CN114411304A - 一种电阻式柔性应变传感织带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电阻式柔性应变传感织带及其制备方法，在织带的纬纱(1)中加入导电无弹力纱线，所述导电无弹力纱线为织带提供了传感作用的来源和基础，在织带的经纱中加入非导电弹力纱线(3)形成经向的可伸缩组织结构，导电无弹力纱线两端之间的电阻值随织带拉伸长度的变化而变化，使得导电无弹力纱线两端之间的电阻变化间接表征织带的经向拉伸和回缩变化；在织带的制备方法中对经纱中的非导电弹力纱线进行拉伸后编织，使得下机后的织带纬向伸展，经向收缩使得经纱中的非导电无弹力纱线弯曲形成纱圈遮盖于导电无弹力纱线表面。

Description

一种电阻式柔性应变传感织带及其制备方法
技术领域
本发明涉及应变传感技术领域，具体为一种电阻式柔性应变传感织带及其制备方法。
背景技术
以纺织材料为载体的柔性传感织物具有较好的柔韧性和延展性，相比于传统的电子刚性传感器更适于与人体皮肤直接舒适接触，柔性传感织物利用材料应变与电学信号间产生的关联从而具有传感效果。
现有技术采用在织带表面涂覆导电材料以获取电学特征变化，但在使用时容易磨损而影响织带的传感性能，而要把经向的弹力纱做成导电纱其工艺十分复杂，如何提供一种电阻式柔性应变传感织带及其制备方法使得织带传感性能稳定且易生产是目前尚未解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种电阻式柔性应变传感织带及其制备方法。
本发明提供了一种电阻式柔性应变传感织带，是由经纱和纬纱交织而成的织带，纬纱中包括至少1根导电无弹力纱线，经纱由数量为6～10根的非导电无弹力纱线，配比数量为1根非导电弹力纱线构成，其中，按每6～10根非导电无弹力纱线后编排一根非导电弹力纱线的规律均匀间隔排布。
进一步的，所述导电无弹力纱线为镀银尼龙导电纱或为由碳系材料构成的导电纱线或为由导电纳米材料纺制的导电纱。
进一步的，所述非导电无弹力纱线为天然纤维或化学纤维构成的纱线。
进一步的，所述非导电弹力纱线为包芯纱，其芯层为乳胶丝或弹力氨纶丝。
本发明还提供了一种电阻式柔性应变传感织带的制备方法，包括：
步骤一：以6～10根非导电无弹力纱线配比1根非导电弹力纱线的数量配比作为经纱，以至少1根导电无弹力纱线作为纬纱；经纱中按每6～10根非导电无弹力纱线后编排1根非导电弹力纱线的规律均匀间隔排布，调节其中的非导电弹力纱线的上机张力以使得经纱中的非导电弹力纱线伸长至原长的1.5～3倍，将经纱和纬纱以纬编机织物的组织结构进行编织；
步骤二：将编织后形成的织带下机，在受到经纱中非导电弹力纱线的弹力回缩作用下织带经向收缩，其中非导电弹力纱线经向收缩恢复原长，导电无弹力纱线经向收缩纬向伸展使得相邻的经线段接触贴合，经纱中的非导电无弹力纱线经向收缩弯曲形成纱圈，纱圈遮盖于导电无弹力纱线上，即得所述电阻式柔性应变传感织带。
进一步的，所述纬纱还包括非导电无弹力纱线，纬纱中以每一根导电无弹力纱线编排一根非导电无弹力纱线作为双纬特征引入，编织形成的织带是以经二重组织或双层组织为基础的双纬组织结构。
进一步的，织带经向拉伸因变量在0～60％时，导电无弹力纱线两端之间的电阻与织带的拉伸应变量呈正相关。
本发明的有益效果是：
1、本发明将导电无弹力纱线作为纬纱，非导电无弹力纱线和非导电弹力纱作为经纱织成经向可伸缩的织带，当织带的经向产生大变形时导电无弹力纱线两端之间的电阻会发生变化，可直接对应检测对象的形状变化；对比现有技术，本发明的织带本身具备传感作用，不需要再进行导电涂覆层处理或是对成型织物的进一步加工处理。
2、由于电信号采集方向也为纬向，纬纱不具备弹力，在织带受力时纬向只产生被动小变形，使得检测过程中稳定性好，准确度高。
3、因非导电弹力纱线的作用而在织带下机后会产生经向回缩，回缩后经纱中的非导电无弹力纱线会所后形成纱圈堆积，纱圈对纬向导电无弹力纱线起到遮蔽作用，保护了导电无弹力纱线，从而提高了传感织带使用寿命。
附图说明
图1为实施例一种电阻式柔性应变传感织带的交织示意图。
图2为实施例一中柔性应变传感织带在经向10％应变下循环拉伸回复过程中的电阻值变化情况。
图3为实施例一中柔性应变传感织带的电阻变化量随应变量的变化规律。
图中所示：1、纬纱；2、非导电无弹力纱线；3、非导电弹力纱线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，
本发明公开了一种电阻式柔性应变传感织带，是由经纱和纬纱交织而成的织带，纬纱1中包括至少1根导电无弹力纱线，经纱由数量为6～10根的非导电无弹力纱线2，配比数量为1根非导电弹力纱线3构成，其中，按每6～10根非导电无弹力纱线2后编排一根非导电弹力纱线3的规律均匀间隔排布。
导电无弹力纱线在织带经向的两端伸出，分别与电极连接以测定电阻值。
本发明还提供了一种电阻式柔性应变传感织带的制备方法，包括：
步骤一：以6～10根非导电无弹力纱线配比1根非导电弹力纱线的数量配比作为经纱，以至少1根导电无弹力纱线作为纬纱；经纱中按每6～10根非导电无弹力纱线后编排1根非导电弹力纱线的规律均匀间隔排布，调节其中的非导电弹力纱线的上机张力以使得经纱中的非导电弹力纱线伸长至原长的1.5～3倍，将经纱和纬纱以纬编机织物的组织结构进行编织；
步骤二：将编织后形成的织带下机，在受到经纱中非导电弹力纱线的弹力回缩作用下织带经向收缩，其中非导电弹力纱线经向收缩恢复原长，导电无弹力纱线经向收缩纬向伸展使得相邻的经线段接触贴合，经纱中的非导电无弹力纱线经向收缩弯曲形成纱圈，纱圈遮盖于导电无弹力纱线上，即得所述电阻式柔性应变传感织带。
实施例一
使用尼龙长丝纱作为经纱中的非导电无弹力纱线，镀银尼龙导电纱作为纬纱中的导电无弹力纱线，如图1所示，经纱和纬纱基于经二重组织结构交织，经纱分为表经纱和里经纱而形成表里效应，表经纱和里经纱的排列比为1:1，表里均为3上1下急斜纹，即每根经纱压3根纬纱上面，再被1根纬纱压下面，按这个规律持续循环；同时使用乳胶丝弹力包芯纱作为非导电弹力纱线，每8根表里的尼龙长丝纱后编排1根乳胶丝弹力包芯纱，调节乳胶丝弹力包芯纱的上机张力，使得其伸长量达到原长的2倍，乳胶丝弹力包芯纱与镀银尼龙导电纱线在1上1下规律下交织，并起到固结织带整体的作用，即形成图1所示的结构。
织带下机后乳胶丝弹力包芯纱在自身弹力的作用下经向收缩，带动织带整体收缩，其中尼龙长丝因本身不具备弹力，收缩后形成线圈，线圈堆积于织带表面，镀银尼龙导电纱线经向收缩，纬向伸展。
所述柔性应变传感织带织造完成后，在织物经向头尾两端各伸出一定长度的镀银尼龙导电纱线，直接用于连接测试传感电阻的仪器导线电极，便于测试电阻值的数据变化。
实施例一中所述织造使用的纱线中，尼龙长丝纱细度为70D/2，乳胶丝弹力包芯纱中乳胶丝规格为32#，即每32根纱线为一英寸的粗细，外层包覆两根70D尼龙长丝，镀银尼龙导电纱细度为100D，所述镀银尼龙导电纱本身无弹性，电阻率为700Ω/m。
如图2为实施例一所提供的织带在经向10％应变下循环拉伸和回复20次的过程中测定的导电无弹力纱线两端之间的电阻值变化情况，，织带收缩状态下长度为10cm，说明本发明的柔性应变传感织带在该工艺参数设计下制备具有稳定性。
如图3为实施例一所提供的织带在经向应变量在0～60％的范围中电阻变化量随织带应变量变化的变化规律，织带收缩状态下长度为10cm，，每间隔5％测定一次，图中所示电阻变化量为每一次测定值与前一次测定值的差值，可见应变量0～60％范围内织带的拉伸长度与电阻大小成正相关，其中电阻变化特征的趋势在5％应变量前增长明显，随后趋于平缓。
作为优选，其中纬纱在织带织造过程中以双纬特征引入，双纬包括一根导电无弹力纱线和一根非导电无弹力纱线，即图1所示每一纬在实际工艺中对应相同走向的两根纬纱，因所采用的镀银尼龙导电纱舒适度较差，引入双纬可将非导电无弹力纱线作为纬纱编织于织带与人体贴合的织面，提高织带的舒适度。以双纬特征引入的织带其机织结构包括但不仅限于实施例一所述的经二重组织双纬结构，具体可包括经二重组织或双层组织为基础的双纬组织结构。
实施例一中的导电无弹力纱线可优选为碳系材料构成的导电纱线或导电纳米材料纺制的导电纱；非导电无弹力纱线可优选为天然纤维纱线或化学纤维纱线，其中非导电弹力纱线的芯层可优选为弹力氨纶丝。
此外需指出，以上所述实施例为本发明的较佳实施方法，但并不用以限制本发明，凡在本发明提出的制备方法与技术范围内，所作的任何修改或变换方式等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电阻式柔性应变传感织带，是由经纱和纬纱交织而成的织带，纬纱(1)中包括至少1根导电无弹力纱线，其特征在于：经纱由数量为6～10根非导电无弹力纱线(2)，配比数量为1根非导电弹力纱线(3)构成，其中，按每6～10根非导电无弹力纱线(2)后编排一根非导电弹力纱线(3)的规律均匀间隔排布。
2.根据权利要求1所述的一种电阻式柔性应变传感织带，其特征在于：所述导电无弹力纱线为镀银尼龙导电纱或为由碳系材料构成的导电纱线或为由导电纳米材料纺制的导电纱。
3.根据权利要求1所述的一种电阻式柔性应变传感织带，其特征在于：所述非导电无弹力纱线为天然纤维或化学纤维构成的纱线。
4.根据权利要求1所述的一种电阻式柔性应变传感织带，其特征在于：所述非导电弹力纱线为包芯纱，其芯层为乳胶丝或弹力氨纶丝。
5.一种电阻式柔性应变传感织带的制备方法，包括：
步骤一：以6～10根非导电无弹力纱线配比1根非导电弹力纱线的数量配比作为经纱，以至少1根导电无弹力纱线作为纬纱；经纱中按每6～10根非导电无弹力纱线后编排1根非导电弹力纱线的规律均匀间隔排布，调节其中的非导电弹力纱线的上机张力以使得经纱中的非导电弹力纱线伸长至原长的1.5～3倍，将经纱和纬纱以纬编机织物的组织结构进行编织；
步骤二：将编织后形成的织带下机，在受到经纱中非导电弹力纱线的弹力回缩作用下织带经向收缩，其中非导电弹力纱线经向收缩恢复原长，导电无弹力纱线经向收缩纬向伸展使得相邻的经线段接触贴合，经纱中的非导电无弹力纱线经向收缩弯曲形成纱圈，纱圈遮盖于导电无弹力纱线上，即得所述电阻式柔性应变传感织带。
6.根据权利要求5所述的一种电阻式柔性应变传感织带的制备方法，其特征在于：所述纬纱还包括非导电无弹力纱线，纬纱中以每一根导电无弹力纱线编排一根非导电无弹力纱线作为双纬特征引入，编织形成的织带是以经二重组织或双层组织为基础的双纬组织结构。
7.根据权利要求5所述的一种电阻式柔性应变传感织带的制备方法，其特征在于：织带经向拉伸因变量在0～60％时，导电无弹力纱线两端之间的电阻与织带的经向拉伸应变量呈正相关。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A resistive flexible strain sensing ribbon and its preparation method

Effective date of registration: 20231206

Granted publication date: 20230623

Pledgee: Dongyang sub branch of Bank of China Ltd.

Pledgor: ZHEJIANG AOYA ELASTIC Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980069512

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