论文部分内容阅读
在智能织物和交互式纺织品逐渐成为纺织界一个新的发展方向的今天,传感器作为其中一个最重要和必不可少的部分日益引起人们的研究兴趣和重视。传感器具有把应力或变形等物理现象转变成为可以被直接观测或可以被微机语言衡量的电子信号。
目前在纺织领域被应用的传感器主要有光纤传感器、压电传感器和本征型或复合型聚合物传感器等。这些以各种方式集成在纺织品中的传感器,为电子系统提供了直接或可开采的原始数据。但是不能很好地与传统的纺织品相兼容。因此将新一代的应用于纺织领域的智能传感器被设计为柔性材料。这即能使被集成在智能纺织品中的各类传感器为纺织品带来“智能性”的同时要满足纺织品的各种机械性能,并不影响或尽量少的影响原有纺织品的特性,如柔软度、手感等。而且因此柔性材料的特殊性质能实现以涂层的方法与纺织结构相结合,这比以往的在织造、编织等形式将玻纤等传感器与织物结合的方式更为简单和经济。
本课题在此基础上设计一种应用在特殊领域的,具体的说是在滑翔伞蓬布上,测试蓬布受力情况的柔性炭黑添加复合型导电聚合物传感器:从完成复合高聚物的制备到织物涂覆,到最后的传感器的导电性能的测试这样一个整体设计,并对材料的表面性质进行研究。
研究比较了应用在纺织领域的几种传感器,要满足设计的需要首先选择导电高分子复合材料作为柔性传感器的基本形式。在综合考虑制备工艺,导电性能,价格等各方面的因素,决定采用炭黑添加型的复合高聚物。
对复合型导电聚合物的导电机理和炭黑添加型高聚物影响导电性的因素进行了研究,选用纳米级的炭黑粉末作为添加剂,聚苯乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物作为聚合物基体,首先采用了溶剂法制备炭黑添加高聚物材料。这种制备炭黑添加的导电复合材料,不仅实验条件和过程更为简单,所得的复合材料的导电性能也比用传统的熔混法好。制备完成后将聚合物组成一个电流回路,测量得的复合聚合物的导电性,即测试其电阻率。实验证明,复合聚合物的导电性质与渗逾阀值理论符合,存在一个电阻率陡降的渗逾阀,并确定了要保证传感器的导电性,炭黑添加含量要大于11.1%,满足该添加量的复合聚合物能够呈现导体特性。最后实验选择的最佳的百分含量为27%。
然后介绍了将导电复合聚合物涂覆到织物的方法和具体操作过程。对整合入传感器的织物样本在拉伸条件下测试传感器电阻值。实验发现:在整个拉伸断裂范围内都能检测到传感器的电阻值,且电阻值与应力呈非线性的正比关系,用数值分析的方法拟合出电阻值与所受应力的表达关系,证明织物的受力和传感器的电阻确实存在着一个确定的数量关系。织物受力弯曲伸长,通过柔性传感器将这种受力结果用电学性质的方式表现出来。完成了关于柔性纺织用复合型聚合物的传感器的整体设计。
最后为了改进材料的导电性能,研究了炭黑添加的复合型导电高聚物传感器的表面张力测试,简单介绍了三种实验方法,而且实验的方法可以推广应用于粉末体和固体的表面张力和表面能测试。而且三个实验的测试结果显示,三个结论都相互支持,实验结果是可靠的:实验所用的纳米炭黑粉末其表面张力为33.1mN/m,是非极性的;纯聚合物与炭黑添加后的聚合物其表面张力值分别为:37.0mN/m和37.8mN/m。研究了复合材料环境中两两组分间的黏附力发现,炭黑粉末在聚合物基体的两相中是无倾向性分散的,且没有优先分散在聚合物表面。