专利摘要

本发明公开了一种纤维电容器及其制备方法，该制备方法包括：一、利用静电纺技术在纱线表面沉积第一导电纤维膜；二、利用空心锭包缠纺技术在第一导电纤维膜外包裹绝缘层；三、重复上述步骤一在绝缘层外沉积第二导电纤维膜；以及四、重复上述步骤二在第二导电纤维膜外包裹外绝缘层。本发明纤维电容器的制备方法简单便捷，生产成本低，便于广泛推广应用。

权利要求

1.一种纤维电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、利用静电纺技术在纱线表面沉积第一导电纤维膜，包括：

配制静电纺丝液并加注于静电纺丝设置的注射器内；

设置静电纺丝设备参数包括：设置纱线与接收板的距离为1～2cm，高压电源的电压为10～20kv，喷头距接收板的距离为15～20cm，注射器推送纺丝液的流速为2～3ml/h；

纺丝：控制纱线绕纱线轴心旋转，旋转的速度为0.5～2rmp，喷头处的纺丝液在高压电场的作用下形成纤维细丝，并向接收板方向移动沉积于纱线表面形成导电纤维膜；

二、利用空心锭包缠纺技术在第一导电纤维膜外包裹绝缘层，包括：

将绝缘长丝穿过空心锭，控制绝缘长丝的移动速度和空心锭的转速，在纱线上第一导电纤维膜外层包缠一层绝缘层，所述绝缘长丝的移动速度为0.5～2cm/min，空心锭的转速60～150rpm；

三、重复上述步骤一在绝缘层外沉积第二导电纤维膜；

四、重复上述步骤二在第二导电纤维膜外包裹外绝缘层。

2.根据权利要求1所述的纤维电容器的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝液按重量份计包括：800～1200份的三氯甲烷、80～120份的聚环氧乙烷、30～50份的聚苯胺、15～23份的樟脑磺酸和1份的碳纳米管；配置静电纺丝液时对溶液进行超声分散0.5～1.5h，以及在超声分散后进行磁力搅拌8～15h。

3.根据权利要求1所述的纤维电容器的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝液按重量份计包括：800～1200份的三氯甲烷、10～140份的聚乳酸、35～50份的聚苯胺，15～25份的十二烷基苯磺酸和1份的纳米级导电碳黑；配置静电纺丝液时对溶液进行超声分散0.5～1.5h，以及在超声分散后进行磁力搅拌8～15h。

4.根据权利要求1所述的纤维电容器的制备方法，其特征在于，所述纱线为环锭纺100％纯棉40支棉纱或者为环锭纺涤棉65/35 32支棉纱。

5.根据权利要求1所述的纤维电容器的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝设备包括5支并排设置10ml的注射器，各注射器置于多通道实验室注射泵上，注射泵在导轨上做20cm的往复运动。

6.根据权利要求1所述的纤维电容器的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述绝缘长丝为聚丙烯，长丝直径15μm，或者所述绝缘长丝为聚酰亚胺，长丝直径10μm。

7.根据权利要求1所述的纤维电容器的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述绝缘层的厚度为8～16μm。

8.根据权利要求1所述的纤维电容器的制备方法，其特征在于，在步骤四中，所述外绝缘层所使用的材质为直径为1㎜的10支维纶短纤纱。

9.一种纤维电容器，其特征在于，该纤维电容器是根据权利要求1～8任一所述纤维电容器的制备方法制备得到。

说明书

技术领域

本发明涉及高分子纤维材料生产制备领域，特别是涉及一种纤维电容器及其制备方法。

背景技术

拥有可穿戴电子器件的智能服装已经迅速地由幻想变成了现实，并将引领一个崭新的电子时代。在可穿戴电子器件的智能服装的实现过程中，可穿戴能量转化与存储的柔性器件成为制约这一代电子产品继续发展的一个重要问题。然而，目前的柔性器件主要是基于平面柔性电极，通过叠层组装成柔性器件。使用这种结构使得制备的服装不能透气，集成到可穿戴服装中使服装的舒适度很差。围绕这个问题，国家纳米科学中心魏志祥课题组与青岛大学佘希林教授合作，利用湿法纺丝的方法首先制备出连续的单壁碳纳米管/导电聚苯胺纳米线功能复合纤维，然后以纤维为电极在其表面涂覆凝胶电解质，将两根纤维缠绕形成纤维超级电容器；另外，由新加坡南洋理工大学(NTU)、中国清华大学以及美国凯斯西储大学(CWRU)的科学家联合开发的纤维电容器，是经由含氧化酸、单壁碳奈米管、氧化石墨烯与乙二胺的溶液中产生，并合成含氮的石墨烯液，经过一个软性毛细管柱进行输送后再加热6个小时而制备得来。上述这两种电容器制备方法的制备工艺复杂，技术难度大，并且纳米纤维的直径太细(纳米级)，无法利用现遥纺织手段进行加工，进而无法制备织物及服装，难于满足大批量生产需要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种工艺简单、便于大批量生产的纤维电容器的制备方法，用于生产一种透气性良好的可穿戴纤维电容器，以解决现有技术中纤维电容器的制备工艺复杂，技术难度大，且生产效率不高，难于满足大批量生产需要的问题。

本发明是这样实现的：

一种纤维电容器的制备方法，包括以下步骤：

一、利用静电纺技术在纱线表面沉积第一导电纤维膜，包括：

配制静电纺丝液并加注于静电纺丝设置的注射器内；

设置静电纺丝设备参数包括：设置纱线与接收板的距离为1～2cm，高压电源的电压为10～20kv，喷头距接收板的距离为15～20cm，注射器推送纺丝液的流速为2～3ml/h；

纺丝：控制纱线绕纱线轴心旋转，旋转的速度为0.5～2rmp，喷头处的纺丝液在高压电场的作用下形成纤维细丝，并向接收板方向移动沉积于纱线表面形成导电纤维膜；

二、利用空心锭包缠纺技术在第一导电纤维膜外包裹绝缘层，包括：

将绝缘长丝穿过空心锭，控制绝缘长丝的移动速度和空心锭的转速，在纱线上第一导电纤维膜外层包缠一层绝缘层；

三、重复上述步骤一在绝缘层外沉积第二导电纤维膜；

四、重复上述步骤二在第二导电纤维膜外包裹外绝缘层。

进一步的，800～1200份的三氯甲烷、80～120份的聚环氧乙烷、30～50份的聚苯胺、15～23份的樟脑磺酸和1份的碳纳米管；配置静电纺丝液时对溶液进行超声分散0.5～1.5h，以及在超声分散后进行磁力搅拌8～15h。

进一步的，所述静电纺丝液按重量份计包括：800～1200份的三氯甲烷、10～140份的聚乳酸、35～50份的聚苯胺，15～25份的十二烷基苯磺酸和1份的纳米级导电碳黑；配置静电纺丝液时对溶液进行超声分散0.5～1.5h，以及在超声分散后进行磁力搅拌8～15h。

进一步的，在步骤二中，所述绝缘长丝的移动速度为0.5～2cm/min，空心锭的转速60～150rpm。

进一步的，所述纱线为环锭纺100％纯棉40支棉纱或者为环锭纺涤棉65/3532支棉纱。

进一步的，所述静电纺丝设备包括5支并排设置10ml的注射器，各注射器置于多通道实验室注射泵上，注射泵在导轨上做20cm的往复运动。

进一步的，在步骤二中，所述绝缘长丝为聚丙烯，长丝直径15μm，或者所述绝缘长丝为聚酰亚胺，长丝直径10μm。

进一步的，在步骤二中，所述绝缘层的厚度为8～16μm。

进一步的，在步骤四中，所述外绝缘层所使用的材质为直径为1㎜的10支维纶短纤纱。

为解决上述技术问题，本发明还提供的根据上述纤维电容器的制备方法制备得到的纤维电容器。

本发明的有益效果为：本发明纤维电容器的制备方法通过静电纺丝技术在纱线表面沉积第一和第二导电纤维层，以及通过纱线包缠技术在第一导电纤维层与第二导电纤维层之间设置绝缘层，从而形成纱线形电容器，本制备方法工艺简单、生产效率高，并且所制备的纤维电容器具有电容量大、强力高、可编织性强、手感丰满等优点。

附图说明

图1为本发明实施方式中利用静电纺技术在纱线表面沉积导电纤维的示意图；

图2为本发明实施方式中所制备得到的纤维电容器的截面图。

标号说明：

10、注射泵；20、注射器；21、纺丝液；22、纳米纤维；

30、高压电源；40、接收板；50、纱线；110、纱线；

111、第一导电纤维膜；112、绝缘层；113、第二导电纤维膜。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

实施例1

本实施例提供了一种利用静电纺丝技术和纱线包缠技术来制备纤维电容器的方法，该制备方法包括以下具体步骤：

(1)请参阅图1，纱线50选择为环锭纺100％纯棉40支棉纱，将纱线50置于静电纺比设备的接收板40中部前方1cm处，纱线50两端由电机控制旋转，旋转速度为1rmp，接收板40为导电不锈钢板，规格40cm*1cm*2mm，接收板40接高压电源30的负极并接地。

(2)配制纺丝液：在50ml氯仿溶液中加入6g聚环氧乙烷，2g聚苯胺，1g樟脑磺酸和0.05g碳纳米管，并用超声分散1h后再磁力搅拌12小时，制备成纺丝液。

(3)所述静电纺丝设备包括有5只10ml注射器20(图中只画了一个注射器)，每只注射器装入10ml纺丝液21，注射器20置于多通道实验室注射泵上10，注射泵10在导轨上做20cm的往复运动，注射泵10控制纺丝液流速2ml/h，纺丝高压电源30的电压为15kv，注射器20的喷头距离接收板40为18cm，在高压电场的作用下喷头喷出的纺丝液形成纳米纤维22，静电纺丝时间为5h。请参阅图2，此时纱线110外包覆第一层导电纤维膜111，膜厚2μm，导电率1.35S/cm。

(4)绝缘长丝为聚酰亚胺，长丝直径10μm，纱线穿过空心锭，纱线移动速度1cm/min，空心锭转速120rpm。空心锭包缠工艺结束后，第一层导电纤维膜111外紧密包缠一层10μm厚度的绝缘层112。

(5)将包覆有导电纤维层和绝缘层的纱线，按照(1)-(3)步骤使绝缘层外再包覆一层导电纤维层，即第二导电纤维膜113。此时即制备出纤维电容器，此纤维电容器为两层导电层内夹一层绝缘层。

(6)为了使纤维电容器能应用于可穿戴织物或服装上，需要对纤维电容器外包缠一层长丝或纱线，重复步骤(4)可使纤维电容器具有可编织性，可制备成针织物或机织物。

实施例2

提供了一种纤维电容器的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)纱线为环锭纺涤棉65/35 32支棉纱，置于静电纺丝设备的接收板中部前方1.5cm处，纱线两端由电机控制旋转，旋转速度为0.5rmp，接收板为导电不锈钢板，规格40cm*0.5cm*2mm，接收板接高压电源负极并接地。

(2)配制纺丝液：在50ml氯仿溶液中加入7g聚乳酸，2.5g聚苯胺，1g十二烷基苯磺酸和0.05g纳米级导电碳黑，用超声分散2h后用磁力搅拌12小时，制备成纺丝液。

(3)所述静电纺丝设备包括有5只10ml注射器，在每只注射器装入10ml纺丝液，将注射器置于多通道实验室注射泵上，注射泵在导轨上做20cm的往复运动，注射泵控制纺丝液流速3ml/h，纺丝设备的高压电源的电压15kv，喷头距离接收板20cm，静电纺丝时间为3.4h。此时纱线外包覆第一层导电纤维膜，膜厚2.7μm，导电率0.86S/cm。

(4)绝缘长丝为聚丙烯，长丝直径15μm，纱线穿过空心锭，纱线移动速度1cm/min，空心锭转速80rpm。空心锭包缠工艺结束后，第一层导电纤维膜外紧密包缠一层15μm厚度的绝缘层。

(5)将包覆有导电纤维层和绝缘层的纱线，置于接收板中部前方1.5cm处，纱线两端由电机控制旋转，旋转速度为0.5rmp，接收板为导电不锈钢板，规格40cm*0.5cm*2mm，接收板接高压电源负极并接地。

(6)50ml氯仿溶液中加入6g聚环氧乙烷，2g聚苯胺，1g樟脑磺酸和0.05g碳纳米管，超声分散1h后磁力搅拌12小时，制备成纺丝液。

(7)5只10ml注射器，每只注射器装入10ml纺丝液，注射器置于多通道实验室注射泵上，注射泵在导轨上做20cm的往复运动，注射泵控制纺丝液流速2ml/h，纺丝电压15kv，喷头距离接收板18cm，静电纺丝时间为5h。此时纱线外包覆第一层导电纤维膜，膜厚2μm，导电率1.35S/cm。此时即制备出纤维电容器，此纤维电容器为两层导电层内夹一层绝缘层。

(8)为了使纤维电容器能应用于可穿戴织物或服装上，需要对纤维电容器外包缠一层长丝或纱线，纱线为10支维纶短纤纱，直径1㎜，纱线穿过空心锭，纱线移动速度10cm/min，空心锭转速120rpm。包缠后可使纤维电容器具有可编织性，可制备成针织物或机织物。

本专利所述的纤维电容器是经由两次使用静电纺技术沉积导电纳米纤维及两次使用纱线包缠技术制备的，这种纤维电容器具有电容量大、强力高、可编织性强、手感丰满等特点，有望能编织成可穿戴电子织物，并用于制作透气性良好的可穿戴能量存储器件，推动可穿戴电子器件的进一步发展。并具有其他潜在的功能应用，包括电池、太阳能电池、生物燃料电池，以及用于可挠式与可穿戴式光电系统的感测器等。

本发明的纤维电容器具有大规模工业生产的潜力，电容器电容可随纱线长度的变长而增加，且该电容可以制备成织物或服装，可实现智能可穿戴服装的设计。本发明制备纤维电容器的方法，具有生产成本低，方法便捷，具有良好的推广价值。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

一种纤维电容器及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。