涂碳纖維導電針織物的傳感性能研究.pdf

1、隨著智能材料和微型計算機技術(shù)的發(fā)展,智能服裝的研制在各個領(lǐng)域得到應(yīng)用,如軍事領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生、運動娛樂、電子電工等方面。智能服裝融合了微電子、信息傳播、傳感、計算機等多種技術(shù),它包含傳感元件、驅(qū)動單元和控制單元三部分,傳感元件部分收集到信號后,通過驅(qū)動單元和控制單元對信號做出處理及反饋實現(xiàn)一種或多種功能,從而使無生命的服裝變得有了“感覺”和“知覺”。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)成為國際紡織服裝品市場的一個競爭點,同

2、時也是紡織服裝行業(yè)經(jīng)濟效益的新增長點。隨著未來智能時尚生活理念的普及,智能服裝或智能紡織品將會具有非常大的市場前景。
　　 本文在國內(nèi)外對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----導電傳感針織物,從復合絲線的紡制結(jié)構(gòu)入手,設(shè)計不同的捻度和不同涂碳纖維含量的復合絲線,通過重復拉伸實驗以及階段性拉伸實驗,尋找復合絲線樣本電阻變化與伸長率之間的關(guān)系,分析復合絲線結(jié)構(gòu)對導電復合絲導電性能的影響,根據(jù)電阻變化與伸長率

3、之間的相關(guān)性系數(shù)R2和增益因子GF等評價指標找出導電性能最好的和最差的復合絲線結(jié)構(gòu),再進一步用導電復合絲線織造不同結(jié)構(gòu)的針織物。針織結(jié)構(gòu)選擇緯平和1+1羅紋兩種,然后逶過對導電針織物動態(tài)(重復拉伸)下的導電性能和傳感性能進行探索,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,通過各種柔性織物傳感性能的評價方法,分析不同復合絲線結(jié)構(gòu)和織造結(jié)構(gòu)對導電織物傳感性能的影響,課題中傳感性能的評價包括靈敏度、線性度、重復性、應(yīng)力松弛特性參數(shù)?？?/p>

4、慮到課題研究的導電針織物最終是應(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導電針織物導電性產(chǎn)生的影響。最后從導電針織物的線圈結(jié)構(gòu)在拉伸下的變化出發(fā),分析導電織物在拉伸過程中內(nèi)部的幾何形變以及電阻的變化,剖析導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的基礎(chǔ)上,改進了導電復合絲線和導電針織物動態(tài)下的電阻測量裝置,為了全面的評價和分析導電針織物的性能,提出了各種測試方式,如一次性拉伸、反復拉

5、伸、不同速度下拉伸、瞬時拉伸以及耐水洗程度測試等方法。通過測試與分析研究,得出主要結(jié)論如下：⑴導電復合絲線在拉伸力作用下的電阻變化趨勢較明顯的分成0-7mm(拉伸率0-11.67％)和7-15mm(拉伸率11.67％-25％)兩個階段;股數(shù)越多的導電復合絲線靈敏度越低,反之靈敏度越高,導電復合絲線通過適當加捻可以提高其線性度。若采用導電復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選擇導電復合絲線的紡制參數(shù)。⑵

6、導電針織物在拉伸力作用下的電阻變化與導電復合絲線相反,電阻總體呈減小的趨勢,通過二次多項式擬合,相關(guān)系數(shù)高達0.992以上,且同復合絲線實驗結(jié)果相似,未捻復合絲線的織物比加捻復合絲線的織物擬合程度高。⑶四種導電針織物的電阻變化幅度從大到小依次是:并股復合絲線緯平織物＞加捻復合絲線緯平織物＞并股復合絲線1+1羅紋織物＞加捻復合絲線1+1羅紋織物。電阻減小的穩(wěn)定性從織物結(jié)構(gòu)來看,1+1羅紋比緯平結(jié)構(gòu)好,從復合絲線結(jié)構(gòu)來看,加捻復合絲線比未捻

7、復合絲線穩(wěn)定性好。⑷四種不同結(jié)構(gòu)的導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;從復合絲線構(gòu)造來看,并股復合絲線針織物比加捻復合絲線針織物靈敏度高。⑸1+1羅紋組織導電織物在不同速度拉伸下電阻變化差異小,重復性、應(yīng)力松弛特性比緯平組織導電織物的要好,因此對于柔性傳感針織物的設(shè)計在滿足靈敏度的要求下,可以考慮羅紋結(jié)構(gòu),以便減少信號監(jiān)測誤