涂碳纖維導(dǎo)電針織物的傳感性能研究.pdf

1、隨著智能材料和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,智能服裝的研制在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用,如軍事領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生、運(yùn)動(dòng)娛樂(lè)、電子電工等方面。智能服裝融合了微電子、信息傳播、傳感、計(jì)算機(jī)等多種技術(shù),它包含傳感元件、驅(qū)動(dòng)單元和控制單元三部分,傳感元件部分收集到信號(hào)后,通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元和控制單元對(duì)信號(hào)做出處理及反饋實(shí)現(xiàn)一種或多種功能,從而使無(wú)生命的服裝變得有了“感覺(jué)”和“知覺(jué)”。開發(fā)具有更多功能并可足夠滿足人們舒適性的智能服裝已經(jīng)成為國(guó)際紡織服裝品市場(chǎng)的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn),同

2、時(shí)也是紡織服裝行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的新增長(zhǎng)點(diǎn)。隨著未來(lái)智能時(shí)尚生活理念的普及,智能服裝或智能紡織品將會(huì)具有非常大的市場(chǎng)前景。
　　 本文在國(guó)內(nèi)外對(duì)智能服裝和智能紡織品研究的基礎(chǔ)上,制備了柔性傳感器的雛形----導(dǎo)電傳感針織物,從復(fù)合絲線的紡制結(jié)構(gòu)入手,設(shè)計(jì)不同的捻度和不同涂碳纖維含量的復(fù)合絲線,通過(guò)重復(fù)拉伸實(shí)驗(yàn)以及階段性拉伸實(shí)驗(yàn),尋找復(fù)合絲線樣本電阻變化與伸長(zhǎng)率之間的關(guān)系,分析復(fù)合絲線結(jié)構(gòu)對(duì)導(dǎo)電復(fù)合絲導(dǎo)電性能的影響,根據(jù)電阻變化與伸長(zhǎng)率

3、之間的相關(guān)性系數(shù)R2和增益因子GF等評(píng)價(jià)指標(biāo)找出導(dǎo)電性能最好的和最差的復(fù)合絲線結(jié)構(gòu),再進(jìn)一步用導(dǎo)電復(fù)合絲線織造不同結(jié)構(gòu)的針織物。針織結(jié)構(gòu)選擇緯平和1+1羅紋兩種,然后逶過(guò)對(duì)導(dǎo)電針織物動(dòng)態(tài)(重復(fù)拉伸)下的導(dǎo)電性能和傳感性能進(jìn)行探索,尋找織物電阻的變化與織物在拉伸下的形變之間的關(guān)系,通過(guò)各種柔性織物傳感性能的評(píng)價(jià)方法,分析不同復(fù)合絲線結(jié)構(gòu)和織造結(jié)構(gòu)對(duì)導(dǎo)電織物傳感性能的影響,課題中傳感性能的評(píng)價(jià)包括靈敏度、線性度、重復(fù)性、應(yīng)力松弛特性參數(shù)?？?/p>

4、慮到課題研究的導(dǎo)電針織物最終是應(yīng)用到智能服裝中作為傳感元件的,因此還從水洗的角度分析了水洗對(duì)導(dǎo)電針織物導(dǎo)電性產(chǎn)生的影響。最后從導(dǎo)電針織物的線圈結(jié)構(gòu)在拉伸下的變化出發(fā),分析導(dǎo)電織物在拉伸過(guò)程中內(nèi)部的幾何形變以及電阻的變化,剖析導(dǎo)電織物宏觀電阻在應(yīng)力下變化的主要原因。
　　 本研究在參閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,改進(jìn)了導(dǎo)電復(fù)合絲線和導(dǎo)電針織物動(dòng)態(tài)下的電阻測(cè)量裝置,為了全面的評(píng)價(jià)和分析導(dǎo)電針織物的性能,提出了各種測(cè)試方式,如一次性拉伸、反復(fù)拉

5、伸、不同速度下拉伸、瞬時(shí)拉伸以及耐水洗程度測(cè)試等方法。通過(guò)測(cè)試與分析研究,得出主要結(jié)論如下：⑴導(dǎo)電復(fù)合絲線在拉伸力作用下的電阻變化趨勢(shì)較明顯的分成0-7mm(拉伸率0-11.67％)和7-15mm(拉伸率11.67％-25％)兩個(gè)階段;股數(shù)越多的導(dǎo)電復(fù)合絲線靈敏度越低,反之靈敏度越高,導(dǎo)電復(fù)合絲線通過(guò)適當(dāng)加捻可以提高其線性度。若采用導(dǎo)電復(fù)合絲線編入普通織物中的方式制作傳感器,則需要根據(jù)傳感器適用的拉伸范圍來(lái)選擇導(dǎo)電復(fù)合絲線的紡制參數(shù)。⑵

6、導(dǎo)電針織物在拉伸力作用下的電阻變化與導(dǎo)電復(fù)合絲線相反,電阻總體呈減小的趨勢(shì),通過(guò)二次多項(xiàng)式擬合,相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.992以上,且同復(fù)合絲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似,未捻復(fù)合絲線的織物比加捻復(fù)合絲線的織物擬合程度高。⑶四種導(dǎo)電針織物的電阻變化幅度從大到小依次是:并股復(fù)合絲線緯平織物＞加捻復(fù)合絲線緯平織物＞并股復(fù)合絲線1+1羅紋織物＞加捻復(fù)合絲線1+1羅紋織物。電阻減小的穩(wěn)定性從織物結(jié)構(gòu)來(lái)看,1+1羅紋比緯平結(jié)構(gòu)好,從復(fù)合絲線結(jié)構(gòu)來(lái)看,加捻復(fù)合絲線比未捻

7、復(fù)合絲線穩(wěn)定性好。⑷四種不同結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電針織物靈敏度從高到低依次為:并股緯平＞加捻緯平＞并股1+1羅紋＞加捻1+1羅紋。從織物結(jié)構(gòu)來(lái)看,緯平針織結(jié)構(gòu)的靈敏度比1+1羅紋結(jié)構(gòu)的靈敏度要好;從復(fù)合絲線構(gòu)造來(lái)看,并股復(fù)合絲線針織物比加捻復(fù)合絲線針織物靈敏度高。⑸1+1羅紋組織導(dǎo)電織物在不同速度拉伸下電阻變化差異小,重復(fù)性、應(yīng)力松弛特性比緯平組織導(dǎo)電織物的要好,因此對(duì)于柔性傳感針織物的設(shè)計(jì)在滿足靈敏度的要求下,可以考慮羅紋結(jié)構(gòu),以便減少信號(hào)監(jiān)測(cè)誤