CN114934336A - 导电混纺纱线、阻燃导电织物及柔性智能可穿戴设备 - Google Patents

导电混纺纱线、阻燃导电织物及柔性智能可穿戴设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导电混纺纱线、阻燃导电织物及柔性智能可穿戴设备，该导电混纺纱线，用于制造阻燃导电织物电极，以镀银锦纶长丝作为包芯材料，以质量比为50％的芳纶纤维、50％的阻燃黏胶纤维进行混纺作为包覆材料。本发明在高温作用环境下，需要兼具柔韧性、透气性、穿着舒适性、阻燃性的多功能纺织材料作为传感材料，导电混纺纱线在兼具阻燃性的同时，加入了阻燃黏胶，具备穿着舒适性，此外，用它作为电极材料可为整个智能可穿戴设备提供电阻。

Description

导电混纺纱线、阻燃导电织物及柔性智能可穿戴设备
技术领域
本发明属于柔性智能可穿戴技术领域，具体涉及一种导电混纺纱线、阻燃导电织物及柔性智能可穿戴设备。
背景技术
随着人们生活水平的提高，服装面料除了满足人体穿着舒适和维持热平衡等基本功能之外，还可根据需要添加其他功能，如健康监测、娱乐、交流等。近年来，可穿戴柔性传感器因其在人体健康监测中具备质量轻、舒适性和便携性等独特的优越性能，且可以实现在连续人体健康监测而备受关注。具有健康监测功能的可穿戴柔性传感器可以通过随时监测和查看健康状况，并将监测数据随时发送到移动设备，以便于及时对自己的健康状况做出判断、指导，提出合理性的意见。
目前，柔性传感器作为一种重要的可穿戴电子器件，已经被广泛的研究和报道，然而如何实现在响应时间、稳定性、可靠性和佩戴舒适性良好的同时，实现高灵敏度和宽传感范围仍然是一个关键的挑战，现有技术的可穿戴柔性传感器具有体积大，传感范围窄，以及需要高功率功能和灵敏度的医疗传感器系统领域。
目前，利用多功能材料进行智能可穿戴纺织品的大规模生产仍面临重大障碍；同时，如何在不牺牲面料固有属性的前提下赋予面料多种功能，也是一个重大挑战，且制造具有可调节的形态和性能，同时在柔韧性、透气性、穿着舒适性方面表现良好的多功能纺织品仍然是一个关键的挑战。
高温作业人员在工作中有两个热危害需要注意—火灾本身和热应力。热应力，当身体处于压力之下，有过热的危险时，当一个人暴露在极端的高温下，身体无法正常冷却时，就会出现热应力；这会导致危及生命的情况，如中暑或心脏病发作，使用智能可穿戴装置，心电图监测对于与心脏状况相关的持续健康至关重要，高温作用人员是在高压力环境下工作的高风险群体，需要专门设计的柔性智能可穿戴装置来监测他们的健康状况。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种导电混纺纱线、阻燃导电织物及柔性智能可穿戴设备
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种导电混纺纱线，用于制造阻燃导电织物电极，该导电混纺纱线以镀银锦纶长丝作为包芯材料，以质量比为50％的芳纶纤维、50％的阻燃黏胶纤维进行混纺作为包覆材料。
上述方案中，所述镀银锦纶长丝的电阻值小于1Ω/cm，所述锦纶基镀银长丝规格为70D。
上述方案中，所述导电混纺纱线的制造工艺流程：依次通过和毛、梳棉、头并、二并、三并、四并形成粗纱，所述粗砂和银纤维长丝形成细纱，在经过自动络筒获得镀银锦纶长丝。
本发明实施例还提供一种阻燃导电织物，用于传感发生电阻变化，该阻燃导电织物由上述方案中所述的导电混纺纱线编织的针织物、刺绣织物或机织物。
本发明实施例还提供一种柔性智能可穿戴设备，包括舒适性内层衣物、3D间隔织物、如上述方案中所述的阻燃导电织物，所述3D间隔织物设置在舒适性内层衣物和阻燃导电织物之间，用于为来自外部运动的阻燃导电织物提供缓冲，并且在皮肤与导电织物电极之间形成具有压缩特性的弹性支撑，所述内层织物面向皮肤。
上述方案中，所述3D间隔织物为具有阻燃特性的纬编间隔针织物，织物克重为360g/m2，31千帕的压缩强度，织物间距为1.5cm。
上述方案中，所述3D间隔织物的制备方法为：选用双针杆拉舍尔经编机制备，在横向阵列上沿轴向顺序互连线圈，通过经轴向每根针提供至少一根单独的纱，通过在相邻的针之间来回移动纱，线圈可以在宽度方向上连接在一起；
每根经编织针都有独立的线圈，经编机织针同时产生平行的系线圈行，线圈以锯齿形成互锁，采用一种或多组经纱的片状或扁平形式，纱线从经轴喂入机器的一排织针。
上述方案中，所述3D间隔织物为具有阻燃特性的纬编间隔针织物，所述纬编间隔针织物为由聚酯纤维、阻燃的Nomex纤维混纺纱、芳纶1313、捻纱编织而成。
上述方案中，还包括心电处理模块，用于可操作的耦合到导电织物电极，被配置成获取和处理一个或多个生理信号由相应的一个或多个传感器检测。
与现有技术相比，本发明在高温作用环境下，需要兼具柔韧性、透气性、穿着舒适性、阻燃性的多功能纺织材料作为传感材料，导电混纺纱线在兼具阻燃性的同时，加入了阻燃黏胶，具备穿着舒适性，此外，用它作为电极材料可为整个智能可穿戴设备提供电阻。
附图说明
此处所说明的附图用来公开对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供一种柔性智能可穿戴设备的面料结构示意图；
图2是本发明实施例提供一种柔性智能可穿戴设备中3D间隔织物的结构图。
图3为本发明实施例提供一种柔性智能可穿戴设备的结构示意图。
图4为导电针织传感器在5次重复压缩下的应变-电容曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
本发明实施例提供一种导电混纺纱线，用于制造阻燃导电织物电极，该导电混纺纱线以镀银锦纶长丝作为包芯材料，以质量比为50％的芳纶纤维、50％的阻燃黏胶纤维进行混纺作为包覆材料。
所述镀银锦纶长丝的电阻值小于1Ω/cm，所述锦纶基镀银长丝规格为70D。
本发明的混纺纱线可用于通过开松、梳理、并条、细纱、加捻和卷绕的过程形成纱线。
本发明的导电混纺纱线的制造工艺流程:
Figure BDA0003637114710000041
开清棉工序
为提高纤维的转移效果，锡林与盖板间隔为0.25～0.4，生条定量为17～18g/m2，上下轧辊之间隔距为0.2～0.3mm，锡林速度为300～350r/min，道夫速度为15～30r/min，刺辊速度为700～800r/min，盖板速度为70～85r/min。
并条工序
并条采用四道并和，罗拉速度为190～200m/mim，喇叭口2～3mm，熟条定量4～5g/m，罗拉隔距为180mm。
粗纱工序
粗纱定量为5.5g/10m，总牵伸倍数为7～8倍，前罗拉转速为180～200r/min，罗拉隔距为10×26.5×31mm。
细纱工序
细纱总牵伸30～40倍，后牵伸1～2倍，捻系数为350～380，罗拉隔距为18差24mm，钳口隔距为3.0～5.0mm。
本发明实施例还提供一种阻燃导电织物，用于传感发生电阻变化，该阻燃导电织物由导电混纺纱线编织的针织物、刺绣织物或机织物。
将导电复合纱线在针织机上织造得到阻燃性能导电织物电极，导电针织物电极采用单面四针圆纬机成圆机件及其配置。
其使用交织、缠绕和拼接成单个导电路径，该单个导电路径仅具有电子接口设备的两个连接点，跨越一定长度或宽度的纺织纤维。
导电针织物为纬平针组织，如上所述的导电织物电极中，锦纶基镀银长丝的含量为银含量高于70％的镀银纤维，导电针织物为纬平针组织，导电针织物的经密为20～70纵行数/5cm，纬密为30～60纵行数/5cm，厚度为0.3～1mm，克重为170～273g/cm2。
本发明实施例还提供一种柔性智能可穿戴设备，如图1-3所示，包括舒适性内层衣物、3D间隔织物、阻燃导电织物，所述3D间隔织物设置在内层织物和阻燃导电织物之间，用于为来自外部运动的阻燃导电织物提供缓冲，并且在皮肤与导电织物电极之间形成具有压缩特性的弹性支撑，所述内层织物面向皮肤。
所述3D间隔织物为具有阻燃特性的经编间隔针织物，所述经编间隔针织物为由聚酯纤维、阻燃的Nomex纤维混纺纱、芳纶1313、聚酯纤维编织而成。
所述3D间隔织物为具有阻燃特性的纬编间隔针织物，需要选择适当的结构，以确保织物两面间具有充分的隔层，从而保持空气以提供隔热效果和穿着舒活性，织物的两个表面结构紧密，聚酯纤维可作间隔纱。
所述3D间隔织物为具有阻燃特性的纬编间隔针织物，织物克重为360g/m2，31千帕的压缩强度，织物间距为1.5cm。
所述经编间隔针织物与导电织物形成电容式传感器的制备方法，具体步骤如下：
选用双针杆拉舍尔经编机制备，在横向阵列上沿轴向顺序互连线圈，通过经轴向每根针提供至少一根单独的纱，通过在相邻的针之间来回移动纱，线圈可以在宽度方向上连接在一起。
每根经编织针都有独立的线圈，经编机织针同时产生平行的系线圈行，这些线圈以锯齿形成互锁，这种布料使用一种或多组经纱的片状或扁平形式，纱线从经轴喂入机器的一排织针。
采用聚酯纤维、阻燃的Nomex纤维混纺纱、芳纶1313织造间隔织物的表面层，采用聚酯纤维织造间隔织物的连接层。
采用导电纬平针织物作为电极板。在此实施例中，采用导电织物电极中镀银纤维的含量为30g/m2，导电织物电极的经密为70，纵行数/5cm，纬密为54，纵行数/5cm，厚度为0.3mm，克重为178g/cm2。
导电织物电极通过粘合的方式与3D纬编间隔织物结合。电极信号通过导线可传输到测试仪器中。
还包括一般舒适性织物衣物作为阻燃导电织物电极组件的载体，一套心电处理模块用于信号处理。
还包括计算设备心电处理模块，该模块可操作的耦合到导电阻燃面料织物电极，心电处理模块计算设备被配置成获取和处理一个或多个生理信号由相应的一个或多个传感器检测，具有相对高的高灵敏度和传感范围，一个或多个生理信号被配置成感测高温作用人员生成的一个或多个生理信号。
高温作用人员穿戴的舒适性内层衣物在操作时被配置生成第一数据，第一数据包括与高温作用人员相关联的多个参数，高温作用人员穿戴的舒适性内层衣物通过通信模块连接到电子设备。
进一步地，具备心电监测功能的柔性智能可穿戴设备，如图3所示，包括导电织物电极、心电处理模块、Android应用程序模块、3D间隔织物。
导电织物电极用于传感或数据传输，由导电混纺纱线采用电脑横机织造得到含镀银纤维的纬平针组织，导电复合纱线为以锦纶基镀银纤维为包芯材料，以芳纶纤维和阻燃黏胶质量比为(50/50)的混纺纱线为包覆材料，导电复合纱线的规格为40s，导电织物电极中镀银纤维的含量为30g/m2，导电织物电极的经密为70，纵行数/5cm，纬密为54，纵行数/5cm，厚度为0.3mm，克重为178g/cm2；，体积密度为150×110g/m3；
导电织物电极，以主要监测高温作用人员的心率、步数、以及其他活动，也可使用一个或多个类似类型的传感器来准确地检测任何移动，并适当地捕捉和记录高温作用人员活动期间的变化。
导电织物电极记录使用者在行走、跑步、慢跑等任何活动中的心率。
可穿戴舒适性内层衣物将来自一个或多个传感器的第一数据传输到电子设备，用于进一步处理。
第一数据包括心率、加速度计数据和陀螺仪数据。通信耦合到可穿戴织物单元的电子设备被配置为分析第一数据的多个参数中的每个参数。第一数据多个参数包括以下至少一个：高温作用人员的心率消耗、高温作用人员的步速、高温作用人员的GPS位置。
导电织物电极配有导电按扣，有助于从衣服外部连接心电处理检测单元。
具备心电监测功能的柔性智能可穿戴设备，还包心电处理模块。具体处理方式不限，心电处理模块可用于过滤不需要的信号并放大信号以帮助识别和解释信号。
具有心电监测功能的处理模块包括一个单导联心电图监测芯片和微控制器，电源模块、一对信号单元、通信模块。
此外，通信模块、信号单元和电源单元连接到控制器单元，导电织物电极产生的信号被传输到心电处理模块一对信号单元，用于处理信号单元发出的信号被进一步传送到控制器单元。
控制器单元从该对信号单元接受信号用于整合，并进一步准备他们用于传输。
电源模块向控制器单元、通信模块和电子模块的其他部件提供电子供应。电源模块是可充电锂电池，并且在电子模块中提供端口以不时增加电池电量，通信模块将由控制器单元处理的是数据传输到移动设备，并且移动设备的Android应用程序能够分析高温高温作用人员人员的心率值、运动速度、疲劳状况。
如果心率水平超过阈值限制，应用程序进一步调用与高温作用人员相关的危机状态，并基于高温作用人员的危机状态生成警报通知，一个或多个高温作用人员的一个或多个不利于心率状况在安全网络或医院中共享，用于识别不利状况、检测高温作用人员并提供及时的帮助。
可选的，移动设备Android应用程序将数据与阈值极限进行比较，以确定高温作用人员的危机状态，并基于危急状况向医院护理人员提供高温作用人员的GPS位置，
阈值限制可以设置使每个参数相关联的最小值或最大值，当高温作用人员的参数低于最小值或高于最大值时，则产生危机状态，因此高温作用人员可以接受信号接受医疗救助。
此外，移动设备Android应用程序将此类处理后的数据存储在数据库中，数据库还应配置成存储高温作业人员的简档，如：高温作业人员的可穿戴设备的ID号、用户的姓名、用户的年龄、移动电话号码、紧急联系号码、血型等。以便数据库更快的检索，并在应用程序请求时恢复。
所有的传感器模块都可以通过总线接口用信号线连接到主模块，用于供电、处理和无线通信。系统中的每个传感器模块都有自己的本地读取和处理，所以添加几个不同性质的传感器节点不会引入串扰，只要它们具有唯一的传感器地址。嵌入一块织物中的模块化传感器网络架构的概念。每个传感器可以通过水平方式的互连相互连接，其中信号由外层收集，外层由蓝牙低能量模块、微处理器和电源组成，也可以随着更多的结构和传感器加入，来自微控制器的地址扫描显示传感器地址数量增加。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种导电混纺纱线，用于制造阻燃导电织物电极，其特征在于，该导电混纺纱线以镀银锦纶长丝作为包芯材料，以质量比为50％的芳纶纤维、50％的阻燃黏胶纤维进行混纺作为包覆材料。
2.根据权利要求1所述的导电混纺纱线，其特征在于，所述镀银锦纶长丝的电阻值小于1Ω/cm，所述锦纶基镀银长丝规格为70D。
3.根据权利要求1所述的导电混纺纱线，其特征在于，所述导电混纺纱线的制造工艺流程：依次通过和毛、梳棉、头并、二并、三并、四并形成粗纱，所述粗砂和银纤维长丝形成细纱，在经过自动络筒获得镀银锦纶长丝。
4.一种阻燃导电织物，用于传感发生电阻变化，其特征在于，该阻燃导电织物由权利要求1或2或3所述的导电混纺纱线编织的针织物、刺绣织物或机织物。
5.一种柔性智能可穿戴设备，其特征在于，包括舒适性内层衣物、3D间隔织物、如权利要求4所述的阻燃导电织物，所述3D间隔织物设置在舒适性内层衣物和阻燃导电织物之间，用于为来自外部运动的阻燃导电织物提供缓冲，并且在皮肤与导电织物电极之间形成具有压缩特性的弹性支撑，所述内层织物面向皮肤。
6.根据权利要求5所述的阻燃导电织物，其特征在于，所述3D间隔织物为具有阻燃特性的纬编间隔针织物，织物克重为360g/m2，31千帕的压缩强度，织物间距为1.5cm。
7.根据权利要求6所述的阻燃导电织物，其特征在于，所述3D间隔织物的制备方法为：选用双针杆拉舍尔经编机制备，在横向阵列上沿轴向顺序互连线圈，通过经轴向每根针提供至少一根单独的纱，通过在相邻的针之间来回移动纱，线圈可以在宽度方向上连接在一起；
每根经编织针都有独立的线圈，经编机织针同时产生平行的系线圈行，线圈以锯齿形成互锁，采用一种或多组经纱的片状或扁平形式，纱线从经轴喂入机器的一排织针。
8.根据权利要求7所述的柔性智能可穿戴设备，其特征在于，所述3D间隔织物为具有阻燃特性的纬编间隔针织物，所述纬编间隔针织物为由聚酯纤维、阻燃的Nomex纤维混纺纱、芳纶1313、捻纱编织而成。
9.根据权利要求5-8任意一项所述的柔性智能可穿戴设备，其特征在于，还包括心电处理模块，用于可操作的耦合到导电织物电极，被配置成获取和处理一个或多个生理信号由相应的一个或多个传感器检测。
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