智能服裝柔性傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、服裝是生活中至關(guān)重要的產(chǎn)品。人們對(duì)于服裝的需求早已不限于遮丑和保暖，而是追求穿著品的功能化、個(gè)性化及智能化。穿戴式智能服裝是指將電子檢測(cè)系統(tǒng)集成在服裝及其附件上，在日常穿著使用中即可實(shí)現(xiàn)人體生理信號(hào)的檢測(cè)。服裝作為“第二皮膚”與人體接觸密切，具有輕薄舒適、移動(dòng)便攜、覆蓋面大等優(yōu)點(diǎn)，是獲取人體信號(hào)的最佳媒介。而針織服裝，由于其特殊的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出柔軟舒適、彈性貼身及靈活便于襯入導(dǎo)電傳感材料的特點(diǎn)，因此常常用作智能柔性傳感器的研究載體，可檢測(cè)

2、使用者的體溫、心跳、呼吸等人體生理參數(shù)，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)肌肉群活動(dòng)情況及人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。目前，全球范圍內(nèi)已經(jīng)有不少研發(fā)機(jī)構(gòu)在研究智能服裝，但要真正實(shí)現(xiàn)智能服裝產(chǎn)業(yè)化還有許多問(wèn)題有待解決，例如織物柔性傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性、耐久性以及規(guī)?；a(chǎn)等，并且對(duì)于不同編織結(jié)構(gòu)、針織線圈、穿著壓力、洗滌條件等因素對(duì)生理參數(shù)檢測(cè)的影響也還沒(méi)有系統(tǒng)的理論研究。
　　本課題從智能導(dǎo)電材料入手，研究了成熟化的導(dǎo)電纖維的結(jié)構(gòu)及性能，并選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電紗線結(jié)

3、構(gòu)性嵌織于無(wú)縫針織產(chǎn)品中制備成導(dǎo)電織物，然后重點(diǎn)從原料、結(jié)構(gòu)、尺寸等因素對(duì)針織物的導(dǎo)電性能展開(kāi)研究，分析了織物洗滌后的導(dǎo)電穩(wěn)定性，并以織物電阻為特征值，通過(guò)正交試驗(yàn)分析，優(yōu)化了針織電阻柔性傳感器的制備工藝。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、分析7種導(dǎo)電纖維的微觀結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電原理，測(cè)試導(dǎo)電纖維的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能，并擇選出適宜上機(jī)編織的導(dǎo)電紗線原料。
　　2、選擇鍍銀纖維和碳黑纖維作為導(dǎo)電添紗，在無(wú)縫內(nèi)衣機(jī)上完成柔性傳感器試樣編織，導(dǎo)

4、電織物結(jié)構(gòu)為1+1、2+2、2+1三種假羅紋組織，設(shè)計(jì)尺寸為縱向10、20、30橫列，橫向40、60、80縱行。
　　3、設(shè)計(jì)織物等效電阻測(cè)定方法，分別測(cè)試自然狀態(tài)和穿著拉伸狀態(tài)下導(dǎo)電織物的等效電阻，分析紗線原料、組織結(jié)構(gòu)、織物尺寸等因素對(duì)柔性導(dǎo)電針織物等效電阻值的影響。
　　4、探究洗滌對(duì)針織柔性傳感器表觀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能的影響，重點(diǎn)研究了30次洗滌處理后，鍍銀和碳黑導(dǎo)電織物的電阻穩(wěn)定性，通過(guò)分析織物耐洗滌性能，尋找性能穩(wěn)定

5、的柔性傳感器。
　　5、設(shè)計(jì)混合正交試驗(yàn)，對(duì)影響鍍銀織物導(dǎo)電性能的各因素展開(kāi)研究，確定柔性傳感器導(dǎo)電性及洗滌穩(wěn)定性優(yōu)化的組合工藝參數(shù)。
　　通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)、分析和研究得到:銅絲、不銹鋼微絲和腈毛導(dǎo)電紗受限于無(wú)縫織機(jī)對(duì)紗線的要求，銅纖維和碳灰導(dǎo)電纖維受限于電阻測(cè)量穩(wěn)定性，而鍍銀導(dǎo)電纖維和碳黑導(dǎo)電纖維以良好的導(dǎo)電連續(xù)性和可編織性能被選用于導(dǎo)電織物的編織。對(duì)導(dǎo)電織物測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨導(dǎo)電添紗縱行數(shù)的增加，橫列數(shù)相同的織物電阻增加，而橫

6、列數(shù)越少，電阻變化的程度越大;隨導(dǎo)電添紗橫列的增加，縱行數(shù)相同的織物電阻減小，且縱行數(shù)越少，電阻變化的程度越小。在穿著狀態(tài)下，導(dǎo)電織物受到低應(yīng)力拉伸，等效電阻有所下降，但100D鍍銀織物電阻下降程度小于70D鍍銀織物，且織物結(jié)構(gòu)對(duì)100D鍍銀織物的電阻穩(wěn)定性影響更小。經(jīng)過(guò)30次洗滌處理，鍍銀導(dǎo)電纖維出現(xiàn)不同程度的氧化，在拉伸狀態(tài)織物的電阻有所增大，但電阻離散性較小，鍍銀導(dǎo)電紗線和織物結(jié)構(gòu)耐洗滌性能較好。洗滌后，碳黑織物導(dǎo)電穩(wěn)定性能有所提

7、升，但碳黑導(dǎo)電織物的等效電阻仍在MΩ數(shù)量級(jí)，且導(dǎo)電織物在穿著拉伸狀態(tài)下，織物等效電阻變化較大且分散。不同組織結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電織物耐洗滌性都比較好，洗滌前后1+1假羅紋織物的電阻穩(wěn)定性最佳。利用綜合平衡法對(duì)鍍銀導(dǎo)電織物的四個(gè)因素進(jìn)行分析選擇。洗滌前后，織物在自然和拉伸狀態(tài)下各因素影響程度相同:添紗橫列數(shù)＞縱行線圈數(shù)＞紗線細(xì)度＞線圈配比。添紗橫列數(shù)和縱行線圈數(shù)是對(duì)柔性導(dǎo)電織物電阻關(guān)系影響最大的兩個(gè)因素，紗線細(xì)度對(duì)織物導(dǎo)電性能有一定影響，線圈配比對(duì)