CN107488915A - 一种机织结构可拉伸织物电路板及可穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机织结构可拉伸织物电路板，包括弹性机织面料基体，在所述弹性机织面料基体上利用纺织加工技术将导电纤维织入，并在机织面料上形成多个导电通道，所述导电通道用于连接各个电子元器件，使得各个电子元器件之间形成信号传输。本发明还涉及采用上述机织结构可拉伸织物电路板的可穿戴设备。本发明能够紧贴皮肤且性能稳定。

Description

一种机织结构可拉伸织物电路板及可穿戴设备
技术领域
本发明涉及可穿戴技术领域中的柔性电路板，特别是涉及一种机织结构可拉伸织物电路板及可穿戴设备。
背景技术
随着电子、生物技术以及纺织材料加工技术的不断进步与发展，具有传感功能的可穿戴设备被开发，并受到人们的青睐。而其中的传感器、其他电子元器件都需要通过电路连接成一个整体，柔性电路设计是可穿戴设备实现轻便携带、可穿戴的重要条件之一，逐渐成为近年来研究的重点课题。
传统的印刷电路板电路设计采用的是硬质基底材料、不具有可拉伸性且不易折叠，不能满足人体关节部位的拉伸应变需求，与皮肤的贴合性较差，运用于可穿戴设备会影响其穿戴的舒适性和耐洗性，同时其线路设计也比较复杂。现有的新型技术有三种：(1)通过丝网印刷技术将电路印刷在织物底板上，然后完成集成元件的安装以及导线的连接和后期的封装。但是这种柔性印刷电路板在拉伸应变下的性能不稳定，接触电阻的相对变化较大。(2)利用可弯曲的金属薄膜或者高聚物薄膜制成的电路板，这种电路初始电阻比较大，导电性较低，耐洗性较差。(3)以涂层纱线织造的针织织物为基底的可拉伸电路板，这种电路的透气性较差，影响穿着时的舒适度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种机织结构可拉伸织物电路板及可穿戴设备，能够紧贴皮肤且性能稳定。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种机织结构可拉伸织物电路板，包括机织面料基体，在所述弹性机织面料基体上利用纺织加工技术将导电纤维织入，并在弹性机织面料上形成多个导电通道，所述导电通道用于连接各个电子元器件，使得各个电子元器件之间形成信号传输。
所述导电通道的主线路上织入至少两根导电纤维，分线路上织入至少一根导电纤维。
所述机织面料基体为单面织物、双面织物或多层织物，组织结构为平纹组织、斜纹组织、缎纹组织或提花组织。
所述导电纤维采用有梭织机或无梭织机织入到所述机织面料基体上。
所述导电纤维为金属、导电高聚物和/或涂层纤维。
所述金属纤维为镍、铂、不锈钢、铜、或有绝缘层涂覆的金属纤维。
所述导电高聚物为炭黑/硅胶复合材料、石墨/硅胶复合材料、碳纳米管复合材料、聚吡咯/硅胶或PEDOT:PSS。
所述涂层纤维为银/尼龙纤维。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种可穿戴设备，包括服装本体，还包括上述的机织结构可拉伸织物电路板，所述机织结构可拉伸织物电路板通过物理连接的方式安装在服装本体上，以实现分布在不同服装部位的电子元器件之间的信号传输。
所述物理连接的方式包括电连接和机械连接。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明具有透气、柔性、可折叠、可弯曲、可扭转、可拉伸、可三维变形、可洗涤等特性，因此该织物电路板能舒适地紧密贴合人体皮肤，并能够实现各个电子元器件之间的电连接和机械连接，从而实现紧贴皮肤的可穿戴电子设备。
附图说明
图1是平纹结构的弹性织物电路板示意图；
图2是斜纹结构的弹性织物电路板示意图；
图3是缎纹结构的弹性织物电路板示意图；
图4是含有电子元器件的织物电路板示意图；
图5是含有弹性织物电路板的可穿戴设备示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种机织结构可拉伸织物电路板，包括机织面料基体，在所述机织面料基体上利用纺织加工技术将导电纤维织入，并在机织面料上形成导电通道，所述导电通道用于连接各个电子元器件，使得各个电子元器件之间形成信号传输。
其中，机织面料基体可以是单面织物、也可以是双面织物，还可以是多层织物，其组织结构可以是平纹组织、斜纹组织、缎纹组织和提花组织中的任何一种。该机制面料基体采用的纤维/纱线为弹性纤维/纱线，其结构可以是单纤、纱线、股线、加捻、包缠结构，如单包和双包等。当采用弹性纤维时，可以是由嵌段共聚物制成的聚氨酯弹性纤维等，当采用弹性纱线时，可以是弹性包芯纱，单向包缠纱，双向包缠纱等。所述导电纤维采用有梭织机或无梭织机(如剑杆、喷水、喷气等)织入到所述机织面料基体上。导电纤维包括金属，如镍丝、铂丝、铜丝等；导电高聚物，如炭黑/硅胶复合材料、石墨/硅胶复合材料、碳纳米管复合材料、聚吡咯/硅胶、PEDOT:PSS等；以及涂层的导电纤维，如银/尼龙纤维等。
图1、图2和图3分别是平纹结构的弹性织物电路板、斜纹结构的弹性织物电路板和缎纹结构的弹性织物电路板。其中，G为导电纱P为普通纱线。
电子元器件可以是传统硬质的电子元件，也可以是新型的柔性电子元件，如电容、电阻、电感、传感器、驱动器、电极、电池、能源收集和转换器、超级电容器、天线等。
下面通过四个实施例来进一步说明本发明。
实施例1：
斜纹机织结构设计：
采用一上三下右斜纹组织作为织物电路板基底部分的基础组织，经纱选用银线、140D/70D/70D黑色包缠纱，纬纱选用棉纱(见图2)。首先通过确认人体上身的传感位置点设计导电纱在织物中位置以及间隔距离的设置，按照一般紧身衣的收缩率计算经纬纱密度、筘号，在剑杆织机上将导电纱织入形成可拉伸织物电路板，其中，分线路部分每次织入一根导电纱，主线路部分每次织入两根导电纱以示区分。
织物电路板的电子元器件连接：
织物电路板完成之后，在设计好的传感位置点上采用TPU纸贴附的方式装好柔性传感器1，连接处用导电银胶进行处理。然后将其他导电元器件比如小型硬质电阻3、数据显示器2、二极管、电容、电源、开关用绝缘胶带固定在织物电路板的相应位置(见图4)。
可穿戴设备的制备：
测试时，将织物电路板用粘贴扣固定在紧身衣上，如图5所示，该紧身衣上具有电源4、传感器1、电阻3和数据显示器2，清洗时，将织物电路板取下即可(见图5)。
实施例2：
以铂丝为原材料，利用横机技术，使得导电纤维以针织线圈的形式存在，从而制备出可拉伸的织物应变传感器。以铜丝为原材料，利用先进的织造技术，制备出柔性连接电路。利用弹性织物电路实现可穿戴设备中各种传感器之间的紧密连接，从而实现信号的传输和信息的收集。
实施例3：
以银/尼龙纤维为原料，将导电纤维集成到弹性机织面料中，制备出弹性导电紧身衣。将印刷式涂层应变传感器、三维结构的柔性电容集成到织物上，实现电路和元器件之间的完整连接，从而将信号送到数据采集处。
实施例4：
以碳涂层纤维和涤纶/弹性纤维混纺纱为原材料，利用精密的机织织造技术，织造出特定结构的柔性织物电路。利用织物电路将分布在贴身衣服上的各种压力、应变传感器、硬质电阻连接起来，实现含有传感、检测性能的可穿戴服装。

Claims (10)

1.一种机织结构可拉伸织物电路板，包括弹性机织面料基体，其特征在于，在所述弹性机织面料基体上利用纺织加工技术将导电纤维织入，并在弹性机织面料上形成多个导电通道，所述导电通道用于连接各个电子元器件，使得各个电子元器件之间形成信号传输。
2.根据权利要求1所述的机织结构可拉伸织物电路板，其特征在于，所述导电通道的主线路上织入至少两根导电纤维，分线路上织入至少一根导电纤维。
3.根据权利要求1所述的机织结构可拉伸织物电路板，其特征在于，所述弹性机织面料基体为单面织物、双面织物或多层织物，组织结构为平纹组织、斜纹组织、缎纹组织或提花组织。
4.根据权利要求1所述的机织结构可拉伸织物电路板，其特征在于，所述导电纤维采用有梭织机或无梭织机织入到所述机织面料基体上。
5.根据权利要求1所述的机织结构可拉伸织物电路板，其特征在于，所述导电纤维为金属、导电高聚物和/或涂层纤维。
6.根据权利要求5所述的机织结构可拉伸织物电路板，其特征在于，所述金属纤维为镍、铂、不锈钢、铜、或有绝缘层涂覆的金属纤维。
7.根据权利要求5所述的机织结构可拉伸织物电路板，其特征在于，所述导电高聚物为炭黑/硅胶复合材料、石墨/硅胶复合材料、碳纳米管复合材料、聚吡咯/硅胶或PEDOT:PSS。
8.根据权利要求5所述的机织结构可拉伸织物电路板，其特征在于，所述涂层纤维为银/尼龙纤维。
9.一种可穿戴设备，包括服装本体，其特征在于，还包括如权利要求1-8中任一所述的机织结构可拉伸织物电路板，所述机织结构可拉伸织物电路板通过物理连接的方式安装在服装本体上。
10.根据权利要求9所述的可穿戴设备，其特征在于，所述物理连接的方式包括电连接和机械连接。
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