彈性導線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種彈性導線及其制備方法，所述制備方法包括步驟：將預拉伸的彈性纖維的第一端、第二端固定；將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜；得到所述彈性導線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：通過將彈性纖維進行預拉伸，再將碳納米管薄膜纏繞于該預拉伸的彈性纖維上，可使制得的彈性導線具有高彈性及高拉伸率（拉伸可達到300%）；且使彈性導線不會隨著拉伸而使碳納米管薄膜的接觸點大量衰減，進而減小拉伸過程中的電阻變化率；該制備方法簡單且成本低，利于產(chǎn)業(yè)化。
【專利說明】
彈性導線及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及彈性導線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種彈性導線及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)以及可穿戴技術(shù)的發(fā)展，柔性、可伸縮器件是電子器件發(fā)展的主流趨勢，其中彈性導線是柔性器件發(fā)展的關(guān)鍵材料，近年來受到人們的廣泛關(guān)注。
[0003]目前市場上使用的彈性導體主要是各類金屬絲和硅基電子，但是金屬絲柔性和彈性較差，在功能智能應(yīng)用方面體現(xiàn)出了越來越多的不適應(yīng)性。硅基電子雖然在小型化、高集成度和高速度方面取得了很多的成果，但是硅基電路板是基于平面結(jié)構(gòu)的，具有不可彎折、不可拉伸的缺點，這在很大程度上限制了電子器件的應(yīng)用。
[0004]針對這些問題，近年來，許多研究人員采用各種方法制備了形式多樣的彈性導體，包括:(I)將傳統(tǒng)金屬導線纏繞在彈性載體上，雖然可以實現(xiàn)一定程度上的拉伸或彎折，但是由于傳統(tǒng)金屬導線由于其自身剛性、不耐彎折等缺陷，.在使用過程中容易出現(xiàn)斷裂；
(2)將導電材料(如炭黑、金屬粉末)直接同彈性聚合物混合得到彈性導線，但由于彈性聚合物的存在，此類導線均存在電阻高、導電效率低的缺陷，而且此類導線的拉伸性能也較差。
[0005]近些年，納米技術(shù)飛速發(fā)展，碳納米管材料具有非常高的力學性能和導電性能，近些年的眾多研究成果表明，碳納米管纖維在輕質(zhì)、高強、高導電纖維材料的發(fā)展方面具有非常廣泛的應(yīng)用前景。然而目前由碳納米管纖維制得的彈性導線雖然具有較好的導電性，但是它們的斷裂長度卻都小于5%。而且拉伸過程中電阻變化率大。因此，如何合理利用碳納米管纖維的導電性能，解決目前彈性導線在導電率差、彈性低、拉伸過程電阻變化率大、耐疲勞等方面的困境也是一個重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種彈性導線及其制備方法，該彈性導線具有導電率高、彈性佳、拉伸過程電阻變化小和抗疲勞性能好的優(yōu)點，且其制備方法簡單且成本低，利于產(chǎn)業(yè)化。
[0007]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的之一，本發(fā)明一實施方式提供了一種彈性導線的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括步驟:
將預拉伸的彈性纖維的第一端、第二端固定；
將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜；
得到所述彈性導線。
[0008]作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述步驟“得到所述彈性導線”之前還包括步驟:
將碳納米管薄膜以第二螺旋升角纏繞于所述第一層碳納米管薄膜上，形成第二層碳納米管薄膜;其中，由所述第一端至所述第二端的方向上，所述第二層碳納米管薄膜的螺旋方向與所述第一層碳納米管薄膜的螺旋方向相反。
[0009]作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述第一螺旋升角和/或所述第二螺旋升角設(shè)置為小于等于10°。
[0010]作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述步驟“將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜”包括:
將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜；
于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液。
[0011]作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述步驟“于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液”包括:
于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液；
通過加熱以使所述導電聚合物乳狀液固化。
[0012]作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述導電聚合物乳狀液為聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯的一種或多種導電聚合物分散于水或乙醇中形成的乳狀液。
[0013]作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述步驟“得到所述彈性導線”之前還包括步驟:
于所述第一層碳納米管薄膜和/或所述第二層碳納米管薄膜表面涂敷有機溶劑，維持一時間段后加熱;其中，所述有機溶劑為乙二醇、丙酮、乙醇的任一種。
[0014]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的之一，本發(fā)明一實施方式提供了一種彈性導線，所述彈性導線由如上所述的制備方法制得。
[0015]作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述彈性導線還包括包覆于其表面的彈性封裝層，所述彈性封裝層的材質(zhì)設(shè)置為聚二甲基硅氧烷或高彈性聚氨酯。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:I)通過將彈性纖維進行預拉伸，再將碳納米管薄膜纏繞于該預拉伸的彈性纖維上，可使制得的彈性導線具有高彈性及高拉伸率(拉伸可達到300%) ;2)且通過預拉伸彈性纖維，使彈性導線不會隨著拉伸而使碳納米管薄膜的接觸點大量衰減，進而減小拉伸過程中的電阻變化率;3)該制備方法簡單且成本低，利于產(chǎn)業(yè)化;4)通過設(shè)置多層碳納米管薄膜，使多層碳納米管薄膜交叉分布，并對每層碳納米管薄膜進行致密化，增大接觸點，使彈性導線導電率強、拉伸過程電阻變化率??；5)相鄰兩層碳納米管薄膜間設(shè)置導電聚合物層，使彈性纖維具有導電率強、拉伸過程電阻變化率小、及電學穩(wěn)定性強耐疲勞的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一實施方式的彈性導線的制備方法的流程圖；
圖2是本發(fā)明第一實施例的彈性導線的制備方法的流程圖；
圖3是于預拉伸率30%的彈性纖維上分別纏繞一層碳納米管薄膜和兩層碳納米管薄膜時制備的彈性導線隨拉伸程度的電阻變化曲線圖；
圖4是本發(fā)明第二實施例的彈性導線的制備方法的流程圖；
圖5是本發(fā)明第二實施例的彈性導線多次拉伸情況時隨拉伸程度的電阻變化曲線圖；圖6是本發(fā)明第三實施例的彈性導線的制備方法的流程圖；
圖7是本發(fā)明第三實施例的彈性導線多次拉伸情況時隨拉伸程度的電阻變化曲線圖； 圖8是本發(fā)明第四實施例的彈性導線的制備方法的流程圖；
圖9是碳納米管薄膜纏繞于預拉伸的彈性纖維時的制備示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0019]參看圖1，圖1是本發(fā)明一實施方式的彈性導線的制備方法的流程圖。所述制備方法包括步驟:
將預拉伸的彈性纖維的第一端、第二端固定；
將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜；
得到所述彈性導線。
[0020]本發(fā)明一實施方式的彈性導線的制備方法，通過將彈性纖維進行預拉伸，再將碳納米管薄膜纏繞于該預拉伸的彈性纖維上，可使制得的彈性導線具有高彈性的同時，且不會隨著拉伸而使碳納米管薄膜的接觸點大量衰減，進而減小拉伸過程中的電阻變化率;且該制備方法簡單且成本低，利于產(chǎn)業(yè)化。
[0021]其中，所述彈性纖維可設(shè)置為PU、TPU等超彈性聚合物纖維。所述制備方法中，在所述彈性纖維的可承受范圍內(nèi)，所述彈性纖維的預拉伸率越大，則制得的彈性導線的可拉伸性越強，彈性越大，相應(yīng)地，拉伸過程中電阻變化也越小。
[0022]所述彈性纖維包括沿其延伸方向相對分布的第一端和第二端，通過固定所述第一端和所述第二端可實現(xiàn)所述彈性纖維的預拉伸。
[0023]為了方便說明，在本說明書中，定義從所述第一端至所述第二端的方向為第一方向。此外，在本說明書中，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0024]在本發(fā)明一實施方式中，用于制備所述彈性導線的碳納米管薄膜可以取自利用化學氣相沉積法合成的可紡絲性碳納米管陣列、或利用浮動生長法合成的碳納米管薄膜、或其他柔性導電纖維。
[0025]進一步地，所述制備方法還包括位于所述步驟“得到所述彈性導線”之前的步驟:將碳納米管薄膜以第二螺旋升角纏繞于所述第一層碳納米管薄膜上，形成第二層碳納米管薄膜；
其中，用于形成所述第一層碳納米管薄膜和所述第二層碳納米管薄膜的碳納米管薄膜的具體材質(zhì)可設(shè)置為相同或不同。在本說明書中，所述第一層碳納米管薄膜和所述第二層碳納米管薄膜的材質(zhì)設(shè)置為相同。
[0026]在所述第一方向上，所述第二層碳納米管薄膜的螺旋方向與所述第一層碳納米管薄膜的螺旋方向相反。例如，當在所述第一方向上，所述第一層碳納米管薄膜沿順時針螺旋方向延伸時，所述第二層碳納米管薄膜沿逆時針螺旋方向延伸。這樣，可使所述第一層碳納米管薄膜與所述第二層碳納米管薄膜交叉螺旋，這樣在拉伸過程中第一層碳納米管薄膜與第二層碳納米管薄膜可以保持很好的接觸，從而增大導電性，使得拉伸過程中電阻變化率減小。
[0027]所述第一螺旋升角與所述第二螺旋升角可設(shè)置為相同或不同。在本發(fā)明一實施方式中，所述第一螺旋升角與所述第二螺旋升角設(shè)置為相同且均小于等于10°。所述第一螺旋升角與所述第二螺旋升角越小，則由所述第一碳納米管薄膜、所述第二碳納米管薄膜分別形成的螺旋體中，螺距越小，得到的彈性導線的可拉伸性越好，拉伸過程中斷裂幾率越低。
[0028]在本發(fā)明一實施方式中，還可按照上述第一層碳納米管薄膜及第二層碳納米管薄膜的形成方式，于所述第二層碳納米管薄膜上繼續(xù)疊加多層碳納米管薄膜，以進一步增大制備的彈性導線的導電性。
[0029]另外，每層碳納米管薄膜的形成過程中，碳納米管薄膜的纏繞順序并不作限制，也即，每層碳納米管薄膜可由所述第一方向逐漸纏繞而成，也可由所述第一方向的相反方向逐漸纏繞而成。
[0030]在本發(fā)明一實施方式中，所述彈性導線的制備方法還包括將至少一層碳納米管薄膜致密化。具體的，所述步驟“將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜”包括:
將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜；
于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷有機溶劑，維持一時間段后加熱。
[0031]所述步驟“將碳納米管薄膜以第二螺旋升角纏繞于所述第一層碳納米管薄膜上，形成第二層碳納米管薄膜”包括:
將碳納米管薄膜以第二螺旋升角纏繞于所述第一層碳納米管薄膜上，形成第二層碳納米管薄膜；
于所述第二層碳納米管薄膜表面涂敷有機溶劑，維持一時間段后加熱。
[0032]其中，所述有機溶劑為乙二醇、丙酮、乙醇等沸點低的有機溶劑。這樣，通過將所述有機溶劑涂覆于該層碳納米管薄膜表面以對該層碳納米管薄膜致密化，可以增加該層碳納米管薄膜自身的接觸點，從而進一步增大該層碳納米管薄膜的導電性，降低彈性導線拉伸過程中電阻變化率。
[0033]所述時間段越久，可使碳納米管薄膜的致密化程度越充分。然后通過加熱來使所述有機溶劑揮發(fā)，去除殘留在彈性導線中的雜質(zhì)以增加導電性。在上述加熱過程中，加熱溫度保持在60?150 °C ο加熱時間最好控制在30min以上，以便使有機溶劑有足夠的時間揮發(fā)干凈。
[0034]在本發(fā)明一實施方式中，所述“將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜”包括:
將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜；
于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液。
[0035]其中，用于涂敷的導電聚合物可以是聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯等具有高導電性的聚合物;所述導電聚合物乳狀液為聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯等導電聚合物分散于水或乙醇中形成的乳狀液。
[0036]通過將所述導電聚合物乳狀液均勻涂覆于所述第一層碳納米管薄膜表面，可以使制得的彈性導線的第一層碳納米管薄膜外側(cè)包覆一層導電聚合物層，進一步地，所述導電聚合物層位于所述第一層碳納米管薄膜與所述第二層碳納米管薄膜之間，使制備的彈性導線形成夾心型彈性導線。從而使所述彈性導線在拉伸過程中，導電聚合物層也可用于導電，保證彈性導線的導電性，降低拉伸過程的電阻變化;而且在導電聚合物層的存在下，所述彈性導線的多次拉伸的重復性高，電學性能的循環(huán)穩(wěn)定性強。
[0037]進一步地，所述步驟“于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液”包括:
于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液；
通過加熱以使所述導電聚合物乳狀液固化。
[0038]這樣，使所述導電聚合物乳狀液固化的過程，實際上為通過加熱來去除所述導電聚合物乳狀液中的水或乙醇等溶劑，以排除這些溶劑的干擾并增加彈性導線的導電性。在上述加熱過程中，加熱溫度保持在60?150°C。加熱時間最好控制在30min以上，以便使上述溶劑有足夠的時間揮發(fā)干凈。
[0039]在本發(fā)明一實施方式中，所述步驟“得到所述彈性導線”包括:
于所述碳納米管薄膜外包覆彈性封裝層，得到所述彈性導線。
[0040]所述彈性封裝層的材質(zhì)設(shè)置為聚二甲基硅氧烷或高彈性聚氨酯，所述彈性封裝層的厚度可以根據(jù)需要確定，一般在10微米以下。這樣，所述彈性封裝層可使所述彈性導線的導電層與外部絕緣，還可起到保護所述彈性導線的導電層的作用。所述彈性封裝層還便于對所述彈性導線進行二次加工，如在所述彈性導線的兩端分別做好固定電極，即可得到可重復使用的功能性彈性導體。
[0041]在一實施方式中，本發(fā)明還提供一種彈性導線，所述彈性導線通過上述制備方法制得。所述彈性導線包括彈性纖維芯、設(shè)置于所述彈性纖維芯外的導電層、及設(shè)置于所述導電層外的彈性密封層。
[0042]所述彈性纖維芯可設(shè)置為PU、TPU等超彈性聚合物纖維。
[0043]所述彈性封裝層的材質(zhì)設(shè)置為聚二甲基硅氧烷或高彈性聚氨酯，所述彈性封裝層的厚度可以根據(jù)需要確定，一般在10微米以下。這樣，所述彈性封裝層可使所述彈性導線的導電層與外部絕緣，還可起到保護所述彈性導線的導電層的作用。所述彈性封裝層還便于對所述彈性導線進行二次加工，如在所述彈性導線的兩端分別做好固定電極，即可得到可重復使用的功能性彈性導體。
[0044]所述導電層包括至少一層碳納米管薄膜，每層所述碳納米管薄膜設(shè)置為由碳納米管薄膜在所述彈性纖維芯外、沿所述第一方向上螺旋延伸的螺旋體。所述螺旋體的螺旋升角設(shè)置為小于等于10°，這樣，可使螺距較小，從而使所述彈性導線的可拉伸性好的同時，且拉伸過程中電阻變化較小。
[0045]在本發(fā)明一實施方式中，所述碳納米管薄膜設(shè)置為兩層，在所述第一方向上，第一層碳納米管薄膜螺旋纏繞于所述彈性纖維芯上，第二層碳納米管薄膜交叉纏繞于所述第一層碳納米管薄膜上，其中，所述第二層碳納米管薄膜的螺旋方向與所述第一層碳納米管薄膜的螺旋方向相反。例如，當在所述第一方向上，所述第一層碳納米管薄膜沿順時針螺旋方向延伸時，所述第二層碳納米管薄膜沿逆時針螺旋方向延伸。這樣，可使所述第一層碳納米管薄膜與所述第二層碳納米管薄膜交叉螺旋，這樣在拉伸過程中第一層碳納米管薄膜與第二層碳納米管薄膜可以保持很好的接觸，從而增大導電線，使得拉伸過程中電阻變化率減小。
[0046]在本發(fā)明一實施方式中，每層所述碳納米管薄膜可設(shè)置為由通過涂覆有機溶劑進行致密化后的碳納米管薄膜。所述有機溶劑為乙二醇、丙酮、乙醇等沸點低的有機溶劑。這樣，可通過加熱將致密化過程之后殘留的有機溶劑去除。通過致密化可以增加該層碳納米管薄膜自身的接觸點，從而進一步增大所述彈性導線的導電性，降低拉伸過程中電阻變化率。
[0047]在本發(fā)明一實施方式中，所述彈性導線設(shè)置為夾心型彈性導線，具體的，所述導電層還包括夾設(shè)于任意相鄰兩層所述彈性碳納米管薄膜之間的導電聚合物層，所述導電聚合物層的材質(zhì)可以是聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯等具有高導電性的聚合物。這樣，所述彈性導線在拉伸過程中，所述導電聚合物層也可用于導電，保證彈性導線的導電性，降低拉伸過程的電阻變化;而且多次拉伸的重復性高，電學性能的循環(huán)穩(wěn)定性強。
[0048]為了方便理解，以下將描述各具體示例及其有益效果。
[0049]實施例1:
參看圖2，圖2是本發(fā)明第一實施例的彈性導線的制備方法的流程圖，所述制備方法包括步驟:
將預拉伸的彈性纖維的第一端、第二端固定，其中，所述彈性纖維的預拉伸率為30%左右；
將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜；
將碳納米管薄膜以第二螺旋升角纏繞于所述第一層碳納米管薄膜上，形成第二層碳納米管薄膜;其中，由所述第一端至所述第二端的方向上，所述第二層碳納米管薄膜的螺旋方向與所述第一層碳納米管薄膜的螺旋方向相反，所述第二螺旋升角與所述第一螺旋升角相同且均小于10° ;
得到所述彈性導線。
[0050]參看圖3，圖3是于預拉伸率30%的彈性纖維上分別纏繞一層碳納米管薄膜和兩層碳納米管薄膜時制備的彈性導線隨拉伸程度的電阻變化曲線圖；其中，曲線(I)為在預拉伸30%的彈性纖維上包覆一層碳納米管薄膜時制備的彈性導線隨著拉伸程度的電阻變化曲線，曲線(2)為在預拉伸30%的彈性纖維上包覆二層碳納米管薄膜時制備的彈性導線隨著拉伸程度的電阻變化曲線。
[0051]從圖3中可見，在拉伸程度在50%左右時，具有一層碳納米管薄膜的彈性導線的電阻變化率約為35%，相較于現(xiàn)有技術(shù)的彈性導線的可拉伸性得到改善，且拉伸過程電阻變化已經(jīng)較小;而具有二層碳納米管薄膜的彈性導線，在拉伸程度50%以下時，隨著拉伸過程的電阻變化率最大為10%左右，在彈性大的同時，具有更小的電阻變化率，且小的電阻變化率進一步證明彈性導線的可拉伸性。
[0052]實施例2:
參看圖4，圖4是本發(fā)明第二實施例的彈性導線的制備方法的流程圖，所述制備方法包括步驟:
將預拉伸的彈性纖維的第一端、第二端固定，其中，所述彈性纖維的預拉伸率為30%左右；
將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜；
于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷有機溶劑，維持一時間段后加熱；
將碳納米管薄膜以第二螺旋升角纏繞于所述第一層碳納米管薄膜上;其中，由所述第一端至所述第二端的方向上，所述第二層碳納米管薄膜的螺旋方向與所述第一層碳納米管薄膜的螺旋方向相反，所述第二螺旋升角與所述第一螺旋升角相同且均小于10°;
于所述第二層碳納米管薄膜表面涂敷有機溶劑，維持一時間段后加熱；
得到所述彈性導線。
[0053]采用該實施例的制備方法制得的彈性導線的性能，參看圖5，圖5是本發(fā)明第二實施例的彈性導線多次拉伸情況時隨拉伸程度的電阻變化曲線圖。其中，曲線(I)?(5)分別為對彈性導線進行第一次至第五次拉伸時隨拉伸程度的電阻變化曲線。從圖中可以看出，當拉伸程度為30%以下時，電阻變化率最大為3.5%左右。與圖3相比可以得出，經(jīng)過致密化處理制得的彈性導線隨拉伸過程電阻變化率更小。而且，比對5次拉伸時的曲線，該實施例的彈性導線的循環(huán)測試結(jié)果較穩(wěn)定，有較好的重復使用性。
[0054]另外，對該實施例的彈性導線進行彎曲和扭轉(zhuǎn)實驗時，彈性導線的電阻變化也非常小，具有較好的柔性，且性能穩(wěn)定，結(jié)合碳納米管薄膜輕質(zhì)的特點可以應(yīng)用到柔性觸摸屏上。
[0055]實施例3:
參看圖6，圖6是本發(fā)明第三實施例的彈性導線的制備方法的流程圖，所述制備方法包括步驟:
將預拉伸的彈性纖維的第一端、第二端固定，其中，所述彈性纖維的預拉伸率為30%左右；
將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜；
于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液；
通過加熱以使所述導電聚合物乳狀液固化；
將碳納米管薄膜以第二螺旋升角纏繞于所述第一碳納米管薄膜上，形成第二層碳納米管薄膜;其中，由所述第一端至所述第二端的方向上，所述第二層碳納米管薄膜的螺旋方向與所述第一層碳納米管薄膜的螺旋方向相反，所述第一螺旋升角與所述第二螺旋升角相同且均小于10° ;
得到彈性導線。
[0056]采用該實施例的制備方法制得的彈性導線為夾心型彈性導線，其性能情況參看圖7，圖7是本發(fā)明第三實施例的彈性導線多次拉伸情況時隨拉伸程度的電阻變化曲線圖。其中，曲線(I)?(5)分別為對彈性導線進行第一次至第五次拉伸時隨拉伸程度的電阻變化曲線。從圖中可以看出，當拉伸程度為30%以下時，電阻變化率最大為4%左右，與圖3相比，本實施例的彈性導線在拉伸過程中電阻變化率更小。與圖5相比，該實施例的彈性導線在多次拉伸時的循環(huán)穩(wěn)定性更好，耐疲勞性更強。
[0057]實施例4:
參看圖8，圖8是本發(fā)明第四實施例的彈性導線的制備方法的流程圖，所述制備方法包括:
將預拉伸的彈性纖維的第一端、第二端固定；
將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜；
于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷有機溶劑，維持一時間段后加熱；
于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液；
通過加熱以使所述導電聚合物乳狀液固化；
將碳納米管薄膜以第二螺旋升角纏繞于所述第一碳納米管薄膜上，形成第二層碳納米管薄膜;其中，由所述第一端至所述第二端的方向上，所述第二層碳納米管薄膜的螺旋方向與所述第一層碳納米管薄膜的螺旋方向相反，所述第二螺旋升角與所述第一螺旋升角相同且均小于10° ;
于所述第二層碳納米管薄膜表面涂敷有機溶劑，維持一時間段后加熱；
得到彈性導線。
[0058]在第四實施例中，既經(jīng)過致密化，又于兩層碳納米管薄膜之間設(shè)置導電聚合物層，使制得的彈性導線不僅在彈性強的同時，隨拉伸過程中電阻變化率小，而且多次拉伸的循環(huán)穩(wěn)定性更好，耐疲勞性更強。
[0059]另外，參看圖9，圖9是碳納米管薄膜纏繞于預拉伸的彈性纖維時的制備示意圖。本說明書還介紹一種用于制備所述彈性導線的裝置，結(jié)合上述制備方法，對所述裝置進行詳細介紹。所述裝置包括驅(qū)動電機I和驅(qū)動電機2、固定架、水平架4和移動臺5。
[0060]所述固定架用于固定預拉伸的彈性纖維3，具體的，所述固定架包括用于固定所述彈性纖維3第一端的第一固定組件、用于固定所述彈性纖維3第二端的第二固定組件。所述第一固定組件設(shè)置于所述驅(qū)動電機I上，所述第二固定組件設(shè)置于所述驅(qū)動電機2上。在所述驅(qū)動電機I和所述驅(qū)動電機2的分別驅(qū)動下，所述第一固定組件和所述第二固定組件可沿相同方向同步轉(zhuǎn)動，在附圖9的示例中，于所述第一端至所述第二端的方向上，所述第一固定組件和所述第二固定組件均沿順時針方向同步轉(zhuǎn)動。
[0061]水平架4放置于離所述驅(qū)動電機I和所述驅(qū)動電機2—定距離位置處，并沿所述第一方向延伸。
[0062]所述移動臺5設(shè)置于所述水平架4上并可沿所述水平架4的延伸方向往復運動。所述移動臺5上固定有碳納米管陣列6，所述碳納米管陣列6可用于拉出碳納米管薄膜7。
[0063]所述碳納米管薄膜7固定在所述彈性纖維3的所述第一端后，開啟所述驅(qū)動電機I和所述驅(qū)動電機2，使所述第一固定組件和所述第二固定組件均沿順時針方向同步轉(zhuǎn)動;并同時驅(qū)動所述移動臺5沿所述水平架4移動，所述碳納米管薄膜7可逐漸從所述碳納米管陣列6中拉出并纏繞于所述彈性纖維3表面。
[0064]通過控制所述移動臺5的移動速度，可保持纏繞過程中所述碳納米管薄膜7和所述彈性纖維3始終維持固定的角度Θ，其中，80° < Θ<90°。這樣，可使所述碳納米管薄膜7纏繞形成的螺旋體的螺旋升角小于等于10°，進而保證制得的彈性導線具有較高的彈性且拉伸過程電阻變化小。
[0065]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:I)通過將彈性纖維進行預拉伸，再將碳納米管薄膜纏繞于該預拉伸的彈性纖維上，可使制得的彈性導線具有高彈性及高拉伸率(拉伸可達到300%) ;2)且通過預拉伸彈性纖維，使彈性導線不會隨著拉伸而使碳納米管薄膜的接觸點大量衰減，進而減小拉伸過程中的電阻變化率;3)該制備方法簡單且成本低，利于產(chǎn)業(yè)化;4)通過設(shè)置多層碳納米管薄膜，使多層碳納米管薄膜交叉分布，并對每層碳納米管薄膜進行致密化，增大接觸點，使彈性導線導電率強、拉伸過程電阻變化率??；5)相鄰兩層碳納米管薄膜間設(shè)置導電聚合物層，使彈性纖維具有導電率強、拉伸過程電阻變化率小、及電學穩(wěn)定性強耐疲勞的優(yōu)點。
[0066]上文所列出的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種彈性導線的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括步驟: 將預拉伸的彈性纖維的第一端、第二端固定； 將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜； 得到所述彈性導線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性導線的制備方法，其特征在于，所述步驟“得到所述彈性導線”之前還包括步驟: 將碳納米管薄膜以第二螺旋升角纏繞于所述第一層碳納米管薄膜上，形成第二層碳納米管薄膜;其中，由所述第一端至所述第二端的方向上，所述第二層碳納米管薄膜的螺旋方向與所述第一層碳納米管薄膜的螺旋方向相反。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的彈性導線的制備方法，其特征在于，所述第一螺旋升角和/或所述第二螺旋升角設(shè)置為小于等于10°。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的彈性導線的制備方法，其特征在于，所述步驟“將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜”包括: 將碳納米管薄膜沿所述第一端至所述第二端的方向以第一螺旋升角逐漸纏繞于所述彈性纖維上，形成第一層碳納米管薄膜； 于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈性導線的制備方法，其特征在于，所述步驟“于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液”包括: 于所述第一層碳納米管薄膜表面涂敷導電聚合物乳狀液； 通過加熱以使所述導電聚合物乳狀液固化。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈性導線的制備方法，其特征在于，所述導電聚合物乳狀液為聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯的一種或多種導電聚合物分散于水或乙醇中形成的乳狀液。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性導線的制備方法，其特征在于，所述步驟“得到所述彈性導線”之前還包括步驟: 于所述第一層碳納米管薄膜和/或所述第二層碳納米管薄膜表面涂敷有機溶劑，維持一時間段后加熱;其中，所述有機溶劑為乙二醇、丙酮、乙醇的任一種。8.—種彈性導線，其特征在于，所述彈性導線由如權(quán)利要求1?7任一項所述的制備方法制得。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的彈性導線，其特征在于，所述彈性導線還包括包覆于其表面的彈性封裝層，所述彈性封裝層的材質(zhì)設(shè)置為聚二甲基硅氧烷或高彈性聚氨酯。
【文檔編號】H01L21/60GK106024656SQ201610423227
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】陳威艷, 張驍驊, 趙靜娜, 李清文
【申請人】蘇州捷迪納米科技有限公司