李佳樂，王花娥，陳 力，于曉輝，劉玉珂，周舒怡

（嘉興學(xué)院 設(shè)計(jì)學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

目前，隨著自監(jiān)測、自檢測、自調(diào)整和自恢復(fù)概念的不斷深入[1]，可穿戴智能紡織品的研究迅速發(fā)展。由于人們對各項(xiàng)生理參數(shù)精確度及穿著舒適性的重視，柔性織物傳感器應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的硬件傳感器相比，柔性織物傳感器具有手感柔軟、可拉伸、可彎曲等明顯優(yōu)勢[2]，大幅度減小了傳統(tǒng)傳感器敏感度低、硬度大、體積大、檢測范圍較小等不足[3]。針織物因其柔軟、延伸性好、穿著舒適等優(yōu)勢成為智能可穿戴設(shè)備中各類電子元件的良好載體[4]。

針織傳感器可分為緯編織物和經(jīng)編織物兩種，目前研究大多采用緯編技術(shù)編織[5,6]。相關(guān)研究表明，不同的紗線原料、不同的拉伸方向、不同的尺寸等都與織物傳感器性能密切相關(guān)[7]，將導(dǎo)電紗線與氨綸彈性紗、滌綸等并線編織，可以得到較高靈敏度的柔性織物傳感器，同時(shí)還可以在很大程度上改善其機(jī)械性損傷、穩(wěn)定性差等問題[8,9]。為探索織物寬度與基底組織原料對導(dǎo)電織物電阻的影響，本文以滌綸/石墨烯纖維長絲為導(dǎo)電原料，采用不同的滌綸長絲作為基底紗線，在電腦橫機(jī)上編織1+1 羅紋導(dǎo)電織物，用數(shù)字萬用表測試其靜態(tài)電阻，分析導(dǎo)電織物寬度及基底組織原料對其靜態(tài)電阻的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

滌綸/石墨烯纖維長絲（由諸暨金生康紡織科技有限公司生產(chǎn)），全拉伸絲（FDY），線密度為80D/36F，電阻率為2.2×104Ω·mm；滌綸纖維長絲（由市場購得），一種為拉伸變形絲（DTY），一種為全拉伸絲（FDY），線密度均為83D/24F。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

CMS530 HP E7.2 電腦橫機(jī)（德國斯托爾公司），UT61E+數(shù)字萬用表（優(yōu)利德科技（中國）股份有限公司），電腦。

1.3 試樣制備

實(shí)驗(yàn)將6 根石墨烯/滌綸纖維導(dǎo)電紗線與8根滌綸纖維長絲并線，采用3 種編織密度，在電腦橫機(jī)上編織1+1 羅紋組織，共制備6 種試樣。試樣尺寸為橫向20 cm，縱向5cm，中間20 行約2～2.5cm 左右用石墨烯/滌綸纖維導(dǎo)電紗線與滌綸長絲并線編織，其余部分由滌綸長絲編織。試樣結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1 所示。表1 中，NP 值是一個(gè)無量綱，表示織針彎紗深度，NP 值越大，彎紗深度越深，織物線圈長度越大，密度越小。

表1 試樣結(jié)構(gòu)參數(shù)表

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)在溫度為（20±2）℃，相對濕度為（65±3）%的室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行。沿織物縱行方向距試樣一端2cm 處劃線，作為夾持部分；自劃線處開始沿著織物橫列方向量取6 cm作為測試部分，中間每間隔0.5 cm 畫一個(gè)標(biāo)記線。取一塊表面平整光滑的木板，在其一端裝一夾布夾作為固定夾，用絕緣膠帶將薄銅片粘貼在固定夾內(nèi)側(cè)，木板上從固定夾夾線開始，每間隔0.5 cm 畫一條標(biāo)記線，以與試樣上的標(biāo)記線對應(yīng)；另取一夾布夾（內(nèi)側(cè)也粘貼由薄銅片）作為活動夾，夾在試樣的標(biāo)記線位置上。用數(shù)字萬用表夾頭夾住試樣兩端的銅片，連接電腦測試試樣的靜態(tài)電阻。為減小測試誤差，等到讀數(shù)表讀數(shù)穩(wěn)定后，讀取最后30 組數(shù)據(jù)，取其平均值作為織物靜止?fàn)顟B(tài)下的電阻。更換測量點(diǎn)，進(jìn)行重復(fù)操作。測量示意圖如圖1 所示。

圖1 測量示意圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試樣寬度對織物電阻的影響

對于導(dǎo)電織物來說，織物電阻大小不僅和織物密度有關(guān)，還與織物的尺寸有關(guān)。圖2 為試樣電阻隨著試樣寬度的變化關(guān)系。從圖2 中可以看出，試樣基底組織無論是滌綸DTY 還是FDY 原料，密度相同時(shí)，織物電阻均隨著試樣寬度的增大而增大；寬度相同時(shí)，織物電阻均隨著密度的增大而增大。造成這一現(xiàn)象的原因可能是：在織物密度一定的條件下，沿著織物橫列方向，織物電阻相當(dāng)于串聯(lián)電阻，織物的寬度增大，電阻串聯(lián)數(shù)增多，則累計(jì)總電阻越大，使得織物電阻增大；靜止?fàn)顟B(tài)下，相同寬度的導(dǎo)電織物，一方面密度越大，織物在橫列方向所含線圈數(shù)越多，織物的電阻也就越大，另一方面，密度增大，織物中導(dǎo)電紗線之間接觸點(diǎn)增多，接觸的面積增大，導(dǎo)電通路增加，使得織物電阻減小，在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，可能是織物電阻由于密度增加減小的程度小于其增加的程度，最終表現(xiàn)為織物電阻增加。

圖2 織物電阻隨著試樣寬度的變化關(guān)系

為進(jìn)一步量化織物電阻隨織物寬度的變化關(guān)系，對圖2 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如表2所示。表2 中，x 為測量寬度(cm)；y 為織物電阻(KΩ)。對擬合度的判定用相關(guān)系數(shù)R2，R2越趨向于1，則擬合方程的擬合度高。由表2 中可看出，無論是滌綸DTY 還是FDY 原料，R2都大于0.93，這表明6 組數(shù)據(jù)的擬合度都很高，且在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，織物密度越小，線性擬合度越高，織物導(dǎo)電性能越穩(wěn)定。

表2 不同試樣寬度與電阻關(guān)系的回歸方程

2.2 不同基底組織原料對織物電阻的影響

圖3 為NP=10.0 的情況下，兩種不同基底組織原料的織物電阻隨織物寬度的變化關(guān)系。從圖3 可以看出，在試樣寬度相同的條件下，以滌綸DTY為基底組織原料的織物電阻比以滌綸FDY 為基底組織原料的織物電阻大，且線性度更好。原因可能是：DTY 為拉伸變形絲，F(xiàn)DY 為全拉伸絲，DTY的彈性和延伸性比FDY 的好，在相同彎紗深度的情況下，由DTY 編織的線圈長度比由FDY 編織的線圈長度小，密度更大，織物更緊密，在相同寬度條件下，織物的電阻就越大；DTY 比FDY 的延伸性好、彈性大，使得織物的尺寸更穩(wěn)定，因而織物電阻隨著其寬度的變化關(guān)系也就更穩(wěn)定，線性度越好，這一點(diǎn)從表2 也可以得到相同的結(jié)論。

圖3 兩種不同基底組織原料的織物電阻隨織物寬度的變化關(guān)系（NP=10.0）

3 結(jié)論

為研究導(dǎo)電織物在不同寬度和不同基底組織原料情況下的靜態(tài)電阻，實(shí)驗(yàn)測量了2 種不同基底組織紗線和3 種不同密度的6 種試樣在不同寬度時(shí)的電阻，分析了織物寬度、密度、基地組織原料對織物靜態(tài)電阻的影響，結(jié)論如下：

（1）在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，編織密度相同時(shí)，無論基底組織采用哪種紗線編織，織物電阻都隨著其寬度的增大而增大，且兩者呈線性相關(guān)。

（2）在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，編織密度和織物寬度一定時(shí)，基底組織原料DTY 比FDY 電阻更穩(wěn)定。

（3）在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，織物寬度不變時(shí)，織物電阻隨著密度的增大而減小。