[发明专利]一种电阻式可拉伸多维力传感纱线

说明书

技术领域

本发明涉及纺织工程技术领域，特别是涉及一种电阻式可拉伸多维力传感纱线。

背景技术

随着可穿戴式电子的飞速发展，柔性应变传感器的需求日益增加，其独特的弹性、耐磨性和可扩展性可以覆盖三维表面。相对于传统传感器而言，柔性传感器具有柔软舒适、可穿戴性、便携性和隐蔽性等特点，广泛用于身体运动姿态监测和健康状态检测方面。为了检测应变信号，如身体应变(排汗率，心脏率等)，关节的运动，肢体动作等，传感器应该具有灵活，耐磨，透气，舒适和隐蔽的特点。纺织应变传感器的测试原理是，导电纺织品随人体生理活动而产生变形，这种变形使其电阻或电容发生变化，也就是通过电阻或电容变化反应人体生理活动状态。基于纺织类的传感器主要有织物式和纱线式传感器，相对而言，纱线式传感器具有更好的柔软性，产品设计灵活，且空间分辨率更高。

电阻式纱线传感器的基本工作原理是，纱线在拉伸或压缩变形下电阻呈现不同程度的变化。根据经典电阻理论公式，理想圆柱导体的电阻R为：R＝ρ·L/A，式中ρ为材料电阻率、L为导体长度、A为电流流过圆柱导体的横截面面积。因此，电阻式纱线传感器的基本设计原则是控制式中三个参数实现电阻变化。

电阻式纱线传感器的常见结构和制备方法包括两大类。一类是普通纺织纱线/单丝经导电整理而成，诸如普通纱线与导电高聚物的化学/电化学聚合及电镀等。另一类是基于导电纤维/微粒的纺纱/纺丝，一般采用金属纤维和普通纤维混纺成纱，或在纺丝熔融/溶溶液中添加导电材料共混纺丝。诸如专利CN101728005A公开了一种压力敏感导电纱线，能够检测不同的生物信息，该纱线包括由弹性纱线形成的芯纱和具有导电性的缠绕纱卷绕在芯纱上，其中，缠绕纱是不锈钢纤维和非导电纤维的混纺纱。专利CN1671901A公开了一种导电丝线，包括至少一根弹性芯线，至少一根缠绕芯线的导电丝线和不导电的绑扎线，整个导电丝线的弹性受绑扎线的限制，所缠绕的导电丝线采用较细的金属丝。尽管这几种方式实现了较好的拉伸性和重复性，但是金属丝线在使用过程中易发生氧化而降低传感器可重复性和稳定性，且在反复使用过程中也容易断裂而失去传感功能。同时，此类金属丝包缠纱弯曲刚度大大高于普通纱线，以致嵌入织物后降低产品柔软性和可穿戴性。总之，这些发明所公开的纱线传感器不仅难以满足传感器的重复性要求，也不满足可穿戴和长时间实时监测使用。

综上所述，现有发明所公开的传感纱线制备技术中，普通纱线制成的纱线传感器由于受到纱线本身的限制，其可拉伸性小，传感器的传感范围也就受限；利用一般弹性纱线如氨纶做纱线传感器，虽然增大了其传感范围，但其电阻变化主要是由于纱线自身的变形而产生的，在应用过程中，不仅只能满足单向力——拉伸力测试，且因纱线拉伸时纤维之间滑移引起明显的滞后性和塑性变形，传感器的重复性和稳定性差。另外，由于在康复理疗和运动训练等应用中，要求客观记录身体的运动状态，要求传感器不仅能够实现多维外力刺激测量和力的空间分布测量，如一般的压力、横向拉伸力和弯曲，还要与人体共形性好，能够覆盖任意的弯曲和运动表面。因此，现有发明所公开的电阻式传感纱线技术不能满足同时测量拉伸、弯曲和扭转等多维力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电阻式可拉伸多维力传感纱线，满足无缝嵌入传统服装中实现人体功能性运动及活动的无干扰实时监测要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电阻式可拉伸多维力传感纱线，包括一根芯纱和两根包缠纱，一根包缠纱通过螺旋的方式缠绕在所述芯纱上形成纱线，另一根包缠纱以和前一根包缠纱相反的方向螺旋缠绕在所述纱线上形成包覆纱；所述包覆纱为负泊松比纱线结构，且进行导电处理。

所述芯纱为弹力纱，所述芯纱的直径大于所述包缠纱的直径。

所述芯纱为氨纶。

所述包缠纱为导电单丝或中低捻导电单纱。

所述包缠纱为涤纶、锦纶或丙纶。

所述导电处理为碳纳米管、氧化石墨烯、本征型导电聚合物、纳米颗粒以及导电纳米线对包覆纱进行导电处理。

所述两根包缠纱中一根包缠纱以Z捻向进行缠绕，另一根包缠纱以S捻向进行缠绕。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：