CN112525392A - 一种压力感知智能织物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压力感知智能织物及其制备方法和应用，涉及智能织物技术领域。本发明提供的压力感知智能织物在受外力压迫时，其中的压敏材料发生形变，导致电阻发生变化，与第一导电纱线和第二导电纱线形成回路，使输出信号发生变化；而当外力撤去后，压敏材料在自身应力作用下恢复至初始状态，材料电阻恢复至初始值，实现智能压力感知。而且，本发明采用全织物柔性基底、导电纱线固定排布在柔性基底上，结合点状或长条状压敏材料的设计形式，使压力感知智能织物具有透气、柔软和可水洗的优点。本发明提供的压力感知智能织物在智能可穿戴领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及智能织物技术领域，特别涉及一种压力感知智能织物及其制备方法和应用。
背景技术
智能织物是赋予普通织物功能性使其能与用户或环境进行相互作用的新型纺织品，需要融合传感、驱动、电子等因素对纺织品进行创新，目前已成为健康监护、生物医学、军事和航空航天等领域的研究重点与热点。
导电纺织品会因施加外力所致的变形产生电特性改变，这一特性被用来制备纺织力学传感器和应变传感器。发明专利CN101479582 B公开了一种纺织力学传感器，用于检测织物的扭曲和所受压力、张力等；发明专利CN201610662722.2公开了一种基于压敏材料的柔性智能织物传感器及其制备方法，可实时检测使用者睡眠时身体体征状况。但是这些智能织物透气性和柔韧性较差，导致智能织物不具备服用舒适性；并且不能进行洗涤护理。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种压力感知智能织物及其制备方法和应用。本发明提供的压力感知智能织物具有柔软、透气和可水洗的优点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种压力感知智能织物，包括第一柔性织物基底层、第二柔性织物基底层和固定在所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层之间的压力感知层；
所述压力感知层包括若干第一导电纱线、压敏材料和若干第二导电纱线；所述若干第一导电纱线固定在第一柔性织物基底层的内侧表面，外接第一导电纱线电极；所述若干第二导纱线固定在第二柔性织物基底层的内侧表面，外接第二导电纱线电极；所述若干第一导电纱线和若干第二导电纱线交叉成矩阵方式排列；所述压敏材料以条状形式覆盖在第一导电纱线和/或第二导电纱线上，或以点状形式分布在第一导电纱线和第二导电纱线的矩阵交叉点上。
优选地，所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层独立地包括机织物、针织物或非织造无纺布；所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层的极限氧指数LOI独立地不低于28、拒水等级独立地为4级以上。
优选地，所述第一导电纱线和第二导电纱线独立地包括石墨烯导电纱线、纳米银离子导电纱线或聚吡咯涂层导电纱线；所述第一导电纱线和第二导电纱线的极限氧指数LOI独立地不低于30。
优选地，所述压敏材料为吸附有炭黑粒子的聚烯烃薄膜；所述聚烯烃薄膜由乙烯和/或丙烯经高压聚合得到，所述炭黑粒子的粒径为15～30nm。
优选地，所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层未固定导电纱线的外侧表面还固定有柔性保护层；所述柔性保护层独立包括EVA胶膜、PA胶膜、PES胶膜或TPU胶膜。
本发明提供了以上技术方案所述压力感知智能织物的制备方法，包括以下步骤：
将若干第一导电纱线固定于第一柔性织物基底层的内侧表面；
将若干第二导电纱线固定于第二柔性织物基底层的内侧表面；
将压敏材料以长条状或点状形式固定在第一导电纱线和/或第二导电纱线上；
将固定有导电纱线和压敏材料的柔性织物基底层与固定有导电纱线的柔性织物基底层相对放置并固定在一起，所述相对放置使第一导电纱线和第二导电纱线交叉成矩阵方式排列，点状压敏材料分布在矩阵交叉点上；
将第一导电纱线和第二导电纱线分别外接第一导电纱线电极和第二导电纱线电极。
优选地，所述第一导电纱线和第二导电纱线固定的方式为：将所述第一导电纱线或第二导电纱线作为面线或底线，通过缝纫线迹方式固定于第一柔性织物基底层或第二柔性织物基底层的内侧表面。
优选地，所述压敏材料固定在第一导电纱线上和/或第二导电纱线上的方式为粘附。
优选地，所述固定有导电纱线和压敏材料的柔性织物基底层与固定有导电纱线的柔性织物基底层通过粘附或缝纫线迹固定。
优选地，第一导电纱线和第二导电纱线固定之后还包括：在所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层未固定导电纱线的外侧表面粘附上柔性保护层。
本发明提供了以上技术方案所述压力感知智能织物或以上技术方案所述制备方法得到的压力感知智能织物在智能可穿戴领域中的应用。
本发明提供了一种压力感知智能织物，包括第一柔性织物基底层、第二柔性织物基底层和固定在所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层之间的压力感知层；所述压力感知层包括若干第一导电纱线、压敏材料和若干第二导电纱线；所述若干第一导电纱线固定在第一柔性织物基底层的内侧表面，外接第一导电纱线电极；所述若干第二导纱线固定在第二柔性织物基底层的内侧表面，外接第二导电纱线；所述若干第一导电纱线和若干第二导电纱线交叉成矩阵方式排列；所述压敏材料以条状形式覆盖在第一导电纱线和/或第二导电纱线上，或以点状形式分布在第一导电纱线和第二导电纱线的矩阵交叉点上。本发明提供的智能织物在受外力压迫时，其中的压敏材料发生形变，导致电阻发生变化，与第一导电纱线和第二导电纱线形成回路，使输出信号发生变化；而当外力撤去后，压敏材料在自身应力作用下恢复至初始状态，材料电阻恢复至初始值，实现智能压力感知。而且，本发明采用全织物柔性基底、导电纱线固定排布在柔性基底上，结合点状或长条状压敏材料的设计形式，使压力感知智能织物具有透气、柔软和可水洗的优点。
本发明提供了所述压力感知智能织物的制备方法，过程简单，易于操作，成本低。
本发明还提供了所述压力感知智能织物在智能可穿戴领域中的应用。本发明提供的压力感知智能织物中压敏材料位于纵横交错的导电纱线之间，分布于整块织物上，形成多个压力探测点，能准确、详细记录消费者的脉搏、心跳等生理指标，结构简单、灵敏度高；且具有透气、柔软和可水洗的优点，因而在智能可穿戴领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的压力感知智能织物的示意图；
图2为本发明提供的压力感知智能织物的实物图；
图3为固定有导电纱线的柔性织物基底层示意图，图3中(a)为固定有第一导电纱线的第一柔性织物基底层的结构示意图，(b)为固定有第二导电纱线的第二柔性织物基底层的结构示意图；
图4为压敏材料与柔性织物基底层的结合方式示意图，图4中(a)为压敏材料以长条状形式固定在第一导电纱线或第二导电纱线上时的结合方式示意图；(b)为压敏材料以点状形式固定在第一导电纱线或第二导电纱线上时的结合方式示意图；
图5为第一导电纱线和第二导电纱线交叉形成矩阵方式排列的结构示意图；
图6为柔性基底层、第一导电纱线、压敏材料和第二导电纱线的位置关系示意图；
图7为实施例1～2压力感知智能织物电阻随正压力变化的关系图；
图1～图6中，1-第一柔性织物基底层、2-第一导电纱线、3-第一导电纱线电极、4-压敏材料、5-第二导电纱线、6-第二导电纱线电极、7-第二柔性织物基底层、8-保护层。
具体实施方式
本发明提供了一种压力感知智能织物，包括第一柔性织物基底层、第二柔性织物基底层和固定在所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层之间的压力感知层；
所述压力感知层包括若干第一导电纱线、压敏材料和若干第二导电纱线；所述若干第一导电纱线固定在第一柔性织物基底层的内侧表面，外接第一导电纱线电极；所述若干第二导纱线固定在第二柔性织物基底层的内侧表面，外接第二导电纱线电极；所述若干第一导电纱线和若干第二导电纱线交叉成矩阵方式排列；所述压敏材料以条状形式覆盖在第一导电纱线和/或第二导电纱线上，或以点状形式分布在第一导电纱线和第二导电纱线的矩阵交叉点上。
本发明提供的压力感知智能织物包括第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层。本发明中，所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层优选独立地包括机织物、针织物或非织造无纺布；本发明对所述机织物、针织物和非织造无纺布的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可；所述机织物、针织物和非织造布的材质优选包括棉、麻、涤纶、涤棉混纺或棉麻混纺。在本发明实施例中，所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层优选为纯棉平纹织物或涤棉混纺平纹织物；所述纯棉平纹织物的单位面积质量优选为185g/m2，经、纬纱密度优选为24tex；所述涤棉混纺平纹织物的单位面积质量优选为115g/m2，经、纬向纱线密度优选为520根/10cm。在本发明中，所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层的极限氧指数LOI独立地优选不低于28、拒水等级独立地优选为4级以上。
为使第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层的极限氧指数和拒水等级(拒水防止使用过程中沾水导致漏电)满足上述技术方案所述要求，本发明优选对所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层分别进行阻燃拒水整理，所述阻燃拒水整理优选包括以下步骤：
(a)将柔性织物基底层置于阻燃拒水处理液中浸泡进行上浆处理；
(b)将上浆后的柔性织物基底层依次进行预烘干和烘干；
(c)将烘干后的柔性织物基底层进行水洗；
(d)将水洗后的柔性织物基底层进行烘干。
在本发明中，所述步骤(a)中阻燃拒水处理液优选包括以下质量分数的组分：有机硅软化剂3％～5％，树脂交联剂1％～3％，阻燃剂15％～30％，无氟拒水剂1％～3％，其余为水。在本发明中，所述有机硅软化剂优选为氨基硅油、聚甲基含氢硅氧烷、聚甲基羟基硅氧烷或者为含有环氧乙烷、聚醚或氨基的改性有机硅助剂；所述树脂交联剂优选为环氧化合物交联剂或水性聚氨酯类交联剂，在本发明实施例中，所述树脂交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯；所述阻燃剂优选为2-乙基-甲基丙烯酰胺磷酸酯、磷酸二甲苯酯或磷-氮阻燃剂；所述无氟拒水剂优选为聚氨酯型无氟拒水剂或改性纳米硅拒水剂，在本发明实施例中，所述无氟拒水剂为烷基胺和丙烯酸脂聚合物；所述阻燃拒水处理液将各组分混合均匀即可得到。在本发明中，所述上浆处理优选采用二浸二轧的方式，轧余率优选为100％，其中单次浸泡的时间优选为20～30min。在本发明中，所述步骤(b)中预烘干的温度优选为80～100℃，时间优选为3～5min；烘干的温度优选为130～160℃，时间优选为3～5min。在本发明中，所述步骤(c)中水洗的温度优选为30℃，水洗的时间优选为60min。在本发明中，所述步骤(d)中烘干的温度优选为130～160℃，本发明对所述烘干的时间没有特别的要求，将水分充分除去即可。
本发明提供的压力感知智能织物包括固定在所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层之间的压力感知层；所述压力感知层包括若干第一导电纱线、压敏材料和若干第二导电纱线。
在本发明中，所述压力感知层包括若干第一导电纱线和若干第二导电纱线。在本发明中，所述第一导电纱线和第二导电纱线优选独立地包括石墨烯导电纱线、纳米银离子导电纱线或聚吡咯涂层导电纱线，即所述第一导电纱线和第二导电纱线是带有导电涂层的纱线，以石墨烯、纳米银离子或聚吡咯为涂层，所述第一导电纱线和第二导电纱线中纱线的材质优选包括锦纶、涤纶、或涤棉混纺；本发明对所述第一导电纱线和第二导电纱线的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明实施例中，所述第一导电纱线和第二导电纱线的细度优选小于等于30tex，所述第一导电纱线和第二导电纱线的捻度独立优选为350T/m～800T/m。在本发明中，所述第一导电纱线和第二导电纱线的极限氧指数LOI独立地优选不低于30；为使第一导电纱线和第二导电纱线的极限氧指数满足所述要求，本发明优选对所述第一导电纱线和第二导电纱线分别进行阻燃拒水整理；所述阻燃拒水整理的方法与上述方案相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述压力感知层包括压敏材料。在本发明中，所述压敏材料优选为吸附有炭黑粒子的聚烯烃薄膜；所述聚烯烃薄膜优选由乙烯和/或丙烯经高压聚合得到，本发明对所述聚烯烃薄膜的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可；本发明对所述聚烯烃薄膜的厚度没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知厚度的聚烯烃薄膜即可，在本发明实施例中，所述聚烯烃薄膜的厚度优选不超过0.15mm，更优选为0.12～0.15mm；克重优选为190～220g/m2，更优选为200～210g/m2，所述聚烯烃薄膜中聚烯烃分子量优选为80000～100000；所述炭黑粒子的粒径优选为15～30nm，更优选为29.5nm。
在本发明中，所述压敏材料优选将所述聚烯烃薄膜在炭黑溶液中浸泡后烘干而得到。在本发明中，所述炭黑溶液的溶剂优选为矿物油；所述炭黑溶液的表面张力优选为94m2/g，炭黑溶液中炭黑粒子的质量含量优选为96％；所述浸泡的温度优选为室温，浸泡的时间优选为60～90min。经过所述浸泡，炭黑溶液中的炭黑粒子通过分子间作用力吸附在聚烯烃薄膜上；所述烘干的温度优选为100～130℃，时间优选为3～5min。在本发明中，所述压敏材料在受力弯曲或压缩时，电阻会发生变化。
在本发明中，所述若干第一导电纱线固定在第一柔性织物基底层的内侧表面，外接第一导电纱线电极；所述若干第二导纱线固定在第二柔性织物基底层的内侧表面，外接第二导电纱线电极；所述若干第一导电纱线和若干第二导电纱线交叉成矩阵方式排列；所述压敏材料以条状形式覆盖在第一导电纱线和/或第二导电纱线上，或以点状形式分布在第一导电纱线和第二导电纱线的矩阵交叉点上。本发明对所述第一导电纱线电极和第二导电纱线电极没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的导电纱线电极即可，所述第一导电纱线电极和第二导电纱线电极的材质优选为铜。在本发明中，当所述压敏材料为条状形式时，所述压敏材料的宽度优选为3～5mm，长度以将导电纱线完全覆盖为准；当所述压敏材料为点状形式时，所述压敏材料的尺寸优选为4mm2～16mm2。
在本发明中，所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层未固定导电纱线的内侧表面还优选固定有柔性保护层；所述柔性保护层优选独立包括EVA胶膜、PA胶膜、PES胶膜或TPU胶膜。本发明对所述柔性保护层的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述保护层能够避免导电纱线磨损，进一步起到防水的作用。
本发明提供的压力感知智能织物的示意图如图1所示，实物图如图2所示；图1中1-第一柔性织物基底层、2-第一导电纱线、3-第一导电纱线电极、4-压敏材料、5-第二导电纱线、6-第二导电纱线电极、7-第二柔性织物基底层、8-保护层。
本发明提供的智能织物在受外力压迫时，其中的压敏材料发生形变，导致电阻发生变化，与第一导电纱线和第二导电纱线形成回路，使输出信号发生变化；而当外力撤去后，压敏材料在自身应力作用下恢复至初始状态，材料电阻恢复至初始值，实现智能压力感知。而且，本发明采用全织物柔性基底、导电纱线固定排布在柔性基底上，结合点状或长条状压敏材料的设计形式，使压力感知智能织物具有透气、柔软和可水洗的优点。
本发明提供了以上技术方案所述压力感知智能织物的制备方法，包括以下步骤：
将若干第一导电纱线固定于第一柔性织物基底层的内侧表面；
将若干第二导电纱线固定于第二柔性织物基底层的内侧表面；
将压敏材料以长条状或点状形式固定在第一导电纱线和/或第二导电纱线上；
将固定有导电纱线和压敏材料的柔性织物基底层与固定有导电纱线的柔性织物基底层相对放置并固定在一起，所述相对放置使第一导电纱线和第二导电纱线交叉成矩阵方式排列，点状压敏材料分布在矩阵交叉点上；
将第一导电纱线和第二导电纱线分别外接第一导电纱线电极和第二导电纱线电极。
本发明将若干第一导电纱线固定于第一柔性织物基底层的内侧表面。在本发明中，所述第一导电纱线固定的方式优选为：将所述第一导电纱线作为面线或底线，通过缝纫线迹方式固定于第一柔性织物基底层的内侧表面。本发明对缝纫线迹方式没有具体的要求，采用本领域技术人员熟知的缝纫线迹方式即可。在本发明中，固定有第一导电纱线的第一柔性织物基底层的结构如图3中(a)所示，其中1-第一柔性织物基底层、2-第一导电纱线、3-第一导电纱线电极。
本发明将若干第二导电纱线固定于第二柔性织物基底层的内层表面。在本发明中，所述第二导电纱线固定的方式优选为：将所述第二导电纱线作为面线或底线，通过缝纫线迹方式固定于第二柔性织物基底层的内侧表面。本发明对缝纫线迹方式没有具体的要求，采用本领域技术人员熟知的缝纫线迹方式即可。在本发明中，固定有第二导电纱线的第二柔性织物基底层的结构如图3中(b)所示。图3(b)中，5-第二导电纱线、6-第二导电纱线电极、7-第二柔性织物基底层。
本发明将压敏材料以长条状或点状形式固定在第一导电纱线和/或第二导电纱线上。在本发明中，所述压敏材料优选通过粘附的方式固定在第一导电纱线和/或第二导电纱线上。当所述压敏材料以长条状形式固定在第一导电纱线或第二导电纱线上时，所述压敏材料与导电纱线的具体结合方式如图4中(a)所示；当所述压敏材料以点状形式固定在第一导电纱线或第二导电纱线上时，所述压敏材料与导电纱线的具体结合方式如图4中(b)所示。图4中，2-第一导电纱线、3-第一导电纱线电极、4-压敏材料、5-第二导电纱线、6-第二导电纱线电极、7-第二柔性织物基底层。本发明对所述粘附的方式没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的粘附方式即可，如采用热熔胶进行粘附。
本发明将固定有导电纱线和压敏材料的柔性织物基底层与固定有导电纱线的柔性织物基底层相对放置并固定在一起，所述相对放置使第一导电纱线和第二导电纱线交叉成矩阵方式排列，点状压敏材料分布在矩阵交叉点上。在本发明中，所述固定有导电纱线和压敏材料的柔性织物基底层与固定有导电纱线的柔性织物基底层优选通过粘附或缝纫线迹固定。在本发明中，所述第一导电纱线和第二导电纱线交叉形成矩阵方式排列的示意图如图5所示；所述柔性基底层、第一导电纱线、压敏材料和第二导电纱线的位置关系如6所示。图5和图6中，1-第一柔性织物基底层、2-第一导电纱线、3-第一导电纱线电极、4-压敏材料、5-第二导电纱线、6-第二导电纱线电极、7-第二柔性织物基底层、8-保护层。
本发明将第一导电纱线和第二导电纱线分别外接第一导电纱线电极和第二导电纱线电极。本发明对所述外接导电纱线电极的方法没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的连接方式即可。
在本发明中，所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层未固定导电纱线的外侧表面还优选粘附上柔性保护层。在本发明中，所述保护层优选为单侧带胶的薄膜，通过带胶侧与柔性织物基底层未固定导电纱线的外侧表面粘附在一起。
本发明提供了所述压力感知智能织物的制备方法，过程简单，易于操作，成本低。
本发明提供了以上技术方案所述压力感知智能织物或以上技术方案所述制备方法得到的压力感知智能织物在智能可穿戴领域中的应用。本发明提供的压力感知智能织物中压敏材料位于纵横交错的导电纱线之间，分布于整块织物上，形成多个压力探测点；且具有透气、柔软和可水洗的优点，因而在智能可穿戴领域具有广泛的应用前景，如制作智能服饰、智能坐垫、智能床垫、智能床单等服用和家用纺织产品等，记录使用者日常脉搏和肌肉压力等生理指标。具体地，脉搏跳动能够对所述压力感知智能织物产生轻微形变影响，将脉搏跳动产生的力信号转化为电信号；当所述压力感知智能织物作为服装穿着于人体，若服装为紧身衣或相对比较贴身的衣物，人体则会对服装产生一定的压力，通过力与反作用力，则可计算出织物对肌肉产生的压力。
下面结合实施例对本发明提供的压力感知智能织物及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种压力感知智能织物，组成材料如下：
第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层为纯棉平纹织物，织物的单位面积质量为185g/m2，经、纬纱密度均为24tex，对第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层进行阻燃拒水整理，阻燃拒水处理液的组成为：有机硅软化剂(氨基硅油)5wt％，树脂交联剂(三烯丙基异三聚氰酸酯)2wt％，阻燃剂(磷酸二甲苯酯)20wt％，无氟拒水剂(烷基胺和丙烯酸脂聚合物)3wt％，其余为水；阻燃拒水整理的方法为：将第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层分别置于阻燃拒水处理液中进行上浆，室温浸泡30min，二浸二轧，轧余率100％；将上浆的柔性织物基底层置于烘箱中100℃预烘干5min，随后放入160℃烘箱中烘干3min；将烘干的柔性织物基底层置于水洗设备中进行水洗处理，洗涤温度30℃，洗涤时间60min；将水洗的柔性织物基底层置于烘箱中150℃烘干。经阻燃拒水整理的基底层织物，极限氧指数LOI为28，拒水等级为4级。
第一导电纱线和第二导电纱线为银涂层锦纶导电纱线，导电纱线的细度为21tex，纱线捻度为400T/m。
对第一导电纱线和第二导电纱线进行阻燃拒水整理，阻燃拒水处理液的组成：有机硅软化剂(氨基硅油)5wt％，树脂交联剂(三烯丙基异三聚氰酸酯)2wt％，阻燃剂(磷酸二甲苯酯)20wt％，无氟拒水剂(烷基胺和丙烯酸脂聚合物)3wt％，其余为水；阻燃拒水整理的方法为：将导电纱线置于阻燃拒水处理液中，室温浸泡30min，二浸二轧，轧余率100％；将浸泡的导电纱线置于烘箱中预烘干5min，温度100℃，随后放入160℃烘箱中烘干3min；将烘干的导电纱线置于水洗设备中进行水洗处理，洗涤温度30℃，洗涤时间60min；将水洗的导电纱线置于烘箱中烘干，温度150℃。经阻燃拒水整理的导电纱线极限氧指数LOI为30。
压敏材料的制备方法为：将购买的聚烯烃薄膜(乙烯和丙烯高压聚合而成，聚烯烃分子量80000～100000，薄膜克重为207g/m2，由3M公司生产)室温浸泡于炭黑溶液中90min，炭黑溶液中炭黑粒子的直径约为29.5nm，溶液的表面张力为94m2/g，炭黑含量为96％；然后放入130℃烘箱中烘干3min。
保护层为EVA胶膜。
压力感知智能织物的制备方法如下：
如图3所示，将第一导电纱线通过缝纫线迹方式间隔1cm固定于第一柔性织物基底层的一侧表面；将第二导电纱线通过缝纫线迹方式间隔1cm固定于第二柔性织物基底层的一侧表面；将保护层分别粘附于第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层不含有导电纱线的一侧。如图4(a)所示，将条状(宽度为3mm)压敏材料通过热熔胶粘附于第一导电纱线上。将固定有第二导电纱线和保护层的第二柔性基底层和固定有第一导电纱线及压敏材料的第一柔性织物基底层一侧相对放置并通过缝纫线缝迹的方式固定，两层导电纱线成矩阵方式排列，如图5所示。将第一导电纱线和第二导电纱线分别外接于第一导电纱线电极和第二导电纱线电极。
实施例2
一种压力感知智能织物，组成材料如下：
第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层为涤棉混纺平纹织物，织物的单位面积质量为115g/m2，经纬向纱线密度均为520根/10cm；对第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层进行阻燃拒水整理，阻燃拒水处理液的组成为：有机硅软化剂(氨基硅油)3wt％，树脂交联剂(三烯丙基异三聚氰酸酯)1wt％，阻燃剂(磷酸二甲苯酯)15wt％，无氟拒水剂(烷基胺和丙烯酸脂聚合物)1wt％，其余为水；阻燃拒水整理方法为：将第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层分别置于阻燃拒水处理液中进行上浆，室温浸泡20min，二浸二轧，轧余率100％；将上浆的柔性织物基底层置于烘箱中80℃预烘干3min，随后放入130℃烘箱中烘干3min；将烘干的柔性织物基底层置于水洗设备中进行水洗处理，洗涤温度30℃，洗涤时间60min；将水洗的柔性织物基底层置于烘箱中130℃烘干。经阻燃拒水整理的基底层织物，极限氧指数LOI为28，拒水等级为4级。
第一导电纱线和第二导电纱线为银涂层锦纶导电纱线，导电纱线的细度为21tex，纱线捻度为400T/m；对第一导电纱线和第二导电纱线进行阻燃拒水整理，阻燃拒水处理液的组成：有机硅软化剂(氨基硅油)3wt％，树脂交联剂(三烯丙基异三聚氰酸酯)1wt％，阻燃剂(磷酸二甲苯酯)15wt％，无氟拒水剂(烷基胺和丙烯酸脂聚合物)1wt％，其余为水；阻燃拒水整理方法为：将第一导电纱线和第二导电纱线分别置于阻燃拒水处理液中，室温浸泡20min；二浸二轧，轧余率100％；将浸泡的导电纱线置于烘箱中预烘干3min，温度80℃，随后放入130℃烘箱中烘干3min；将烘干的导电纱线置于水洗设备中进行水洗处理，洗涤温度30℃，洗涤时间60min；将水洗的导电纱线置于烘箱中烘干，温度130℃。经阻燃拒水整理的导电纱线，极限氧指数LOI为30。
压敏材料的制备方法为：将购买的聚烯烃薄膜(乙烯和丙烯高压聚合而成，聚烯烃分子量80000～100000，薄膜克重为207g/m2，由3M公司生产)室温浸泡于炭黑溶液中60min，炭黑溶液中炭黑粒子的直径约为29.5nm，溶液的表面张力为94m2/g，炭黑含量为96％；然后放入100℃烘箱中烘干5min。
保护层为PA胶膜。
压力感知智能织物的制备方法如下：
如图3所示，将第一导电纱线通过缝纫线迹方式间隔1cm固定于第一柔性织物基底层的一侧表面；将第二导电纱线通过缝纫线迹方式间隔1cm固定于第二柔性织物基底层的一侧表面；将保护层分别粘附于第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层不含有导电纱线的一侧。如图4(b)所示，将压敏材料通过热熔胶以点状(9mm2)粘附于第一导电纱线上。将固定有第二导电纱线和保护层的第二柔性基底层和固定有第一导电纱线及压敏材料的第一柔性基底层一侧相对放置并通过缝纫线缝迹的方式固定，两层导电纱线成矩阵方式排列，点状压敏材料分布在矩阵交叉点上，如图1所示。将第一导电纱线和第二导电纱线分别外接于第一导电纱线电极和第二导电纱线电极。
按照国家标准GBT5455-1997纺织品燃烧性能试验垂直法规定的方法对实施例1、实施例2中经过阻燃拒水整理的柔性织物基底层和未经处理的空白柔性织物基底层(织物，不测试纱线)进行测定，结果如表1所示：
表1实施例1～2中经过阻燃拒水整理的柔性织物基底层和未经处理的空白柔性织物基底层的阻燃性能
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 空白样 |
| 损毁长度/mm | <100 | <100 | >150 |
| 垂直燃烧等级 | B1 | B1 | B2 |
由表1可以看出，经过阻燃拒水整理的柔性织物基底层其阻燃性能明显提高。
对实施例1和实施例2中得到的压敏材料的基本参数和电阻率进行测定，电阻率采用范德堡测量法，结果如表2所示：
表2实施例1～2中压敏材料的基本参数和电阻率
由表2可以看出，经炭黑浸渍处理的聚烯烃薄膜具有良好的导电性和力敏感性(压敏性)。表2中，“--”表示变化不显著。
将实施例1和实施例2得到的压力感知智能织物和柔性织物基底层按照国标GB/T18318.1-2009斜面法和GB/T5453-1993织物透气性的测定方法分别测试抗弯刚度和透气性；将实施例1和实施例2中的织物放入含有去离子水和洗涤剂(蓝月亮洗涤液)的电磁搅拌器中洗涤30min，用去离子水漂洗两次，在室温下晾干，按照国标GB/T18318.1-2009斜面法和GB/T5453-1993织物透气性的测定方法分别测试抗弯刚度和透气性，结果如表3所示：
表3实施例1～2压力感知智能织物和柔性织物基底层抗弯刚度和透气性
由表3可以看出，实施例1～2得到的压力感知智能织物洗涤前后均具有良好的透气性、柔韧性和可水洗性。
图7是实施例1～2压力感知智能织物的电阻随正压力变化的关系图，由图7可以看出，实施例1～2压力感知智能织物对压力探测的灵敏度高。实施例1～2得到的压力感知智能织物在受到外力压迫时，压敏材料发生形变，导致电阻发生变化，与第一导电纱线线和第二导电纱线形成回路，使输出信号发生变化；当外力撤去后，压敏材料在自身应力作用下恢复至初始状态，材料电阻恢复至初始值。且压敏材料位于纵横交错的导电纱线之间，分布于整块织物上，形成多个压力探测点，能准确、详细记录消费者的脉搏、心跳等生理指标，结构简单、灵敏度高。
由以上实施例可以看出，本发明提供的智能织物实现了织物的智能压力感知，而且具有透气、柔软和可水洗的优点。
以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种压力感知智能织物，其特征在于，包括第一柔性织物基底层、第二柔性织物基底层和固定在所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层之间的压力感知层；
所述压力感知层包括若干第一导电纱线、压敏材料和若干第二导电纱线；所述若干第一导电纱线固定在第一柔性织物基底层的内侧表面，外接第一导电纱线电极；所述若干第二导纱线固定在第二柔性织物基底层的内侧表面，外接第二导电纱线电极；所述若干第一导电纱线和若干第二导电纱线交叉成矩阵方式排列；所述压敏材料以条状形式覆盖在第一导电纱线和/或第二导电纱线上，或以点状形式分布在第一导电纱线和第二导电纱线的矩阵交叉点上。
2.根据权利要求1所述的压力感知智能织物，其特征在于，所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层独立地包括机织物、针织物或非织造无纺布；所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层的极限氧指数LOI独立地不低于28、拒水等级独立地在4级以上。
3.根据权利要求1所述的压力感知智能织物，其特征在于，所述第一导电纱线和第二导电纱线独立地包括石墨烯导电纱线、纳米银离子导电纱线或聚吡咯涂层导电纱线；所述第一导电纱线和第二导电纱线的极限氧指数LOI独立地不低于30。
4.根据权利要求1所述的压力感知智能织物，其特征在于，所述压敏材料为吸附有炭黑粒子的聚烯烃薄膜；所述聚烯烃薄膜由乙烯和/或丙烯经高压聚合得到，所述炭黑粒子的粒径为15～30nm。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的压力感知智能织物，其特征在于，所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层未固定导电纱线的外侧表面还固定有柔性保护层；所述柔性保护层独立包括EVA胶膜、PA胶膜、PES胶膜或TPU胶膜。
6.权利要求1～5任意一项所述压力感知智能织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将若干第一导电纱线固定于第一柔性织物基底层的内侧表面；
将若干第二导电纱线固定于第二柔性织物基底层的内侧表面；
将压敏材料以长条状或点状形式固定在第一导电纱线和/或第二导电纱线上；
将固定有导电纱线和压敏材料的柔性织物基底层与固定有导电纱线的柔性织物基底层相对放置并固定在一起，所述相对放置使第一导电纱线和第二导电纱线交叉成矩阵方式排列，点状压敏材料分布在矩阵交叉点上；
将第一导电纱线和第二导电纱线分别外接第一导电纱线电极和第二导电纱线电极。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一导电纱线和第二导电纱线固定的方式为：将所述第一导电纱线或第二导电纱线作为面线或底线，通过缝纫线迹方式固定于第一柔性织物基底层或第二柔性织物基底层的内侧表面。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述压敏材料固定在第一导电纱线和/或第二导电纱线上的方式为粘附；所述固定有导电纱线和压敏材料的柔性织物基底层与固定有导电纱线的柔性织物基底层通过粘附或缝纫线迹固定。
9.根据权利要求6～8任意一项所述的制备方法，其特征在于，第一导电纱线和第二导电纱线固定之后还包括：在所述第一柔性织物基底层和第二柔性织物基底层未固定导电纱线的外侧表面粘附上柔性保护层。
10.权利要求1～5任意一项所述压力感知智能织物或权利要求6～9任意一项所述制备方法得到的压力感知智能织物在智能可穿戴领域中的应用。
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