Page 109 - 《精细化工》2022年第6期

第 6 期 张宁仪，等: 纳米银颗粒-聚氨酯导电纤维的制备及拉伸传感应用 ·1175·

应变曲线见图 10。 积性，即 AgNPs-TPU 导电纤维进行拉伸应变的比例
越大，对导电通路的破坏与基材 TPU 纤维的回弹性
的损伤则越多，循环拉伸-恢复后电阻值变化率越大，
恢复到原始电阻值就越困难。

表 1 AgNPs-TPU 导电纤维原样及循环拉伸后纤维的电
阻值与纤维长度
Table 1 Resistance value and fiber length of AgNPs-TPU
conductive fiber original sample and the samples
after cyclic stretching
拉伸应变/% 电阻/Ω 长度/cm
0 11.58 2.00
10 11.82 2.02
图 10 不同浸渍还原次数对 AgNPs-TPU 导电纤维应力-
20 12.18 2.05
应变的影响
30 12.34 2.10
Fig. 10 Efeect of different immersion reduction times on
stress-strain of AgNPs-TPU conductive fiber 40 12.74 2.17
50 13.03 2.25
由图 10 可知，AgNPs-TPU 导电纤维的抗拉伸 60 84.62 2.54
70 201.89 2.71
强度和断裂伸长率分别由浸渍还原 1 次时的 13.72

MPa、755.84%减少至浸渍还原 4 次时的 5.14 MPa、
576.18%。随着浸渍还原次数的增多，AgNPs-TPU
导电纤维的拉伸性能有所下降，但仍然保持了基本
的抗拉伸强度与断裂伸长率。
2.4 AgNPs-TPU 导电纤维的拉伸传感性能
对可拉伸的 AgNPs-TPU 导电纤维进行了不同
拉伸比例的循环拉伸实验，观察循环拉伸后纤维电
阻值及纤维长度的变化，如表 1 所示。AgNPs-TPU
导电纤维经过 0、10%及 60%循环拉伸后表面 SEM
图见图 11。从表 1 可以看出，相比纤维原样（电阻
值为 11.58 Ω），10%循环拉伸-恢复后电阻值变化不
大，为 11.82 Ω。这是由于 10%循环拉伸-恢复后纤
维表面出现细微裂痕，裂痕之间的间隙较小并未对
该纤维中纳米银颗粒层整体造成较大影响，在纤维
表 面仍保持 基本完整 的导电通 路 [9] 。所以 ，
AgNPs-TPU 导电纤维 10%循环拉伸-恢复前后电阻

值变化不大。60%循环拉伸-恢复后电阻值突变为 图 11 AgNPs-TPU 导电纤维经过 0、10%及 60%循环拉
84.62 Ω，是原样的 7.3 倍，无法恢复到初始电阻值。 伸后的表面 SEM 图
这是由于在 60%循环拉伸-恢复后 AgNPs-TPU 导电 Fig. 11 Surface SEM images of AgNPs-TPU conductive
fiber after 0, 10% and 60% cyclic stretching
纤维上纳米银颗粒层发生断裂，如图 11c 1 、c 2 所示，
部分导电通路发生中断，载流子通道发生断裂。而 在适当拉伸应变范围内（10%~50%），循环拉
从表 1 可以观察到，当纤维在 60%与 70%的循环拉 伸-恢复对纤维表面导电通路破坏程度较小，可将拉
伸应变结束后，其自身长度增加至 2.54 与 2.71 cm， 伸应变信号转变为电阻变化的电信号，测试该纤维
难以恢复至原长度；相比之下，当纤维在 50%及以 在不同拉伸应变下的电阻变化率，AgNPs-TPU 导电
下的循环拉伸应变结束后其自身长度变化不大。所 纤维在 10%、20%、30%、40%及 50%拉伸应变下的
以，AgNPs-TPU 导电纤维在经过循环拉伸-恢复后 电阻变化率见图 12。
自身电阻值发生突变的原因是：（1）纤维表面纳米 由图 12 可知，AgNPs-TPU 导电纤维的电阻变
银导电通路被破坏；（2）基材 TPU 纤维自身回弹性 化率与施加的拉伸应变呈正相关性。随着拉伸应变
不佳无法恢复至原长。另外，循环拉伸-恢复对导电 由 10%增加至 50%，电阻变化率相应由 1.55 增加至
通路的破坏与基材 TPU 纤维的回弹性的损伤存在累 87.24，与电阻随着拉伸比例的增大而增加的结论相