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柔性可纺织涂碳纤维导电/传感性能研究

作　者: 廖丽芳
导　师: 邹奉元
学　校: 浙江理工大学
专　业: 服装设计与工程
关键词: 涂碳纤维导电性能传感性能最佳结构参数稳定性
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 94次
引　用: 2次
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内容摘要

目前国内外对织物传感器的研究已经取得了较大成果,开发则多采用电子元件式或是金属纤维编入织物,其用途是主要在军事、户外运动、医疗等领域。因电子元件和金属的负重感、人体舒适性、服装美观等方面不足,使得柔性织物传感器的研究渐渐得到重视。现有机复合导电纤维作为目前最具有应用前景的导电纤维,有必要对导电纤维做进一步的研究和开发。现有的研究中对适用于智能纺织品的导电纤维研究甚少,利用柔性导电纤维生产的智能纺织品,尚处于“消极态”智能材料的初级阶段,同时还存在着某些方面的不足,如织物传感器原材料导电性能研究不充分,温度,相对湿度等环境因素对导电性能影响、以及受到不同程度水洗后原材料导电性能变化情况、传感器的拉伸重复性、松弛性和稳定性等。鉴于上述的问题,课题选取属于有机复合导电纤维的涂碳纤维（Coated Carbon Fibres,CCFS）作为研究对象,研究的主要内容有:通过常态涂碳的电阻测试分析长度、根数与电阻值关系,通过曲面拟合模型与理论模型对比分析和扫描电镜对涂层的形貌观察,验证CCFS在课题中的可行性;分析温湿度、水洗程度对CCFS导电性能的影响及产生影响的原因;结合根数、捻度等不同的结构参数设计对电阻、相对电阻的进行实验分析,提出最佳的结构参数;根据上述提出的最佳结构参数。通过重复性和松弛性测试,分析传感性能的稳定性。经过上述的实验,得到如下结论:1.常态CCFS的电阻实验模型R=3.5309L/F,通过与电阻理论值Rn=3.6279L/F对比和SEM电镜分析,验证CCFS适合用于织物传感器的导电纤维。2.随着拉伸率的增大,电阻变化呈两阶段性:0-6mm（0%-12%）拉伸范围内,电阻变化稳定,在6-15mm（12%-30%）拉伸范围内,电阻变化幅度增大。根数越多,导电性能越好;相同根数的试样,加捻后将使得导电性能提升。3.通过改变环境的温湿度条件:温湿度的增加,电阻值降低,通过计算得到电阻温度系数α0的均值为-4.6×10^-3/℃。相对湿度的增加使得CCFS的含水率增加,导电性能提升,相对湿度对导电性能影响要大。4.经过10次水洗后,结论表明:前5次洗涤电阻变化较小,后5次洗涤,电阻变化幅度增大,通过SEM电镜分析随着洗涤次数的增加,涂层表面脱落现象严重,在洗涤10次后的涂层出现了块状脱落。5.传感性能分析:随着拉伸率的增大,传感性能降低,在0-6mm（0%-12%）拉伸范围内,F6s150、F12s150都有较好的线性度和灵敏度;在0-15mm（0%-30%）拉伸范围内,12F的CCFS同时具有较好的线性度和灵敏度,最佳结构参数为F12s150,灵敏度为19.968。6.12F的试样0-6mm重复拉伸的漂移值变化较小,重复性较好,松弛现象明显;6-15mm重复拉伸的漂移值变化大,重复性较差,试样的松弛现象严重。本文研究环境温湿度、水洗程度对CCFS导电/传感性能的影响,提出最佳导电/传感性能的纤维结构参数,分析最佳结构导电/传感性能的稳定性,为后续研究和织物传感器的研发奠定了理论基础。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-24
  1.1 引言  11
  1.2 织物传感器的研究现状  11-16
  1.3 导电纤维概述  16-17
  1.4 不同结构的导电纤维的研究现状  17-21
    1.4.1 针织结构  17-18
    1.4.2 机织结构  18-19
    1.4.3 其他结构  19-21
  1.5 当前研究的不足  21
  1.6 课题研究的内容  21-22
  1.7 课题研究的意义  22
  1.8 章节安排  22-24
第二章实验材料设备和实验项目  24-29
  2.1 实验原料  24
  2.2 实验使用设备仪器  24-25
  2.3 实验项目选取  25-29
    2.3.1 捻度  25
    2.3.2 根数  25-26
    2.3.3 温度  26-27
    2.3.4 相对湿度  27
    2.3.5 耐水洗程度  27
    2.3.6 重复性  27-28
    2.3.7 拉伸松弛性  28
    2.3.8 扫描电镜分析  28-29
第三章涂碳纤维导电性能分析  29-52
  3.1 涂碳纤维导电机理与模型  29-31
    3.1.1 导电机理  29-30
    3.1.2 理论模型  30-31
  3.2 常态根数对电阻的影响  31-34
    3.2.1 实验准备  31-32
    3.2.2 结论与分析  32-34
  3.3 不同根数和捻度对导电性能的影响  34-41
    3.3.1 实验部分  35-36
    3.3.2 根数对导电性能的影响  36-38
    3.3.3 捻度对导电性能的的影响  38-40
    3.3.4 统计模型  40
    3.3.5 扫描电镜分析  40-41
  3.4 温湿度对导电性能影响  41-48
    3.4.1 实验准备  41-42
    3.4.2 温度实验结论与分析  42-44
    3.4.3 湿度实验结论与分析  44-47
    3.4.4 温湿度统计模型  47-48
  3.5 水洗程度对导电性能的影响  48-50
    3.5.1 实验部分  48-49
    3.5.2 结论与分析  49
    3.5.3 扫描电镜分析  49-50
    3.5.4 水洗程度统计模型  50
  3.6 本章小结  50-52
第四章涂碳纤维传感性能分析  52-63
  4.1 涂碳纤维传感机理  52-53
    4.1.1 电阻应变效应与压阻效应  52
    4.1.2 传感性能理论模型  52-53
  4.2 传感性能指标和评价方法  53-54
    4.2.1 灵敏度  53
    4.2.2 线性度  53
    4.2.3 重复性  53
    4.2.4 拉伸松弛性  53
    4.2.5 漂移  53-54
  4.3 不同根数和捻度对传感性能的影响  54-60
    4.3.1 无捻试样的灵敏度和线性度分析  54-55
    4.3.2 加捻试样的灵敏度和线性度分析  55-57
    4.3.3 重复性测试  57-59
    4.3.4 拉伸松弛性测试  59-60
  4.4 传感性能稳定性分析  60-62
    4.4.1 温度对稳定性的影响  60-61
    4.4.2 相对湿度对稳定性的影响  61
    4.4.3 水洗对稳定性的影响  61-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章结论与展望  63-66
  5.1 结论  63-65
  5.2 不足之处  65
  5.3 展望  65-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
研究生阶段研究成果  72

柔性可纺织涂碳纤维导电/传感性能研究

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