[发明专利]一种可穿戴设备用柔性可拉伸导电纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及可拉伸导电纤维技术领域，特别涉及一种可穿戴设备用柔性可拉伸导电纤维。该导电纤维采用同轴湿法纺丝技术制备得到，导电纤维的纵向截面自内而外为芯层和皮层，芯层的材质为聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸盐/银纳米线，皮层的材质为苯乙烯系热塑性弹性体，可拉伸导电纤维的应变力为25.05‑39.05MPa，应变率为1270.54‑1510.54％，电阻率为35.49‑40.49S/cm。本发明还包括一种可穿戴设备用柔性可拉伸导电纤维的制备方法。本发明能够实现连续、产业化生产，纤维均匀度得到有效提高，可拉伸性能好，耐疲劳且不易损坏，导电材料也不易掉落，保证了良好导电性能，制备流程简单，值得被广泛推广应用。

技术领域

本发明涉及可拉伸导电纤维技术领域，特别涉及一种可穿戴设备用柔性可拉伸导电纤维及其制备方法。

背景技术

随着柔性电子学及可穿戴设备的进步与发展，各种智能可穿戴设备接踵而至的出现在人们生活中。可承受大形变的柔性导线是可穿戴设备、电子皮肤、可拉伸器件最基本也是最重要的基本零部件，起着各元器件之间的导电连通的桥梁作用。

传统的导线存在大形变与稳定的导电性无法共存的局限。如传统的金属纤维虽然其电导率高，但是其刚性的特点难以满足柔性可牵伸的要求，而高聚物纤维由于其柔性、易于改性、可纺织的特点，展现出了在可牵伸电子装置上的广泛的应用前景，然而由于大多数高聚物纤维除了导电高分子的电绝缘性，必须要对其进行改性，制备导电纤维，实现电子元件高弹性的同时保持高导电性将会是制备柔性导体的关键。

近些年来，兼具良好导电性能、高拉伸性和高灵敏度的柔性复合导电纤维或纱线成为新选择。如在已有的研究中主要是通过导电高分子如聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)和聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)湿法纺丝制备导电纤维，或者在橡胶纤维表面涂层的方法制备弹性导电纤维，又或者用金属合金、银和碳纳米管改性嵌段共聚物，例如公开专利号为CN104499272A、CN101487148A、CN103390467A公开的弹性导电纤维在弹性基体纤维表面涂层导电粒子，然而这些纤维制备方法难以满足在高度牵伸的状态下保持高导电性的要求，势必会造成纤维状超级电容器在拉伸过程中等效串联电阻的增加，恶化超级电容器的性能。

现有的柔性可拉伸导线主要由弹性体和导电体组成。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。由于SEBS的分子链上几乎没有不饱和双键，所以其在耐氧化、耐紫外线以及热稳定性，耐候性等方面性能很好，使用温度可达130℃，同时也具有较好的拉伸强度和优异的断裂伸长率。PEDOT:PSS是一种高分子聚合物的水溶液，导电率很高，室温下可凝胶化。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。现有技术中，多半选用PEDOT:PSS或AgNWs与聚合物材料共混纺丝，以达到导电性能，但采用此方法制备的纤维电阻大。也有部分将PEDOT:PSS或AgNWs涂覆于纤维表面，制备导电复合纤维，但是这种方法制备的纤维表面磨损易脱落，不利于长期使用。

再如专利CN 109735953 A，公开了一种同轴湿法纺丝技术制备TPE/PANI皮芯结构弹性导电纤维和可穿戴应力传感应用，其中所制备的方法包括将溶解于二氯甲烷的苯乙烯与2-甲基-1，3-丁二烯聚合物(TPE)和聚苯胺(PANI)水凝胶皮芯湿法纺丝制备出具有皮为TPE，芯为PANI结构的高弹性导电纤维。由于TPE本身具有良好的可拉伸性能和无毒；PANI本身导电性能优越；以及在TPE管内粘连了大量的PANI，在拉伸过程中，可通过拉伸错位继续构成导电通路。因此本发明可以作为可穿戴器件，很好的对手指弯曲变化；腕部转动和肘部转动弯曲响应，并模拟得出一系列相应的工作曲线。虽然上述专利中的PANI也具有导电性，但是其导电性与银纳米线相比，导电性较弱。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种导电性能优良，使用寿命长，制备方法简单，生产效率高的可穿戴设备用柔性可拉伸导电纤维及其制备方法。