柔性復(fù)合導(dǎo)電高聚物傳感器的設(shè)計(jì).pdf

1、在智能織物和交互式紡織品逐漸成為紡織界一個(gè)新的發(fā)展方向的今天，傳感器作為其中一個(gè)最重要和必不可少的部分日益引起人們的研究興趣和重視。傳感器具有把應(yīng)力或變形等物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變成為可以被直接觀測(cè)或可以被微機(jī)語(yǔ)言衡量的電子信號(hào)。
　　 目前在紡織領(lǐng)域被應(yīng)用的傳感器主要有光纖傳感器、壓電傳感器和本征型或復(fù)合型聚合物傳感器等。這些以各種方式集成在紡織品中的傳感器，為電子系統(tǒng)提供了直接或可開采的原始數(shù)據(jù)。但是不能很好地與傳統(tǒng)的紡織品相兼容。因此

2、將新一代的應(yīng)用于紡織領(lǐng)域的智能傳感器被設(shè)計(jì)為柔性材料。這即能使被集成在智能紡織品中的各類傳感器為紡織品帶來(lái)“智能性”的同時(shí)要滿足紡織品的各種機(jī)械性能，并不影響或盡量少的影響原有紡織品的特性，如柔軟度、手感等。而且因此柔性材料的特殊性質(zhì)能實(shí)現(xiàn)以涂層的方法與紡織結(jié)構(gòu)相結(jié)合，這比以往的在織造、編織等形式將玻纖等傳感器與織物結(jié)合的方式更為簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)。
　　 本課題在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種應(yīng)用在特殊領(lǐng)域的，具體的說(shuō)是在滑翔傘蓬布上，測(cè)試蓬布受力

3、情況的柔性炭黑添加復(fù)合型導(dǎo)電聚合物傳感器：從完成復(fù)合高聚物的制備到織物涂覆，到最后的傳感器的導(dǎo)電性能的測(cè)試這樣一個(gè)整體設(shè)計(jì)，并對(duì)材料的表面性質(zhì)進(jìn)行研究。
　　 研究比較了應(yīng)用在紡織領(lǐng)域的幾種傳感器，要滿足設(shè)計(jì)的需要首先選擇導(dǎo)電高分子復(fù)合材料作為柔性傳感器的基本形式。在綜合考慮制備工藝，導(dǎo)電性能，價(jià)格等各方面的因素，決定采用炭黑添加型的復(fù)合高聚物。
　　 對(duì)復(fù)合型導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電機(jī)理和炭黑添加型高聚物影響導(dǎo)電性的因素進(jìn)行了

4、研究，選用納米級(jí)的炭黑粉末作為添加劑，聚苯乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物作為聚合物基體，首先采用了溶劑法制備炭黑添加高聚物材料。這種制備炭黑添加的導(dǎo)電復(fù)合材料，不僅實(shí)驗(yàn)條件和過(guò)程更為簡(jiǎn)單，所得的復(fù)合材料的導(dǎo)電性能也比用傳統(tǒng)的熔混法好。制備完成后將聚合物組成一個(gè)電流回路，測(cè)量得的復(fù)合聚合物的導(dǎo)電性，即測(cè)試其電阻率。實(shí)驗(yàn)證明，復(fù)合聚合物的導(dǎo)電性質(zhì)與滲逾閥值理論符合，存在一個(gè)電阻率陡降的滲逾閥，并確定了要保證傳感器的導(dǎo)電性，炭黑添加含量要

5、大于11.1％，滿足該添加量的復(fù)合聚合物能夠呈現(xiàn)導(dǎo)體特性。最后實(shí)驗(yàn)選擇的最佳的百分含量為27％。
　　 然后介紹了將導(dǎo)電復(fù)合聚合物涂覆到織物的方法和具體操作過(guò)程。對(duì)整合入傳感器的織物樣本在拉伸條件下測(cè)試傳感器電阻值。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在整個(gè)拉伸斷裂范圍內(nèi)都能檢測(cè)到傳感器的電阻值，且電阻值與應(yīng)力呈非線性的正比關(guān)系，用數(shù)值分析的方法擬合出電阻值與所受應(yīng)力的表達(dá)關(guān)系，證明織物的受力和傳感器的電阻確實(shí)存在著一個(gè)確定的數(shù)量關(guān)系?？椢锸芰澢扉L(zhǎng)，

6、通過(guò)柔性傳感器將這種受力結(jié)果用電學(xué)性質(zhì)的方式表現(xiàn)出來(lái)。完成了關(guān)于柔性紡織用復(fù)合型聚合物的傳感器的整體設(shè)計(jì)。
　　 最后為了改進(jìn)材料的導(dǎo)電性能，研究了炭黑添加的復(fù)合型導(dǎo)電高聚物傳感器的表面張力測(cè)試，簡(jiǎn)單介紹了三種實(shí)驗(yàn)方法，而且實(shí)驗(yàn)的方法可以推廣應(yīng)用于粉末體和固體的表面張力和表面能測(cè)試。而且三個(gè)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果顯示，三個(gè)結(jié)論都相互支持，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可靠的：實(shí)驗(yàn)所用的納米炭黑粉末其表面張力為33.1mN/m，是非極性的；純聚合物與炭黑添加