CN105734806A - 一种低松弛低迟滞传感器用弹性织物及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低松弛低迟滞传感器用弹性织物及其制造方法;所述弹性织物由弹性纱线和非弹性纱线组合加工而成;其中,所述弹性纱线可采用氨纶长丝、橡胶长丝或聚烯烃纤维长丝,所述非弹性纱线可采用醋酯纤维长丝或其短纤纱、锦纶、涤纶、芳纶、聚酰亚胺。本发明根据织物传感器的特点和可穿戴特性而设计,能够满足织物传感器对织物基底材料的机械性能要求,从而提高织物传感器的测量范围、灵敏度、线性度、响应速率和耐疲劳特性,并可降低测试误差和迟滞特性。

Description

一种低松弛低迟滞传感器用弹性织物及其制造方法
技术领域
本发明属于纺织和智能穿戴的结合领域,具体涉及具有低松弛(relaxation)和低迟滞(hysteresis)特性的传感器用弹性织物及其制备方法。
背景技术
传感器是一种能够将被测量信号,按一定规律转换为电信号的检测装置,一般包括敏感元件和转换元件。柔性织物传感器是近年来开发出的一种新型传感器,以织物为基底设计成的可穿戴传感器,可广泛用于近年来流行的可穿戴电子设备,可用于测量传统传感器无法工作的大范围应变,如美国专利(US8191433)和中国专利(CN101598529)中公开的一种柔性织物应变传感器。
作为柔性织物传感器,织物基底是该类型传感器敏感元件的关键组成部分,能够将所受的拉力转化为织物的变形,然后再转换为传感器能够检测到的各种信号。织物材料的力学特性决定了柔性织物传感器的使用性能,织物材料的服用特性也赋予了柔性织物传感器良好的可穿戴特性。该类型传感器的静态特性和动态特性都需要织物基底材料特定的力学性能来支持配合,如织物的弹性伸长和回复特性影响该类传感器可以测量的应变量程、灵敏度和重复性,织物的松弛和蠕变特性对传感器的重复性、耐疲劳特性和引用误差有决定性影响,织物的应力与应变的关系与传感器的线性度、迟滞特性和抗干扰能力有高度的相关性,织物力学性能的时间依赖性也影响着传感器阶跃信号响应特性和频率信号响应特性。
然而,现在市场上的织物材料主要由服用、装饰用和产业用三大类构成。服用织物都是根据服用穿着特性而设计和生产的,能够满足人们的服用要求,但无法满足新型柔性织物传感器对织物基底材料所提出的更高要求;装饰用纺织品侧重于外观装饰效果,基本不具备可穿戴特性和良好的机械性能;产业用纺织品虽然可能具有良好的机械性能,却不具备服用性能。因此,市面上的织物材料限制了柔性织物传感器的使用性能和应用范围。
发明内容
针对服用织物材料在传感器应用方面的不足与缺点,本发明的目的在于提供一种具有低松弛和低迟滞特性的传感器用弹性织物及其制备工艺。
为了解决以上技术问题,本发明采用的技术方案如下:
一种低松弛和低迟滞传感器用弹性织物,其为由弹性纱线和非弹性纱线组合加工而成的组合结构;
其中,所述弹性纱线采用氨纶长丝、橡胶长丝或聚烯烃纤维长丝,所述非弹性纱线采用醋酯纤维长丝或其短纤纱、锦纶、涤纶、芳纶、聚酰亚胺。
其中,所述组合加工结构可以采用针织物结构或机织物结构。
其中,所述针织物结构采用的织物组织是添纱组织结构,以弹性纱线为地纱,非弹性纱线为添纱,非弹性纱线位于织物的外部,弹性纱线位于织物的内部。
其中,所述机织物结构以弹性纱线和非弹性纱组合而成的包芯纱、包覆纱或合捻纱为经纬纱,可以采用平纹、斜纹或缎纹结构。
作为优选,所述针织物由氨纶长丝和锦纶长丝使用针织圆纬机加工而成,采用针织物结构,组织结构选择添纱平纹组织,20-40旦尼尔的氨纶长丝作为地纱,50-100旦尼尔的锦纶长丝作为添纱。
作为优选,所述机织物由锦纶长丝和氨纶包覆纱使用剑杆织机加工而成,50-150旦尼尔的锦纶长丝作为经纱,50-100旦尼尔的锦纶长丝和20-40旦尼尔的氨纶长丝包覆纱作为纬纱,包覆纱的氨纶牵伸比在2-3.5,组织结构选择平纹组织结构。
一种低松弛低迟滞传感器用弹性织物的制备方法,包括以下步骤:织造准备→织造→验布→预定型→精炼和染色→烘干→定型;
所述织造准备包括:按需要卷绕非弹性筒子纱,采用筒子纱卷绕机;机织织物的经纱需经过整经和上浆加工。
所述织造步骤包括:将弹性纱线和非弹性纱线按照选择的组织结构上机织造;针织物结构采用弹性纱线为地纱非弹性纱为面纱的添纱组织结构,弹性纱线的牵伸比控制在2.0-3.5,加工设备采用21-40G的针织圆纬机;机织物结构采用包芯纱、包覆纱或合捻纱为纬纱,非弹性纱线为经纱,加工设备采用适用于弹性纱加工的剑杆织机;
所述预定型步骤包括:采用拉幅定型机进行预定型加工,优选加工温度150-200℃,优选定型时间60-95秒;
所述精炼和染色步骤包括:精炼加工温度控制在90-98℃,防止温度过高影响织物的色泽,碱剂浓度2-5g/L,精炼剂浓度2-10g/L;染色温度根据采用的纱线成分进行合理控制,温度不高于125℃,pH值4-6;染色设备采用绳状溢流染色机。
所述定型步骤包括:成品的最后一道工序为定型整理,定型温度150-180℃,定型时间60-95秒,加工设备为拉幅定型机。
相对于现有技术,本发明具有以下优点:
本发明所述加工工艺包括两次热定型加工,通过预定型和成品定型使弹性纱线在织物内部充分定型和粘结,赋予织物良好的弹性和耐松弛性能。
所述织物的根据FZ/T70006-2004标准,所述弹性织物的3.5N定力伸长率为均为80%以上,拉伸弹性回复率90%以上,塑性变形率在低于3%,应力松弛率小于5%,40%定力伸长力小于3N,加载和卸载迟滞率均小于5%。
本发明根据织物传感器的特点和可穿戴特性而设计,能够满足织物传感器对织物基底材料的要求,提高织物传感器的可测量量程、灵敏度、线性度和耐疲劳特性,降低测试误差、松弛和迟滞特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明优选实施例一之提供的针织物结构的弹性织物的放大示意图;
图2是本发明实施例一之提供的针织物结构的添纱织法示意图;
图3是图1所示的针织物结构的弹性织物中,弹性纱线在织物中的网状结构;
图4是图1所示弹性织物在拉伸状态下的应力松弛曲线图;
图5是图1所示弹性织物拉伸时加载与卸载曲线之间的迟滞现象。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
请参阅图1至图5,本实施例提供一种传感器用低松弛低迟滞弹性针织布,使用针织圆纬机加工而成,织物组织采用氨纶添纱平纹。以氨纶为地纱,即图1中,黑色线1是作为弹性纱线的氨纶长丝;锦纶长丝为添纱,即图1中,白色线2是作为非弹性纱线的锦纶长丝;锦纶长丝2位于织物的表面,氨纶长丝1位于织物的内部。其中,锦纶长丝2线密度70D,氨纶长丝1线密度40D(锦纶长丝2选用Tactel锦纶长丝,氨纶长丝1选用Lycra氨纶长丝);纤维成分为锦纶重量百分比83%,氨纶重量百分比17%;织物的平方米克重为200g/m2,织物幅宽135cm,厚度0.48mm。
本实施例之弹性针织布的制备工艺包括以下步骤:
织造准备→织造(针织圆纬机)→开幅和验布→预定型→前处理和染色→定型。
织造准备:按需要卷绕非弹性筒子纱,采用筒子纱卷绕机;
织造:按照氨纶添纱平纹的结构,采用针织圆纬机,将锦纶长丝2与氨纶长丝1组合加工成胚布,氨纶牵伸比为2.5;
预定型:加工温度160-200℃,氨纶长丝1在织物内充分定型和粘结,赋予织物良好的弹性回复性能和耐蠕变性能。
前处理和染色:精炼加工温度控制在98℃,防止温度过高影响织物的色泽,碱剂浓度2-5g/L,精炼剂浓度2-10g/L;染色温度根据采用的纱线成分进行合理控制,温度不高于125℃,PH值4-6;染色设备采用绳状溢流染色机;
定型:定型温度150-180℃,控制幅宽和克重,保证织物具有良好的尺寸稳定性。
实施例二
本发明不限于以上实施方式,本实施例提供一种传感器用低松弛低迟滞弹性机织布,使用适用弹性纱线加工的剑杆织机加工而成,织物组织采用纬向弹力平纹组织,100旦尼尔的锦纶长丝作为经纱,100旦尼尔的锦纶长丝和40旦尼尔的氨纶长丝包覆纱作为纬纱,包覆纱的氨纶牵伸比在3.5。
本实施例之弹性针织布的制备工艺包括以下步骤:
织造准备→织造→验布→预定型→前处理和染色→定型。
织造准备:按需要卷绕弹性纱作为纬纱,经纱需经过整经和上浆加工;
织造:按照纬向加弹平纹组织的结构,100旦尼尔的锦纶长丝作为经纱,100旦尼尔的锦纶长丝包覆40旦尼尔的氨纶长丝包覆纱作为纬纱,将锦纶长丝与氨纶长丝组合加工成胚布,设备选择适用弹性纱线加工的剑杆织机;
预定型:加工温度160-200℃,氨纶长丝在织物内充分定型和粘结,赋予织物良好的弹性回复性能和耐蠕变性能。
前处理和染色:精炼加工温度控制在98℃,防止温度过高影响织物的色泽,碱剂浓度2-5g/L,精炼剂浓度2-10g/L;染色温度根据采用的纱线成分进行合理控制,温度不高于125℃,PH值4-6;染色设备采用绳状溢流染色机;
定型:定型温度150-180℃,控制幅宽和克重,保证织物具有良好的尺寸稳定性。
以上是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低松弛低迟滞传感器用弹性织物,其特征在于:
其为由弹性纱线和非弹性纱线组合加工而成的组合结构;
其中,所述弹性纱线可采用氨纶长丝、橡胶长丝或聚烯烃纤维长丝,所述非弹性纱线可采用醋酯纤维长丝或其短纤纱、锦纶、涤纶。
2.根据权利要求1所述的弹性织物,其特征在于:所述组合结构可以采用针织物结构或机织物结构。
3.根据权利要求2所述的针织物结构,其特征在于:所述针织物结构采用的织物组织是添纱组织结构,以弹性纱线为地纱,非弹性纱线为添纱;非弹性纱线位于织物的外部,弹性纱线位于织物的内部。
4.根据权利要求2所述的机织物结构,其特征在于:所述机织物结构以弹性纱线和非弹性纱组合而成的包芯纱、包覆纱或合捻纱为经纬纱,可以采用平纹、斜纹或缎纹结构。
5.根据权利要求3所述的针织物结构,其特征在于:所述织物由氨纶长丝和锦纶长丝使用针织圆纬机加工而成,采用针织物结构,组织结构选择添纱平纹组织。
6.根据权利要求4所述的弹性机织物,其特征在于:所述机织物由锦纶长丝和氨纶包覆纱使用剑杆织机加工而成,以锦纶长丝作为经纱,锦纶长丝包覆氨纶长丝包覆纱作为纬纱,组织结构选择平纹组织结构。
7.一种低松弛低迟滞传感器用弹性织物的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:织造准备→织造→验布→预定型→精炼和染色→烘干→定型;
所述织造步骤包括:将弹性纱线和非弹性纱线按照选择的组织结构上机织造;
所述预定型步骤包括:采用拉幅定型机进行预定型加工;
所述精炼和染色步骤包括:精炼加工温度控制在90-98℃,采用的碱剂浓度2-5g/L,采用的精炼剂浓度2-10g/L。
所述定型步骤包括:成品的最后一道工序为定型整理,定型温度150-180℃,定型时间60-95秒,加工设备为拉幅定型机。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述织造步骤具体为:针织物结构采用弹性纱线为地纱、非弹性纱为面纱的添纱组织结构,弹性纱线的牵伸比控制在2.0-3.5,加工设备采用21-40G的针织圆纬机;机织物结构采用包芯纱、包覆纱或合捻纱为纬纱,非弹性纱线为经纱,加工设备采用适用于弹性纱加工的剑杆织机。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述预定型步骤具体为:加工温度150-200℃,定型时间60-95秒。
10.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述精炼和染色步骤具体为:精炼加工温度控制在90-98℃,防止温度过高影响织物的色泽,碱剂浓度2-5g/L,精炼剂浓度2-10g/L;染色温度根据采用的纱线成分进行合理控制,温度不高于125℃,pH值在4-6之间;采用绳状溢流染色机。
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