[发明专利]一种柔性应变传感机织物及其制作工艺

说明书

本发明公开了一种柔性应变传感机织物及其制作工艺，所述柔性应变传感机织物包括非导电弹性机织物和弹性导电纱线，所述弹性导电纱线作为浮纹纱线固结在非导电弹性机织物表面形成浮纹图案，所述弹性导电纱线的两端设有用于电连接的接头和引线。本发明提供的柔性应变传感机织物，结构简单、柔软性好、舒适性高、可水洗、可实现连续生产，具有全方向上的应变传感功能，机织物的灵敏度高且稳定性好，在智能纺织品领域有很好的应用前景，适用性广；另外，本发明还具有制作工艺简单、使用方便、应变传感织物表面图案可设计，具有美观性等优点，具有极强的实用价值，值得广泛推广应用，相对于现有技术，具有显著性进步。

技术领域

本发明涉及一种织物及其制作工艺，具体涉及一种柔性应变传感机织物及其制作工艺，属于纺织技术领域。

背景技术

随着社会的发展，纺织品在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色，出现了许多功能化的纺织品。如防水透湿纺织品，可以改善织物舒适性、减少环境污染；阻燃纺织品，可用于消防；还有抗紫外线纺织品，电磁屏蔽纺织品等。智能纺织品也越来越受到国内外研究学者的关注，其可用于医疗监测、健康监测、娱乐等领域。

应变传感器是测量物体受力变形所产生应变的一类传感器，与传统采用刚性材料制成的传感器不同，柔性应变传感器由于采用柔性材料制成，具有柔韧性好，可自由弯曲甚至折叠的特性，具有更广泛的应用前景。随着新型材料和智能材料研究，国内外研究人员对普通电阻应变传感器基底材料进行改进，在非导电高分子材料中添加导电介质或将导电聚合物涂覆在柔性基底上以获得具有应变敏感性的柔性应变传感器(例如：CN200910137579.5、CN201410825934.9等)。目前已经有相关报道将柔性应变传感器应用于纺织品上以制备出可以实时监测穿着者的肢体活动以及呼吸信息或心率信息等信息的智能纺织品。但是些导电基体或导电聚合物应用于纺织品时缺乏了纺织品应有的柔软舒适感。

将导电纱线用于织物中制造柔性织物应变传感器可将传感原件与织物结构更好地融合成有机整体。相关报道有很多，其原理是在织物受力拉伸过程中，组成织物的导电纱线间距增大，从而使导电纱线之间的接触电阻增大，实现电阻式应变传感。目前采用的导电纤维多为钢丝、银等金属导电纤维或金属导电纤维和服用纤维的混纺纤维，这类方法获得的织物在舒适性和透气性能方面仍有待改进。

碳纳米管(CNT)具有优异的力学、电学和化学性能，碳纳米管理论的杨氏模量约为1TPa，拉伸强度约100GPa；碳纳米管实验所得杨氏模量和拉伸强度分别为0.8TPa和60GPa；碳纳米管还有很高的电流密度，变化范围很广的电导率(200-109S/cm)；除此之外碳纳米管还有很好的压阻性能，当碳纳米管受到拉力作用时，其电阻会发生变化。上述优良性能使得碳纳米管成为新一代的应变传感材料应用于智能纺织品。由于碳纳米管的纳米尺寸，其在实际应用中受到很大的挑战，为了拓展碳纳米管的应用，碳纳米管宏观集合体的制备显得很有必要。碳纳米管纱线是由相互交错的碳纳米管组装并连接而形成的微米级纤维材料，近年来人们采用湿法纺丝、气相沉积法等方法将碳纳米管制作成碳纳米管纱线。碳纳米管纱线具有良好的柔性和导电性能，将其织入织物中，通过织物受力拉伸使组成织物的碳纳米管纱线受力拉伸产生电阻变化，可实现电阻式应变传感，因此，碳纳米管纱线在可穿戴电子产品及智能纺织品领域有很好的应用前景。中国专利200610147211中将具有信息感知与传输双重功能的导电纤维即碳纳米管改性聚氨酯纤维作为纬纱织入织物中，形成柔性的传感织物，但是该方法要求纬纱贯穿织物幅宽方向，且需保持连续性，传感织物在经纱方向不可裁剪；同时还要求导电纤维之间用绝缘纱线相间隔开，仅利用导电纤维的信息感知功能实现应变传感；此外，该方法中所用到的的导电纤维电阻较高，电阻率为10⁸Ω·cm，使得织物的灵敏性较低。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种柔性应变传感机织物及其制作工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：