CN107142554A - 一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物 - Google Patents
一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107142554A CN107142554A CN201710505955.6A CN201710505955A CN107142554A CN 107142554 A CN107142554 A CN 107142554A CN 201710505955 A CN201710505955 A CN 201710505955A CN 107142554 A CN107142554 A CN 107142554A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure drag
- yarn
- sensor
- conductive
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 239000004744 fabric Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 22
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 17
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 19
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 10
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 10
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 6
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 6
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 4
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 45
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 18
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 5
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 4
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 3
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 2
- 241000676840 Elater Species 0.000 description 1
- 229920004933 Terylene® Polymers 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
- D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
- D01F8/14—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers with at least one polyester as constituent
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/28—Formation of filaments, threads, or the like while mixing different spinning solutions or melts during the spinning operation; Spinnerette packs therefor
- D01D5/30—Conjugate filaments; Spinnerette packs therefor
- D01D5/34—Core-skin structure; Spinnerette packs therefor
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/09—Addition of substances to the spinning solution or to the melt for making electroconductive or anti-static filaments
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/10—Other agents for modifying properties
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F8/00—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
- D01F8/04—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers
- D01F8/12—Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from synthetic polymers with at least one polyamide as constituent
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
- D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
- D02G3/02—Yarns or threads characterised by the material or by the materials from which they are made
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
- D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
- D02G3/02—Yarns or threads characterised by the material or by the materials from which they are made
- D02G3/04—Blended or other yarns or threads containing components made from different materials
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
- D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
- D02G3/02—Yarns or threads characterised by the material or by the materials from which they are made
- D02G3/04—Blended or other yarns or threads containing components made from different materials
- D02G3/045—Blended or other yarns or threads containing components made from different materials all components being made from artificial or synthetic material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Multicomponent Fibers (AREA)
- Woven Fabrics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种压阻纤维、纱线，压阻传感器和带有压阻传感器的织物，其中所述压阻纤维，包括不导电芯和包裹该不导电芯的外层，所述外层由含有碳系导电粒子的热塑性聚合物构成，所述外层为导电层；所述芯层由热塑性聚合物构成，该芯层为不导电层。本发明所提供一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物，检测精度高，体感舒适度强，使用寿命长，造价低，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其是涉及一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物。
背景技术
随着人类生活水平的提高，人们对健康的关注度也随之上升，对于日常行动、运动甚至是睡眠姿势都提出了更高的要求，迫切需要了解个人的出行姿势、运动方法等是否有利于促进身体健康或者是对人体关节等造成不利的影响。随着纺织科技的发展和人们生活水平的提高，纺织品逐步向功能化和智能化方向发展。特别是智能电子纺织品融合了纺织技术、电子技术、计算机技术多学科的技术，使纺织品具有对外界感知和反应的功能，为此，现有技术中已经在鞋子、鞋垫、袜子和衣服中设计出了各种类型的监测系统，以用于监视人体的的各种生理参数。
对这些生理参数的检测最重要的部件就是传感器，已经有一些产品在织物上缝缀了一些织物传感器，用于检测人体运动时产生的压力等数据，但是现有的缝缀在衣物如袜子上的织物传感器会使得袜子等衣物上出现明显增加传感器的部分明显厚于其他部分的问题，导致人的体感较差，同时现有的织物传感器检测精度较低，寿命短，造价高，这样造成了这一技术无法大面积推广的问题出现。现有的织物传感器都无法通过传统织机一次形成，需要多步工序加工以及改造原有机器，大大增加了产品的成本与制造复杂程度。同时由于柔性织物传感器均为多层或多部分组成，大大降低了终端产品的舒适性及无感程度。
本发明的目的是提供一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物，检测精度高，体感舒适度强，使用寿命长，造价低，易于推广。
发明内容
为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：
一种压阻纤维，包括不导电芯和包裹该不导电芯的外层，其中：所述外层由含有碳系导电粒子的热塑性聚合物构成，所述外层为压阻层；所述芯层由热塑性聚合物构成，该芯层为不导电层。
所述的压阻纤维，其中：所述压阻外层中的碳系导电粒子占压阻外层总重量的重量百分比为10～40％。
所述的压阻纤维，其中：所述压阻外层中的碳系导电粒子占压阻外层总重量的重量百分比为21.5％-30.5％，优选为25％。
所述的压阻纤维，其中：所述压阻纤维的不导电芯和外层所用的热塑性聚合物包括聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、尼龙Nylon、聚碳酸酯PC，聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT中的一种或多种，所述不导电芯和外层所用的热塑性聚合物材料是相同材料或者是不同材料。
一种压阻纱线，该压阻纱线由多根压阻纤维组成，所述多根压阻纤维之间互相捻合；或者该压阻纱线包括多根压阻纤维和多根不导电纤维，所述多根压阻纤维和多根不导电纤维之间互相捻合，其中：所述压阻纤维选自如上之一所述的压阻纤维中的一种。
所述的压阻纱线，其中：所述当压阻纱线包括多根压阻纤维和多根不导电纤维时，压阻纱线中，压阻纤维占压阻纱线的重量百分比大于或等于60％。
一种压阻传感器，包括传感器本体和电极，所述压阻传感器是单层织物，该压阻传感器由传感器本体和电极一体织造成型，所述传感器本体由压阻纱线织造而成，所述电极由导电纱线织造而成，其中：所述压阻纱线是如上所述的压阻纱线。
所述的压阻传感器，其中：所述传感器本体分别与两个电极互相接触。
所述的压阻传感器，其中：所述两个电极之间不直接接触。
所述的压阻传感器，其中：所述导电纱线选用比电阻小于20ohm/cm的导电纱线。
所述的压阻传感器，其中：所述导电纱线包括表面镀金属纱线。
所述的压阻传感器，其中所述表面镀金属纱线包括镀银纱线、镀铜纱线、镀金纱线之一或其组合。
所述的压阻传感器，其中：所述传感器本体的形状包括正方形、矩形、圆形、或不规则图形。
一种具有压阻传感器的单层织物，包括压阻传感器和织物本体，所述压阻传感器和织物本体一体织造成型，其中所述压阻传感器是如上之一所述的压阻传感器，织物本体由不导电纱线织成。
所述的单层织物，其中：所述压阻传感器的大部分区域或全部区域都由织物本体包围。
附图说明
图1是本发明压阻纱线结构示意图；
图2是本发明压阻纱线电阻随压力变化示意图；
图3是热塑性聚合物用尼龙时压阻变化原理示意图；
图4是本发明压阻纤维电阻随压力变化原理示意图；
图5为本发明压阻织物结构示意图；
图6为本发明压阻纱线双层结构横截面示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明压阻纱线包括多根压阻纤维，形成纱线的单只压阻纤维原丝的横截面为双层结构(如图6所示)，外层由含有碳系导电粒子的热塑性聚合物组成，芯层由热塑性聚合物组成，外层包裹芯层，外层为压阻层。压阻纱线由多根经过纺丝后形成的压阻纤维合并捻制而成。由于具有芯层和皮层，所以本发明压阻纤维又称为皮芯型压阻纤维。所述的压阻纤维中，压阻外层的重量占压阻纤维总重量的5-20％。芯层重量占压阻纤维总重量的80-95％。
压阻纤维在制作时，将所述热塑性聚合物及碳系导电粒子(例如炭黑粒子、碳纳米管等)及热塑性聚合物在螺杆或炉栅或坩埚中加热制成熔体，将所述热塑性高分子聚合物通过单螺杆挤出机制备成均匀的熔体，得到的两种熔体通过各自的输送管路进入复合挤出组件，通过组件内部熔体各自的流道独立分配与输送，在复合挤出组件模板出口处相遇复合后从模板上的挤出微孔挤出；挤出微孔为圆形或异形，将模板上的挤出微孔挤出的熔体细流经过一段长度的冷却区域冷却后形成纤维状。得到的纤维以1～800m/min的速度进行卷绕，形成复合纤维卷装。
由于碳系导电粒子在单丝情况下在热塑性聚合物中分散均匀程度有限，导电粒子不连续，部分单丝无法形成有效导电体，当在垂直于压阻纱线的长度的方向上对纱线实施压力时，纱线中多根单丝相互接触，形成横截面较大电阻较小的多丝导体，受压部分纱线电阻随压力的增加而电阻减小，整体电阻变化率变化>＝10％。
可以用以下公式对本发明压阻纱线因受压而电阻变化的现象进行示意性的解释：
R＝PL/S
其中R是导体电阻，P是导体电阻率，L是导体长度，S是导体横截面积。
如图2所示，对于同一根压阻纱线来说，在其处于自然状态时检测其电阻值，之后在对该压阻纱线施加如图2箭头所示垂直方向的压力，检测纱线电阻值，可以发现整体纱线电阻由于垂直压力受力整体电阻相对于自然状态下的电阻值减小。
如图3、4所示，本发明皮芯型压阻纤维的芯部以及皮部都由热塑性聚合物构成，以尼龙6为例。尼龙6本身具有很好的弹性特质，所以当长丝之间由于垂直压力相互挤压时，横截面上芯部及皮部均会发生变形，使得皮部的炭黑导电碳链有更多的机会接触，导致电阻降低，同时随着垂直压力的增加整体纱线电阻与压力成负相关变化。
压阻纤维的芯层和外层所用的热塑性聚合物选自：聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、尼龙Nylon、聚碳酸酯PC，聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT，芯层和外层所用的热塑性聚合物材料可以相同也可以不同。
本发明中，压阻纤维的外层为压阻层，该层所含导电性碳系微粒的优选含量为10～40％(重量百分比，即碳系微粒与压阻层之间的重量比)。导电性碳系微粒的含量低于10％时，得不到作为本发明目的那样的导电性，不能发挥其压阻性能。另一方面，高于40％时，不但导电性没有进一步提高，反而急剧地显著降低含有导电性炭黑微粒的聚合物的流动性，大大降低纺丝性(纤维形成性)。炭黑微粒完全地粒子状分散时，一般导电性不充分，当炭黑微粒密度增加到一定程度时，炭黑粒子会以化学键的形式结合在一起形成链状构造，则导电性提高。经实验验证，炭黑的电阻率是由炭黑链与链之间的距离决定的，当这些间隙在外部压力下迫使碳链之间距离小于1nm时，在局部间隙会形成高电场，在足够大的电势差作用下，电子穿过势垒产生电子隧道效应，外部压力越大，导电层内的炭黑链相互靠近的部分数量就会提高，从而整体受压力部分纤维的电阻会随外部压力的提升而降低。因此，在利用导电性炭黑微粒使聚合物导电化当中，不破坏上述结构使炭黑微粒在聚合物中分散就变得非常重要。因此，炭黑微粒的链越长，以及聚合物中存在的炭黑微粒的密度越高，接触几率就越大，电阻率越小，电导性就越高。
另外，本发明此皮芯型压阻纤维的皮层由炭黑及热塑性聚合物母粒形成，母粒本身混入了炭黑,因此具有弹性特性的热塑性聚合物介质具有了压阻特性，当压力作用于母粒之上时，整体母粒电阻由于皮层中炭黑导电链距离减小，整体母粒电阻率减少。由于纱线皮层有相同结构母粒形成，当受应力变化时，压阻纤维表面电阻率减少。
在对本发明的压阻纱线在进行压阻变化测量实验中发现，当在潮湿环境，如纱线不慎受潮等情况下，在不施加压力时，压阻纱线的电阻相比于干燥环境下的压阻纱线的电阻变小了很多，同时在对该受潮压阻纱线施加压力时，其电阻的变化程度不十分明显，经过分析发现，由于潮湿环境下水分子的介入，导致压阻纱线出现了电阻急剧下降的情况，这导致在潮湿环境下无法检测到施压时压阻纱线电阻明显变化的结果，导致由此构成的压阻传感器无法给出满意的检测信号。为了解决这一问题，在制造压阻纱线时，需要在多根压阻纤维之外进一步添加多根不导电纤维，将该多根压阻纤维与多根不导电纤维(例如涤纶或锦纶等不导电纤维)合并捻制而成压阻纱线，通过这种方式制造的压阻纱线在潮湿的环境中，在自然状态下和受到压力的状态下测得到电阻值有较大的差别，自然状态下的电阻值至少是受压状态下的电阻值的3倍。并且通过增加炭黑粒子在压阻纱线压阻外层中的比例降低整个压阻传感器的电阻从而拉大与潮湿皮肤的电阻的差距，从而降低由于皮肤潮湿对于传感器数据的影响。
下面通过具体案例对实验样本进行描述。
压力电阻测试：将底面与传感器面积相似的重物附加在传感器上，通过改变重物质量大小测试传感器的电阻变化。
案例1：
将占压阻层总重量12.5％、粒径30～50nm、比电阻≤10Ω·cm的高结构导电炭黑粉体与占压阻层总重量86.5％的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)以及占压阻层总重量1.0％的分散剂、偶联剂和抗氧剂等助剂经包覆、分散、混合后，经双螺杆造粒制得压阻层材料；以纤维级聚对苯二甲酸乙二醇酯切片为非导电芯层材料；两组份分别加入复合纺丝机的A、B料仓，进入干燥机进行干燥,得到36f-90D的压阻纱线。将得到的压阻纱线与总体60D尼龙高弹丝纱线进行捻合后通过织机加工成2cm*2cm的矩形压阻传感器进行压力电阻测试。最终制得传感器最大压力感应为7.3kg，最大压力时传感器电阻为92kOhm,0压力时，电阻为151kOhm。
案例2：
压阻纱线制备方法同案例1，将压阻层成分配比改为38.5％的粒径30～50nm、比电阻≤10Ω·cm的高结构导电炭黑粉体与占功能层(压阻层)总重量60.5％的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)以及相应的占压阻层总重量1.0％的分散剂、偶联剂、抗氧剂等混合制成压阻层材料；以纤维级聚己内酰胺切片为非导电芯层材料制成36f-90D的压阻纱线。将得到的压阻纱线与总体60D尼龙高弹丝纱线进行捻合后通过织机加工成2cm*2cm的矩形压阻传感器进行压力电阻测试。最终制得传感器最大压力感应为12.2kg，最大压力时传感器电阻为22kOhm,0压力时，电阻为62khm。
案例3：
将压阻层成分配比改为炭黑25.5％，73.5％的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，其余为分散剂、偶联剂、抗氧剂等。制得36f-90D的压阻纱线后与60D尼龙高弹丝纱线进行捻合。所得到2cm*2cm的矩形压阻传感器数据为：传感器最大压力感应为11.5kg，最大压力时传感器电阻为26kOhm,0压力时，电阻为72kOhm。
实施例4-6按实施例1-3类似方法实施，不再详述，主要不同之处在于压阻层成分中的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)被聚己内酰胺(PA6)替换，所选用的分散剂、偶联剂、抗氧剂与实施例1-3相同。
实施例1-6数据如下表：
结论1
对比实验后数据发现，PBT对比PA6作为压阻层中聚合物对施加压力时的电阻变化产生了影响。经过1-3组数据与4-6组数据的对比发现，使用PA6作为纤维中聚合物使得传感器的最大压力感应及传感器电阻最大差值都要明显高于PBT。
通过对1-3组数据、4-6组数据进行分别对比发现，当压阻层中的炭黑含量增加时传感器的最大压力感应有所提升，但当炭黑比例增加到一定量时，数据变化开始趋于不明显，考虑到成本等综合因素，第5组数据为最优方案。
实施例7-11：在以数据5的配比方案为基础下，对压阻纱线中压阻纤维及非导电纤维在压阻纱线中的配比情况进行了研究，数据对比如下：
实施例7-11数据如下表：
结论2
在以数据5的配比方案为基础下，对压阻纱线中压阻纤维及非导电纤维在压阻纱线中的配比情况进行了研究。实验数据发现，在总纱线密度不变的情况下，增加压阻纱线中的压阻纤维的配比可以有效提升传感器的最大压力感应及传感器电阻最大差值。当压阻纤维配比提高到一定程度时，传感器的功能提升开始趋于平缓。通过数据对比发现，考虑到成本等综合因素的影响，第8组数据为最优方案。
实施例12-14：在以数据8方案为基础下，对于压阻纱线总体孔数对于传感器功能的影响进行了研究，数据对比如下：
实施例12-14数据如下表：
| 案例 | 12 | 13 | 14 |
| 压阻纱线总线密度(dtex) | 120 | 120 | 120 |
| 非导电纱线总线密度(dtex) | 60 | 60 | 60 |
| 压阻纱线整体孔数(f) | 60 | 48 | 36 |
| 传感器最大压力感应(kg) | 19.5 | 18.3 | 16.8 |
| 最大压力时传感器电阻(kOhm) | 12 | 10 | 27 |
| 0压力时传感器电阻(kOhm) | 77 | 75 | 82 |
| 传感器最大差值(kOhm) | 65 | 65 | 55 |
结论3
在以数据8方案为基础下，对于压阻纱线总体孔数对于传感器功能的影响进行了研究。当压阻纱线的孔数提升，压阻纱线中压阻纤维与非导电纤维的融合度会更加均匀。通过实验数据得知，当总体纱线孔数提升时，传感器最大压力感应及传感器最大电阻差值均有提升，有效的提高了传感器的敏感度及性能。压阻纱线整体孔数大于25f，可在25f-70f之间，优选为60f。
本发明还提供了一种压阻传感器，如图5所示，所述压阻传感器包括传感器本体和电极，所述压阻传感器也是单层织物，由传感器本体和电极一体织造成型。图5还示出了一种具有压阻传感器的单层织物，包括压阻传感器和织物本体，所述压阻传感器和织物本体一体织造成型，织物本体由不导电纱线织成。所述压阻传感器的大部分区域或全部区域都由织物本体包围。所述传感器本体由本发明上述实施例中的压阻纱线织造而成，其形状可以使正方形、矩形、圆形、不规则图形等；所述电极由导电纱线织造而成，所述导电纱线选用比电阻小于10^2ohm/cm的导电纱线，可以是镀银纱线、镀铜纱线、镀金纱线等。一个传感器本体分别与两个电极互相接触，从而当传感器本体受力时，其电阻变化可由电极采集。所述两个电极互相不直接接触。所述电极可以分别与中心电子模块上的两接口(图中未示出)相连接，其中一个为电源(Vcc)接口。中心电子模块包含无线传输或有线传输模块(USB(有线的模块)，蓝牙，WiFi，ZigBee或射频。中心电子模块可储存传感器的电阻变化数据，数据可通过传输模块进行实时或主动同步等方式传输到手机，平板，PC等设备进行进一步计算处理。
Claims (10)
1.一种压阻纤维，包括不导电芯和包裹该不导电芯的外层，其特征在于：所述外层由含有碳系导电粒子的热塑性聚合物构成，所述外层为压阻层；所述芯层由热塑性聚合物构成，该芯层为不导电层。
2.根据权利要求1所述的压阻纤维，其特征在于：所述压阻外层中的碳系导电粒子占压阻外层总重量的重量百分比为10～40％。
3.根据权利要求2所述的压阻纤维，其特征在于：所述压阻外层中的碳系导电粒子占压阻外层总重量的重量百分比为21.5％-30.5％。
4.根据权利要求1或2所述的压阻纤维，其特征在于：所述压阻纤维的不导电芯和外层所用的热塑性聚合物包括聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、尼龙Nylon、聚碳酸酯PC，聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT中的一种或多种，所述不导电芯和外层所用的热塑性聚合物材料是相同材料或者是不同材料。
5.一种压阻纱线，该压阻纱线由多根压阻纤维组成，所述多根压阻纤维之间互相捻合；或者该压阻纱线包括多根压阻纤维和多根不导电纤维，所述多根压阻纤维和多根不导电纤维之间互相捻合，其特征在于：所述压阻纤维选自权利要求1-4所述的压阻纤维中的一种。
6.一种压阻传感器，包括传感器本体和电极，所述压阻传感器是单层织物，该压阻传感器由传感器本体和电极一体织造成型，所述传感器本体由压阻纱线织造而成，所述电极由导电纱线织造而成，其特征在于：所述压阻纱线是权利要求5所述的压阻纱线。
7.根据权利要求6所述的压阻传感器，其特征在于：所述传感器本体分别与两个电极互相接触。
8.根据权利要求7所述的压阻传感器，其特征在于：所述两个电极之间不直接接触。
9.一种具有压阻传感器的单层织物，包括压阻传感器和织物本体，所述压阻传感器和织物本体一体织造成型，其特征在于所述压阻传感器是如权利要求6-8之一所述的压阻传感器，织物本体由不导电纱线织成。
10.根据权利要求9所述的单层织物，其特征在于：所述压阻传感器的大部分区域或全部区域都由织物本体包围。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710505955.6A CN107142554B (zh) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | 一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710505955.6A CN107142554B (zh) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | 一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107142554A true CN107142554A (zh) | 2017-09-08 |
| CN107142554B CN107142554B (zh) | 2023-08-08 |
Family
ID=59785055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710505955.6A Active CN107142554B (zh) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | 一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107142554B (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108175151A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-06-19 | 哈尔滨海外电气系统工程总包有限公司 | 智能鞋垫及监测系统 |
| CN110411626A (zh) * | 2018-04-28 | 2019-11-05 | 五邑大学 | 一种基于交叉结构的测力计 |
| CN110411620A (zh) * | 2018-04-28 | 2019-11-05 | 五邑大学 | 一种阈值可调的测力计 |
| CN110411618A (zh) * | 2018-04-28 | 2019-11-05 | 五邑大学 | 一种点触式柔性测力计 |
| CN110440961A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-12 | 苏州亨允晟机电科技有限公司 | 一种可穿戴的压阻式传感器系统 |
| CN111364156A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-03 | 深圳市启菂汇嘉科技有限公司 | 双螺旋导电纺织物、压力传感器及压力传感器制备方法 |
| CN111678424A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-09-18 | 东华大学 | 一种纤维状柔性应变传感器及其制备方法 |
| WO2021104899A1 (de) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | Deutsche Institute Für Textil- Und Faserforschung Denkendorf | Piezoresistiver kraftsensor |
| CN113026139A (zh) * | 2019-12-25 | 2021-06-25 | 宇部爱科喜模株式会社 | 黑色合成纤维丝 |
| CN115058886A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-16 | 西安工程大学 | 一种柔性纳米合金压阻传感织物及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1375019A (zh) * | 1999-09-17 | 2002-10-16 | 钟纺株式会社 | 芯皮复合型导电性纤维 |
| JP2004225214A (ja) * | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Toray Ind Inc | 導電性複合繊維 |
| US20060258247A1 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | The Hong Kong Polytechnic University | Pressure sensing fabric |
| CN207619571U (zh) * | 2017-06-28 | 2018-07-17 | 费伯（上海）网络科技有限公司 | 一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物 |
-
2017
- 2017-06-28 CN CN201710505955.6A patent/CN107142554B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1375019A (zh) * | 1999-09-17 | 2002-10-16 | 钟纺株式会社 | 芯皮复合型导电性纤维 |
| JP2004225214A (ja) * | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Toray Ind Inc | 導電性複合繊維 |
| US20060258247A1 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | The Hong Kong Polytechnic University | Pressure sensing fabric |
| CN207619571U (zh) * | 2017-06-28 | 2018-07-17 | 费伯（上海）网络科技有限公司 | 一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物 |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108175151A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-06-19 | 哈尔滨海外电气系统工程总包有限公司 | 智能鞋垫及监测系统 |
| CN110411626A (zh) * | 2018-04-28 | 2019-11-05 | 五邑大学 | 一种基于交叉结构的测力计 |
| CN110411620A (zh) * | 2018-04-28 | 2019-11-05 | 五邑大学 | 一种阈值可调的测力计 |
| CN110411618A (zh) * | 2018-04-28 | 2019-11-05 | 五邑大学 | 一种点触式柔性测力计 |
| CN110411626B (zh) * | 2018-04-28 | 2021-05-11 | 五邑大学 | 一种基于交叉结构的测力计 |
| CN110440961B (zh) * | 2019-08-16 | 2020-11-03 | 新昌县玮康电子科技有限公司 | 一种可穿戴的压阻式传感器系统及其制备工艺 |
| CN110440961A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-12 | 苏州亨允晟机电科技有限公司 | 一种可穿戴的压阻式传感器系统 |
| WO2021104899A1 (de) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | Deutsche Institute Für Textil- Und Faserforschung Denkendorf | Piezoresistiver kraftsensor |
| CN113026139A (zh) * | 2019-12-25 | 2021-06-25 | 宇部爱科喜模株式会社 | 黑色合成纤维丝 |
| CN111364156A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-03 | 深圳市启菂汇嘉科技有限公司 | 双螺旋导电纺织物、压力传感器及压力传感器制备方法 |
| CN111678424A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-09-18 | 东华大学 | 一种纤维状柔性应变传感器及其制备方法 |
| CN111678424B (zh) * | 2020-05-18 | 2021-07-20 | 东华大学 | 一种纤维状柔性应变传感器及其制备方法 |
| CN115058886A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-09-16 | 西安工程大学 | 一种柔性纳米合金压阻传感织物及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107142554B (zh) | 2023-08-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107142554A (zh) | 一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物 | |
| Dias | Electronic textiles: Smart fabrics and wearable technology | |
| CN207619571U (zh) | 一种压阻纤维、纱线及压阻传感器和织物 | |
| US20190071799A1 (en) | Crimped Polyamide Conductive Filament, Manufacturing Method and Application Thereof | |
| CN111227812B (zh) | 一种全纤维基柔性传感器及其制备方法与应用 | |
| CN104420005B (zh) | 一种复合导电纤维及其制备方法 | |
| US8549829B2 (en) | Silver yarn, plied yarn silver yarn, functional fabric using same, and method for producing same | |
| US20190153630A1 (en) | Crimped Polyester Conductive Filament, Manufacturing Method and Application Thereof | |
| CN108045032B (zh) | 一种基于石墨烯的导电传感织物的制备方法 | |
| CN108035032A (zh) | 一种三维间隔机织结构压力传感织物及其制备方法 | |
| CN106948028A (zh) | 多孔皮芯复合纤维及其制备方法 | |
| CN106003934B (zh) | 一种抗静电纳米纤维非织造材料及制备方法 | |
| WO2014139825A2 (en) | Electrically conductive fabric | |
| US20220412818A1 (en) | Piezoresistive force sensor | |
| CN211957167U (zh) | 一种弹性编织导电线 | |
| CN112082675B (zh) | 一种弹性阵列压力传感器 | |
| CN106894108A (zh) | 纳米纤维表面的皮芯复合纤维及其制备方法 | |
| KR102548124B1 (ko) | 전자섬유 온도센서 및 이를 이용하는 의류 | |
| CN201220979Y (zh) | 一种导电复合长丝 | |
| Labeeb et al. | Embroidery on Textiles as a Smart Solution for Wearable Applications | |
| CN109778360A (zh) | 卷曲变形涤纶导电长丝、其制造方法及其应用 | |
| WO2014139847A1 (en) | Monofilament yarn for a paper machine clothing fabric | |
| CN108411416A (zh) | 一种抗静电聚乳酸纤维混纺纱及其制备方法 | |
| CN113201843A (zh) | 重力毯用面料及重力毯 | |
| RU2790823C1 (ru) | Электропроводящее композитное волокно и способ его получения и применения |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230922 Address after: 1759, Lin10, No. 84 Wenquan Road, Wenquan Town, Haidian District, Beijing, 100080 Patentee after: Beijing Juqiao Industrial Technology Co.,Ltd. Address before: 1205, Building 2, Zhubang 2000, Chaoyang District, Beijing, 100020 Patentee before: MIANLIAN (BEIJING) NETWORK TECHNOLOGY CO.,LTD. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240114 Address after: Room 316, No. 1-18 Zhouning Road, Caomiozi Town, Lingang Economic and Technological Development Zone, Weihai City, Shandong Province, 264200 Patentee after: Weihai Juqiao Industrial Technology Co.,Ltd. Address before: 1759, Lin10, No. 84 Wenquan Road, Wenquan Town, Haidian District, Beijing, 100080 Patentee before: Beijing Juqiao Industrial Technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |