1)中紫胶桐酸的用量，得到实施例6和7，以及对比例8和9，并测试所得导电纱线在水洗前后的静态电阻，测试结果如以下表3所示。
表3
| 对比例8 | 实施例6 | 实施例1 | 实施例7 | 对比例9 | |
| 紫胶桐酸质量(g) | 3.6 | 4.2 | 4.8 | 5.4 | 6.0 |
| 紫胶桐酸添加比例(g/L) | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 |
| 静态电阻(kΩ/cm) | 6.87 | 1.28 | 1.26 | 1.31 | 7.28 |
| 洗后静态电阻(kΩ/cm) | 18.79 | 1.36 | 1.30 | 1.38 | 20.08 |
从以上试验数据可见，当紫胶桐酸相对溶剂的添加量控制在14～18g/L的范围内时，如实施例1、6和7，所得导电纱线在水洗前后的静态电阻均较低，说明具有良好的导电性能。
而对于紫胶桐酸添加量超出以上范围的情况，如对比例8和9，得到的纱线静态电阻较大，且洗涤后静态电阻的增长幅度也较大。在对比例8中，紫胶桐酸的添加量较小，无法有效改善薄膜柔韧性，导致形成的薄膜柔韧性不足，对导电材料的包覆性不佳，致使纱线在水洗前后的静态电阻都偏大，也即纱线的导电性能不好。对比例9中，紫胶桐酸的添加量过大，相比于丝素蛋白的添加量过高过剩，使得形成的薄膜不连续，同时柔韧性较差，对导电材料的包覆性同样不好，导致纱线在水洗前后的静态电阻都偏大，导电性不好。
试验例4
本试验例用于柠檬酸添加量对所得导电纱线导电性能的影响。具体地，在实施例1的基础上，仅改变步骤(1)中柠檬酸的用量，得到实施例8和9，以及对比例10和11，并测试所得导电纱线在水洗前后的静态电阻，测试结果如以下表4所示。
表4
| 对比例10 | 实施例8 | 实施例1 | 实施例9 | 对比例11 | |
| 柠檬酸质量(g) | 0.15 | 0.30 | 0.60 | 0.90 | 1.50 |
| 柠檬酸添加比例(g/L) | 0.5 | 1 | 2 | 3 | 5 |
| 静态电阻(kΩ/cm) | 5.97 | 1.35 | 1.26 | 1.41 | 5.83 |
| 洗后静态电阻(kΩ/cm) | 15.15 | 1.48 | 1.30 | 1.53 | 15.96 |
从以上试验数据可见，当柠檬酸相对溶剂的添加量控制在1～3g/L的范围内时，如实施例1、8和9，所得导电纱线在水洗前后的静态电阻均较低，水洗后静态电阻变化不明显，说明具有良好的导电性能，且耐水洗性能良好。
而对于柠檬酸添加量超出以上范围的情况，如对比例10和11，得到的纱线静态电阻偏大，而且洗涤后静态电阻出现了明显的增长。在对比例10中，交联剂柠檬酸的添加量较小，形成的薄膜柔韧性不足，对导电材料的包覆性不佳，致使纱线的静态电阻偏大，并且薄膜与纤维素纱线间有效的化学键连接过少，致使洗涤过程中导电材料很容易剥离，令纱线在水洗后的静态电阻明显增大。对比例11中，柠檬酸的添加量过大，与丝素蛋白和紫胶桐酸过度交联，限制了薄膜中分子链的自由移动，会降低薄膜的柔韧性，影响对导电材料的包覆性，进而纱线的静态电阻偏大，且柔韧性较差的薄膜受外力作用时，容易剥离破损，造成纱线上附着的导电材料容易脱落，致使纱线的静态电阻在水洗后大幅度增大。
试验例5
本试验例用于导电材料添加量对所得导电纱线导电性能的影响。具体地，在实施例1的基础上，仅改变步骤(2)中石墨烯纳米片的用量，得到实施例10和11，以及对比例12和13，并测试所得导电纱线在水洗前后的静态电阻，测试结果如以下表5所示。
表5
| 对比例12 | 实施例10 | 实施例1 | 实施例11 | 对比例13 | |
| 石墨烯质量(g) | 2.4 | 3.0 | 3.6 | 4.2 | 4.8 |
| 石墨烯添加比例(g/L) | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
| 静态电阻(kΩ/cm) | 4.35×106 | 1.34 | 1.26 | 1.28 | 2.17×104 |
| 洗后静态电阻(kΩ/cm) | 4.39×106 | 1.52 | 1.30 | 1.41 | 2.19×104 |
从以上试验数据可见，当石墨烯纳米片相对溶剂的添加量控制在10～14g/L的范围内时，如实施例1、10和11，所得导电纱线在水洗前后的静态电阻均较低，说明具有良好的导电性能。
而对于石墨烯添加量超出以上范围的情况，如对比例12和13，得到的纱线静态电阻较大，并且洗涤后静态电阻的增长幅度也较大。在对比例12中，石墨烯的添加量较小，进而纱线上附着的导电材料量过低，无法形成有效的导电网络，致使纱线的静态电阻在水洗前后都极大，无法获得具有导电性能的纱线。在对比例13中，石墨烯的添加量过大，容易团聚，在导电分散液中的分散不均匀，会导致形成的薄膜不连续，对导电材料的包覆性不佳，进而致使纱线的静态电阻在水洗前后都较大，几乎不具备导电性能。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种纺织基柔性导电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物分散于溶剂中，形成分散液；
(2)将导电材料添加至所述分散液中，分散均匀，得到导电分散液；
(3)将纤维素材料浸渍于所述导电分散液中，取出后进行干燥处理；
(4)干燥后的纤维素材料进行高温烘焙处理，即得所述纺织基柔性导电复合材料。
2.根据权利要求1所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)的分散液中，丝素蛋白质量与溶剂体积的比例为16～20g：1L；紫胶桐酸质量与溶剂体积的比例为14～18g：1L；多羧基化合物质量与溶剂体积的比例为1～3g：1L。
3.根据权利要求2所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述的多羧基化合物选自柠檬酸、EDTA或BTCA。
4.根据权利要求1-3任一所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)的导电分散液中，导电材料质量与溶剂体积的比例为10～14g：1L。
5.根据权利要求4所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述导电材料选自石墨烯纳米片、碳纳米纤维、碳纳米管、银纳米颗粒、金纳米颗粒中的一种或其中几种的混合物；
优选地，所述导电材料为石墨烯纳米片。
6.根据权利要求1-5任一所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述导电材料加入分散液后进行超声处理，分散均匀。
7.根据权利要求1-6任一所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、氯仿、丙酮中的一种或其中几种的混合液；
优选地，所述溶剂为甲醇和氯仿的混合液；
更优地，所述溶剂中，甲醇和氯仿的体积比为1:1。
8.根据权利要求1-7任一所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述纤维素材料在常温条件下浸渍于导电分散液中，浸渍一段时间后，烘干除去溶剂；
优选地，浸渍时长为20～40min；
优选地，烘干温度为60～80℃。
9.根据权利要求1-8任一所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，高温烘焙温度为160～190℃，烘焙时间为5～10min。
10.一种纺织基柔性导电复合材料，其特征在于，由权利要求1-9任一所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法制备得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410278113.1A CN118166547A (zh) | 2024-03-12 | 2024-03-12 | 一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410278113.1A CN118166547A (zh) | 2024-03-12 | 2024-03-12 | 一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118166547A true CN118166547A (zh) | 2024-06-11 |
Family
ID=91352196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410278113.1A Pending CN118166547A (zh) | 2024-03-12 | 2024-03-12 | 一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118166547A (zh) |
-
2024
- 2024-03-12 CN CN202410278113.1A patent/CN118166547A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zou et al. | Superhydrophobization of cotton fabric with multiwalled carbon nanotubes for durable electromagnetic interference shielding | |
| Ali et al. | Comparative performance of copper and silver coated stretchable fabrics | |
| CN111793985B (zh) | 一种金属有机框架化合物修饰涤棉织物导电材料的制法 | |
| CN102337679A (zh) | 一种制备聚苯胺复合导电织物的新方法 | |
| CN107829294A (zh) | 一种改性涤纶纤维生产方法 | |
| Ma et al. | Hydrophobic wrapped carbon nanotubes coated cotton fabric for electrical heating and electromagnetic interference shielding | |
| CN110904675A (zh) | 一种导电织物及其制备方法 | |
| CN108624043A (zh) | 一种聚吡咯包覆铜纳米线的气凝胶复合材料及其制备方法 | |
| CN110656497A (zh) | 一种聚（3,4-乙烯二氧噻吩）/棉复合织物的制备方法 | |
| Amba Sankar et al. | Preparation of highly conductive yarns by an optimized impregnation process | |
| CN113737518B (zh) | 基于银纳米线的柔性应变传感包芯纱及其制备方法 | |
| CN118166547A (zh) | 一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法 | |
| CN114657770A (zh) | 一种蚕丝氨纶复合导电纱线柔性传感器的制备方法 | |
| CN106012500A (zh) | 一种石墨烯导电纤维 | |
| CN111455661B (zh) | 一种石墨烯涂层棉织物的制备方法、产品及其应用 | |
| CN111312433B (zh) | 具有界面互锁结构的纤维复合材料导电薄膜及其制备方法 | |
| CN107254774A (zh) | 一种改性锦纶纤维制品、制备方法及其用途 | |
| CN113026368B (zh) | 柔性压阻导电材料的制备方法 | |
| CN112376274B (zh) | 一种应变传感织物及其制备方法 | |
| CN112903146B (zh) | 一种真皮基柔性压力传感器的制备方法及应用 | |
| CN112556899B (zh) | 一种柔性压力传感器及其制备方法 | |
| CN111234304B (zh) | 一种聚苯胺@银纳米线/聚酰亚胺多孔梯度复合薄膜、制备方法及应用 | |
| CN107805938A (zh) | 一种改性涤纶纤维 | |
| CN114622406A (zh) | 一种压阻纱线制备方法及其制备的压阻纱线 | |
| CN114277574A (zh) | 一种多壁碳纳米管功能化纤维纺织品的制备方法及其产品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |