CN105568503B - 水滴传感器织物及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水滴传感器织物，能实现大面积、形状不规则场合下的水滴有无检测。织物包括经纱和纬纱，经纱采用不导电化纤复丝和导电丝两种纱线，导电丝布置在左右两侧布边位置，不导电化纤复丝布置在布身；纬纱采用不导电化纤复丝和导电复丝两种纱线，不导电化纤复丝作为主要纱线与两种经纱交织形成织物主体，导电复丝作为功能纱线，沿经纱方向间隔一定距离布置，且交替的在接近左右侧布边处断开一定距离。本发明同时提供了该水滴传感器织物的生产方法，主要包括加放衬垫纱、穿综与穿筘、织造、剪纱四个步骤，衬垫纱加放后与穿综与穿筘、织造方法配合，使得剪纱时顺着衬垫纱剪即可，快速高效，可规模化生产。

Description

水滴传感器织物及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种织物及其生产方法，特别是一种水滴传感器织物及其生产方法，属于纺织技术与传感器技术领域。

背景技术

目前，市场上已有一些小型水滴传感器，可应用于智能窗帘、汽车雨刷器以及其他需要检测有无水滴的场合。这类水滴传感器一般是在一块微小电路板上镀上两个栅状电极而成，利用水的导电性工作，其性能稳定，能满足一般场合使用要求。但这类水滴传感器的缺点也很明显：只能实现小面积、固定位置的检测，对于一些重要场合并不适用。如现代化的机房由于集中装有众多服务器、工作站等重要信息设备，需要对温度和湿度严格控制，大多数机房装有精密空调系统。此时，防水的对象是位置并不确定的凝结水，非大面积检测不能实现。再如，医疗领域内，需要随时监测危重病人的血液外渗或排汗排尿情况，不但需要大面积的水滴传感器，还需要其是柔性的。

为此，国内外出现了一些新型基于纺织品的水滴传感器。专利“基于分压补偿的传感电缆泄漏检测精确定位方法”（申请号201210285876.6）提及了一种缆绳状水滴传感器，遇水后缆绳上的填充物质发生膨胀变形，接通缆绳上的两根导电线，从而感应出液态水的存在。这种传感器缆绳虽然是柔性的，但缺点是不能大面积使用。专利“湿度传感器及其管理系统”（申请号200880012439.9）提供一种湿度传感器，包括两个电极板和处于其间的用于吸收湿气的吸收层等，通过实时检测所述电极板之间的电容变化和电阻变化而测量湿度，其一个或两个电极板可以是织物，但这里织物主要充当两块极板，中间还有吸收层，造成传感器有一定厚度，不利其大面积使用。专利“具有湿度传感器的针织品”（申请号201010610780.3）提供一种具有湿度传感器的针织品，采取栅状电极结构，利用纱线遇水导电性变化来检测有无水滴。这种水滴传感器织物采用针织结构，适合作内衣，由于针织物的保形性、牢固性较差，不适合工业场合使用。

因此，研究制作一种牢固可靠、反应迅速、使用方便的传感器织物，可用于大到机房、仓库凝结水、漏水的检测，小到婴儿、病人血液外渗、汗液尿液检测，市场前景广泛。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种水滴传感器织物及其生产方法。

本发明提供的技术方案是：经纱采用不导电化纤复丝和导电丝两种纱线，导电丝布置在左右两侧布边位置，不导电化纤复丝布置在布身；纬纱采用不导电化纤复丝和导电复丝两种纱线，不导电化纤复丝作为主要纱线与两种经纱交织形成织物主体，导电复丝作为功能纱线，沿经纱方向间隔一定距离布置，且交替的在接近左右侧布边处断开一定距离。

为了获得上述水滴传感器织物，本发明提供了一种对应的生产方法，其包括以下步骤：

(1) 加放衬垫纱：整经时或上机时加放衬垫纱，衬垫纱加放的位置在于左右两侧需要纬纱需要断开处。

(2) 穿综与穿筘：左右两侧的衬垫纱各穿入单独的一片综框，但穿筘时不单独占用一个筘齿，而与该位置邻近的经纱穿入同一筘。

(3) 织造：织入不导电纬纱时，经纬纱按照平纹组织交织，但衬垫纱始终位于这些纬纱上面，亦即浮于织物表面；织入导电纬纱时，左或右一侧不需要断开的纬纱仍按照平纹组织规律与经纱交织，同时该侧衬垫纱仍位于纬纱上面，另一侧需要断开的那部分纬纱连续浮于经纱上面，形成小段纬浮长，此时衬垫纱位于该部分纬纱下面。

(4) 剪纱：织造完成下机后，沿着左右衬垫纱并提起它，再剪去压在它上面的那部分连续浮于经纱上面的导电纬纱。

对于本发明提供的水滴传感器织物，考虑到水滴落于布面时形成的浸润面大小，并从节省材料起见，本发明中导电纬纱沿经纱方向间隔布置时，彼此间距离优选为2～10mm。

对于本发明提供的水滴传感器织物，为不破坏织物的结构和不增加剪纱的难度起见，本发明中，导电纬纱在接近一侧布边处断开的距离优选为1～5mm。

对于本发明提供的水滴传感器织物，导电纬纱的主要作用是充分与经纱接触并传导电流，是不良导电体对良好导电体的接触。因此，本发明中的导电纬纱采用的导电复丝为镀有金属的化纤复丝或多股金属丝。

对于本发明提供的水滴传感器织物，导电经纱的主要作用是与导电纬纱接触并传导电流，是良好导电体对良好导电体的接触。因此，本发明中，经纱采用的导电丝优选为镀有金属的化纤复丝、镀有金属的化纤单丝、多股金属丝、单股金属丝中的一种或其与普通纱线并捻而成的包缠纱。

本发明所述水滴传感器织物使用时，只要用普通的鳄鱼夹夹住两侧布边，通上低压电即可。正常状态下，两侧布边不导通；当水滴滴落或沾附于织物布身时，水的导电性将使得相邻的导电纬纱导通，两侧布边彼此间也随之导通。

采用本发明的有益之处是：首先，本发明实现了大面积、水滴少且位置不确定情况下的检测；其次，本发明具备织物的柔性，能适应各种不同形状和环境；再次，本发明反应迅速、牢固可靠。本发明提供的生产方法能在现有织机上织造，且剪纱方便，适合规模化生产。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明水滴传感器织物的结构示意图。

图2是本发明水滴传感器织物的生产时未剪纱时半成品的结构示意图。

图3和图4是本发明水滴传感器织物的生产时未剪纱时半成品的不同位置的剖视图。

图5是本发明水滴传感器织物的生产时的上机图，其中“2×n”的“2”及指代图1～4中的对应纱线，“×n”意为其循环次数，“1×m”类同。

具体实施方式

图1中，水滴传感器织物由不导电经纱1、导电经纱2、不导电纬纱3和导电纬纱4组成，导电经纱2布置在左右两侧布边位置，不导电经纱1布置在布身；不导电纬纱3作为主要纱线与两种经纱交织形成织物主体，导电纬纱4作为功能纱线，沿经纱方向间隔一定距离布置，且交替的在接近左右侧布边处断开一定距离，从而形成栅状电极。

图1展示了水滴传感器织物的基本结构与原理，但纺织纱线种类众多，不导电纱线和导电纱线究竟采用何种纱线才能使其性能可靠、反应迅速，则需结合实验进一步优选。

首先需要选取合适的不导电纱线。目前传统纱线如棉毛丝麻和各式常用化纤均为不导电纱线，这种情况下选择纱线的主要因素是吸水后的导电性以及吸水的快慢，次要因素是成本。为此，本发明实施时比较了化纤复丝和纯棉单纱两种纱线遇水的导电性，实验方法是采用万用表测试1cm长两种纱线遇水后的导电性，其中化纤复丝采用75D/48F的涤纶网络丝，棉纱为C40S纯棉纱。实验结果如表1和表2所示。通过比较发现，虽然常态下涤纶网络丝的电阻大于纯棉纱，但遇水后涤纶网络丝的电阻小于纯棉纱，即遇水后的涤纶网络丝导电性优于纯棉纱。

表1涤纶网络丝遇水电阻变化情况（单位：MΩ）

表2纯棉纱遇水电阻变化情况（单位：MΩ）

此外，考虑到传感器应具有较快的响应速度，本发明还通过实验比较了不同纱线及其形成织物吸水的快慢。实验对象仍为上述的涤纶网络丝与纯棉纱，实验方法是滴管滴下有色墨水后进行观察，结果证实吸水速度上涤纶网络丝快于纯棉纱。实验继续比较了同种情况下，经纬均为涤纶网络丝、经为纯棉纱纬为涤纶网络丝、经纬均为纯棉纱三种织物的吸水速度，结果为：经纬均为涤纶网络丝＞经为纯棉纱纬为涤纶网络丝＞经纬均为纯棉纱。实验还发现经纱为纯棉纱纬纱为涤纶网络丝吸水后印迹为扁平形，其他二者为圆形，更印证了吸水速度上涤纶网络丝快于纯棉纱。究其原因，虽然棉纤维吸湿性优于涤纶，但是棉纱是棉纤维加捻而来的，结构紧密，液态水难以进入，而涤纶网络丝是多股涤纶长丝并合在一起，结构疏松，遇液态水容易形成芯吸效应。最后，成本方面，化纤远低于纯棉。

综合以上各因素，本发明不导电经纬纱均采用化纤复丝，本实施例的不导电经纱1和不导电纬纱3均选择75D/48F涤纶网络丝。

选定不导电纱后，需要选择导电纱线。导电纱线的选取更加重要，从使用角度看，遇水前水滴传感器织物电阻越大越好，遇水后电阻越小越好。目前纺织常用的导电纱线主要有：金属长丝、多股金属长丝、金属短纤与棉等混纺纱、外镀金属的化纤单丝、外镀金属的化纤复丝或其上任一种与常用纱线并捻成的包缠纱。本发明首先选用了68D不锈钢长丝、32S不锈钢混纺纱（30%不锈钢纤维/70%涤纶）和70D/36F镀银长丝分别作为导电纬纱4，考虑到可织性选用了镀银长丝作为导电经纱2，不导电经纬纱均使用上述75D/48F涤纶网络丝，织成10cm×10cm的样品后，滴水并测量电阻，试验结果如表3所示：

表3 不同导电纱作为纬纱时织物遇水电阻变化情况（单位：MΩ）

由试验结果可知，导电纬纱4不适合采用不锈钢长丝和不锈钢混纺纱。不适合采用不锈钢混纺纱的原因是其本身电阻较大，达到了每厘米千欧以上，加之不锈钢短纤维在纱线内并不连续，并不一定在与经纱接触处外露，加大了与潮湿经纱的接触电阻。不适合采用不锈长丝的原因是其刚性较大，并不能与经纱很好的接触，加之其系单根，电阻更大。因此，在导电纬纱4的选材方面，应选择导电复丝或多股金属丝，以期获得较大的接触电阻。本实施例导电纬纱4选用70D/36F的镀银长丝。

在导电经纱2的选材方面，由于导电经纱的主要作用是与导电纬纱接触并传导电流，是良好导电体对良好导电体的接触，因此选材可以为镀有金属的化纤复丝、镀有金属的化纤单丝、多股金属丝、单股金属丝中的一种或其与普通纱线并捻而成的包缠纱。本实施例同时比较了70D/36F镀银长丝及其与150D涤纶长丝形成的包缠纱的使用效果，结果如表4，可见其对织物遇水导电性影响不大，印证了导电经纱2的选材方法。

表4 不同导电纱作为经纱时织物遇水电阻变化情况（单位：MΩ）

经过上述的实验，本实施例最终的水滴传感器织物规格为：织物组织，平纹；经纱，75D/48F涤纶网络丝、70D/36F镀银长丝两种，其中70D/36F镀银长丝共48根，分布在两侧作为边纱；纬纱，75D/48F涤纶网络丝、70D/36F镀银长丝两种；经密，283根/10cm；纬密，220根/10cm。在实验中还发现，水滴落在织物表面一般能形成2cm左右的浸润面，因而相邻导电纬纱的间距控制在1cm以下为佳，本实施例相邻的两根导电纬纱4的间距为6mm，即需要每隔13根引入一根70D/36F镀银长丝，计算方法为13≈220/100*6。要形成栅状电极，每根导电纬纱4要在接近布边的导电经纱处断开一定距离，为不破坏织物的结构和不增加剪纱的难度起见，断开的距离为1～5mm为佳，本实施例将导电纬纱4剪去1mm长度，即需要断开3根经纱距离，计算方法为3≈283/100*1。

本实施例的水滴传感器织物由于是机织物，其结构牢固；由于采用了化纤复丝，其吸水快，反应迅速，而且成本较低；由于采用镀银长丝复丝，导电纱线间接触良好，电阻小，性能稳定。

上述的织物可在目前的织机上快速生产，难点在于剪去对应位置特定长度的纬纱，为了准确方便的在对应位置剪去对应长度的导电纬纱，便于规模化生产，本实施例采用如下的步骤进行生产：

(1) 加放衬垫纱。在整经时或上机时加放衬垫纱5-1和5-2，如图1和图2所示，衬垫纱加放的位置在于左右两侧纬纱需要断开处。本实施例中，衬垫纱5-1和5-2均选用140D锦纶缝纫线以与布面经纱区分开来。

(2) 穿综与穿筘。如图5所示，左右两侧的衬垫纱各穿入单独的一片综框，但穿筘时不单独占用一个筘齿，而与该位置邻近的经纱穿入同一筘。

(3) 织造。如图3或图4所示，织入不导电纬纱3时，经纬纱按照平纹组织交织，但衬垫纱5-1和5-2始终位于不导电纬纱3上面。如图3所示，织入图2中AA’处导电纬纱4时，左侧需要断开的那部分纬纱连续浮于三根经纱上面，形成小段纬浮长，此时衬垫纱5-1位于该部分纬纱下面，右侧不需要断开的纬纱仍按照平纹组织规律与经纱交织，同时该侧衬垫纱5-2仍位于纬纱上面。如图4所示，织入图2中BB’处导电纬纱4时，过程同上，但左右侧交织规律互换。织造得到的织物布面结构如图2所示，织造所依据的上机图如图5所示。

(4) 剪纱。织造完成下机后，沿着左右衬垫纱5-1和5-2并提起它，再剪去压在它上面的那部分导电纬纱。剪完后，衬垫纱5-1和5-2自然落下，所得织物布面结构如图1所示。

通过以上的方法，剪纱时顺着衬垫纱剪即可，快速高效，可规模化生产。

以上实施例仅是对本发明的参考说明，并不构成对本发明内容的任何限制，显然在本发明的思想下，可做出不同形式的结构变更，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (6)

1.一种水滴传感器织物，包括垂直相交的经纱和纬纱，其特征是：经纱采用不导电化纤复丝和导电丝两种纱线，导电丝布置在左右两侧布边位置，不导电化纤复丝布置在布身；纬纱采用不导电化纤复丝和导电复丝两种纱线，不导电化纤复丝作为主要纱线与两种经纱交织形成织物主体，导电复丝作为功能纱线，沿经纱方向间隔一定距离布置，且交替的在接近左右侧布边处断开一定距离。

2.如权利要求1所述的水滴传感器织物，其特征是：导电纬纱沿经纱方向间隔布置时，彼此间距离为2～10mm。

3.如权利要求1所述的水滴传感器织物，其特征是：导电纬纱在接近一侧布边处断开的距离为1～5mm。

4.如权利要求1所述的水滴传感器织物，其特征是：纬纱采用的导电复丝为镀有金属的化纤复丝或多股金属丝。

5.如权利要求1所述的水滴传感器织物，其特征是：经纱采用的导电丝为镀有金属的化纤复丝、镀有金属的化纤单丝、多股金属丝、单股金属丝中的一种或其与普通纱线并捻而成的包缠纱。

6.一种生产制造权利要求1所述水滴传感器织物的生产方法，其特征是包括以下步骤：

加放衬垫纱：整经时或上机时加放衬垫纱，衬垫纱加放的位置在于左右两侧纬纱需要断开处；

穿综与穿筘：左右两侧的衬垫纱各穿入单独的一片综框，但穿筘时不单独占用一个筘齿，而与该位置邻近的经纱穿入同一筘；

织造：织入不导电纬纱时，经纬纱按照平纹组织交织，但衬垫纱始终位于这些纬纱上面，亦即浮于织物表面；织入导电纬纱时，左或右一侧不需要断开的纬纱仍按照平纹组织规律与经纱交织，同时该侧衬垫纱仍位于纬纱上面，另一侧需要断开的那部分纬纱连续浮于经纱上面，形成小段纬浮长，此时衬垫纱位于该部分纬纱下面；

剪纱：织造完成下机后，沿着左右衬垫纱并提起它，再剪去压在它上面的那部分连续浮于经纱上面的导电纬纱。