纤维电子器件的高分子管材封端方法及纤维电子器件与流程

本技术涉及纤维电子器件的高分子管材加工，具体而言，涉及一种纤维电子器件的高分子管材封端方法及纤维电子器件。

背景技术：

1、随着柔性电子与智能穿戴技术的快速发展，纤维电子器件，如纤维电池、纤维传感器及纤维储能器件等，已成为重要的研究方向。此类产品普遍采用热塑性高分子材料作为基材管，以实现对内部功能介质的封装与防护。其中，高分子管材端部的密封性能是决定产品防水、隔氧及防渗漏能力的关键，直接关系到纤维电子器件能否长期稳定工作，是整个制造工艺中的核心环节。

2、目前给排水管道领域常采用热熔连接技术实现高分子管材的连接与密封。该技术以管道内宏观流体的防泄漏为主要目标，适用于管径较大（通常为数十至数百毫米）、运行环境相对稳定（埋地或室内）的工况条件。

3、然而，纤维电子器件领域对高分子管材封端的技术需求与给排水管道领域存在本质差异，具体体现在以下三个方面：其一，纤维电子器件所用高分子管材的直径处于亚毫米至数毫米量级，远小于给排水管道的常规尺寸。其二，纤维电子器件内部封装有电极材料、电解液、传感元件等功能介质，这些介质对微量水汽和氧气极为敏感，若端口密封性不足，空气和水蒸气的渗入将导致器件失效、短路，严重影响使用寿命。其三，纤维电子器件在实际应用中需承受柔性弯折、汗液侵蚀、温湿度反复变化等动态工况，并要求在此条件下维持长期稳定的密封性能，这与给排水管道在稳定埋地或室内环境下的运行条件存在显著差异。

4、由于尺度差异较大，密封性能要求不同，适用环境不同，给排水管道的热熔连接技术无法应用于纤维电子器件领域的高分子管材端部密封。

5、鉴于上述差异，现有技术中针对纤维电子器件领域的高分子管材开发了多种封端工艺，但普遍存在密封可靠性不足、对不同材料适配性低以及连接界面易失效等共性缺陷。主流技术方案主要分为热熔封端与胶体粘接封端两大类，具体如下：1）热熔封端技术：以纤维电池领域常用的铜带辅助热熔封端工艺为代表。该技术通过导热介质加热并熔融管材端口以实现封堵。然而，在引线穿出端口的位置极易产生微观缝隙，导致水氧浸透，严重影响产品的使用寿命和稳定性。2）胶体粘接封端技术：该技术又分为环氧树脂灌封和专用封端剂粘接两类。中国专利申请cn107641489a公开了水处理柱式膜组件用环氧树脂灌封胶及其制备方法，该方案公开了一种对端口灌封的环氧树脂灌封胶，但利用该环氧树脂灌封胶对管材端口进行灌封，存在胶层韧性差、易开裂的问题，且与部分高分子材料的结合力较弱，难以保证长期密封的可靠性。中国专利cn101787047b公开了一种末端带羟基或胺基的含碳氟链或/和碳氢链磷脂酰胆碱封端剂及用其封端的聚氨酯材料，该方案通过专用封端剂对聚氨酯、氟系等高分子管材进行端面封堵。然而，由于高分子材料表面通常具有惰性，导致粘接界面强度不足，在长期使用过程中易出现脱层、渗水等问题。

6、因此，现有技术中高分子管材的封端方案均难以在长期使用的过程中确保密封可靠性，且无法适配不同高分子管材材质。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种纤维电子器件的高分子管材封端方法及纤维电子器件，以解决现有技术中存在的长期密封可靠性不足、对不同高分子管材材质适配性低以及连接界面易失效的技术问题，本技术通过同材质的高分子材料熔融融合实现了分子级密封，同时利用金属帽作为加热容器、成型模具以及保护外壳，在不对纤维电子器件内部功能介质造成热损伤的前提下，实现了对任意热塑性高分子管材端口的长期可靠密封，大幅提升纤维电子器件使用寿命的技术效果。

2、为了实现上述目的，本技术提供以下技术方案：

3、根据本技术的一方面，提供一种纤维电子器件的高分子管材封端方法，包括： 步骤s1：提供一端封闭的金属帽，所述金属帽内壁限定出封端腔体，所述封端腔体的横截面积大于待封端的高分子管材端口的横截面积；步骤s2：向所述封端腔体内填充与所述高分子管材同材质的高分子粉末；步骤s3：从所述金属帽的外部加热所述金属帽，使所述高分子粉末在所述封端腔体内完全熔融形成高分子熔体后停止加热；步骤s4：在停止加热后，所述高分子熔体冷却凝固前，将所述高分子管材端口插入所述高分子熔体中至预设深度，并保持相对固定，以使所述高分子熔体包裹所述高分子管材端口的外侧壁和底部；步骤s5：使所述高分子熔体冷却凝固，与所述高分子管材端口的外侧壁和底部熔接为一体，形成高分子封端结构；其中，在所述高分子封端结构中，所述金属帽作为外层包裹结构包覆于所述高分子封端结构的外周。

4、优选的，所述金属帽的壁厚设置为0.1mm至0.3mm。

5、优选的，所述金属帽内侧壁与所述高分子管材端口外侧壁之间的间隙设置为1.4mm至1.6mm。

6、优选的，所述步骤s2中，将所述高分子粉末分多次填入所述封端腔体内，并在每次填入后振动所述金属帽，以排出所述高分子粉末颗粒间的空气。

7、优选的，所述步骤s2中，向所述封端腔体内填满所述高分子粉末，以使所述高分子粉末熔融后形成的所述高分子熔体能够完全包裹所述高分子管材端口。

8、优选的，所述步骤s3中，加热所述金属帽的温度设定为高于所述高分子粉末的熔融温度30℃至50℃。

9、优选的，所述步骤s4中，所述高分子管材端口插入所述高分子熔体中的预设深度为：所述高分子管材端口底部与所述封端腔体的底部之间留有1mm至2mm的间隙。

10、优选的，所述封端腔体的深度设置为2mm至4mm。

11、优选的，所述步骤s4中，将所述高分子管材端口与所述封端腔体同轴对准，并匀速插入所述高分子熔体中。

12、根据本技术的另一方面，提供一种纤维电子器件，包括高分子管材以及封装于所述高分子管材内部的功能介质；所述高分子管材端口采用所述的高分子管材封端方法进行密封。

13、本技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：

14、（1）本技术通过采用与高分子管材同材质的高分子材料作为封装主体，消除了异质材料间的相容性壁垒，从而适配纤维电子器件的各类热塑性高分子管材；本技术实现了对纤维电池、纤维传感器、纤维储能器件等所有采用高分子管材封装的纤维电子器件的广泛兼容，拓宽了本技术封端方法的应用边界；

15、（2）本技术采用一步成型的封端工艺，摒弃了传统工艺中繁琐的预处理（如热熔预封端）与二次封端环节；本技术不仅显著提升了加工效率，还大幅降低了对复杂量产设备与人工操作的依赖，从而有效控制了生产成本，高度契合工业化、规模化生产的需求；

16、（3）本技术通过采用同材质高分子熔融融合原理替代传统的高分子与金属等异质材料密封方式，从物理结构上阻断了外界水、氧的渗透通道；本技术有效克服了异质材料界面结合力弱的痛点，使端口结合强度显著提升，进而大幅延长了纤维电子器件的使用寿命，增强了其在复杂环境下的密封可靠性；

17、（4）本技术采用金属帽作为封端工艺的核心载体，金属帽同时具有以下功能：第一，金属帽作为加热容器，能够实现快速均匀导热，将外部热量高效传递至封端腔体内部，确保高分子粉末在短时间内整体熔融；第二，金属帽在高温下保持结构刚性与尺寸稳定性，能够作为成型模具约束熔融态高分子材料的形状，确保密封层厚度均匀一致；第三，金属帽在封端完成后不拆除，作为封端结构的保护外壳，形成致密的金属阻隔层，有效阻隔外界水汽、氧气向管材端口内部渗透；

18、（5）本技术采用从金属帽外部间接加热的方式，而非直接接触加热，可实现高效均匀导热，有效避免因受热不均导致的熔融不充分问题，同时避免了高温直接传导至管材内部对敏感功能介质造成热损伤；

19、（6）本技术采用“先熔融、后插入”的工艺顺序，即先使高分子粉末完全熔融形成熔体后停止加热，再将高分子管材端口插入高分子熔体中，该工艺有效避免了高温对封装于高分子管材内部的功能介质（如电极、电解液）的热损伤，确保了纤维电子器件内部敏感元件的安全性；

20、（7）本技术的高分子熔体包裹高分子管材端口的外侧壁和底部，实现了对高分子管材端口端面的完全封闭，形成有效的长期气密密封。