[发明专利]一种电阻式应变传感包覆纱及其制备方法

说明书

本发明涉及一种电阻式应变传感包覆纱及其制备方法，采用双包工艺，将两根皮芯导电复丝包覆一根绝缘弹性丝，形成电阻式应变传感包覆纱；电阻式应变传感包覆纱具有双层包覆结构，自内到外依次为芯丝、内层包覆丝和外层包覆丝；芯丝为绝缘弹性丝，内层和外层包覆丝为皮芯导电复丝；内层包覆丝和外层包覆丝以一定捻度和相反捻向包覆芯丝；内层包覆丝和外层包覆丝的线密度大于芯丝的线密度。本发明利用包覆纱的制备方式，将原本电阻值大、伸长率小、对拉伸应变不敏感的皮芯导电复丝，赋予了具有一定的灵敏度、大应变范围及高循环拉伸稳定性的应变传感特征，制得的电阻式应变传感包覆纱对湿度不灵敏，不易氧化，耐用性好，传感性能稳定。

技术领域

本发明属于纺织应变传感器技术领域，涉及一种电阻式应变传感包覆纱及其制备方法。

背景技术

随着网络、能源、信息技术和人工智能的蓬勃发展，人们正在进入一个万物互联的智能时代。在这个时代，人们借助智能设备和无线通信技术实现与万物交互，而纺织传感器作为智能设备中获取信息数据的重要器件，具备感知各种物理或化学刺激并将其转化为可视化信号的功能，因此受到了广泛的关注和积极探索。纺织传感器主要有纱线式传感器和织物式传感器，相对而言，纱线式传感器的生产设计和应用更灵活。纱线应变传感器因舒适、柔软且具有较大变形范围的特点，可与服装结合制成智能可穿戴产品，用于长期检测人体生理及运动信号变化，在个人保健、体育、远程医疗和机器人等领域具有广阔的应用前景。

电阻式纱线应变传感器要求有一定的可测电阻值和受到应变能够产生电阻变化的灵敏度，满足实用性的同时还要求稳定性。为获得可测的电阻值和应变响应的灵敏度，纱线需要具备一定的导电性、拉伸形变以及形变回复率。满足上述要求的制备方法一般分为三类：一是采用弹性体与导电材料共混纺丝制备具有导电性的弹性长丝(纱)，或者对弹性纤维浸渍或涂覆导电材料，这类弹性导电长丝具有高灵敏度和大应变传感范围，但它们的电阻变化主要归结于导电丝或纱线自身的形变，在反复使用过程中导电性和传感灵敏度因塑性形变而变化，降低产品的传感性能；二是以弹性长丝为芯层，外层包覆长丝或短纤，然后进行浸渍或涂覆导电材料，制备具有导电性的弹性包芯纱或包覆纱，这类导电弹性包芯纱或包覆纱(专利CN106894133A)(Polyurethane/Cotton/Carbon Nanotubes Core-SpunYarn as High Reliability Stretchable Strain Sensor for Human Motion Detection[J].Applied MaterialsInterfaces,2016,8(37).)同样具有高灵敏度和大应变，缺点是在反复使用过程中导电物质易脱落，无法满足传感器的重复稳定性和耐久性要求，且通过浸渍或涂覆导电材料要求包覆纱较粗，通常直径大于0.5mm，无法直接织入服装实践应用，此外，以浸渍和涂覆导电材料的方式制备的纱线应变传感器难以实现大规模生产；三是以弹性长丝为芯层，外层包覆导电性长丝或短纤，不需要浸渍涂层，这类导电弹性包芯纱或包覆纱，根据外层的导电性，灵敏度和应变传感范围可调，传感器的重复稳定性和耐久性取决于外层的导电长丝或短纤。

专利CN1671901A公开了一种导电纱线，该纱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至少一根缠绕芯线且不导电的绑扎线，通过由绑扎线限制纱线的伸长性，可以额外地使该纱线在拉伸载荷范围内保持它的弹性。专利CN101728005A公开了一种压力敏感导电纱线，用于检测不同的生物学信息，通过将导电纤维与非导电纤维混纺成纱，再将两根该混纺导电纱线以相反反向双重地卷绕在弹力纱线上而成，实现了较好的重复性。但上述两种导电纱线直接以金属丝线、不锈钢纤维、镀银丝线等作为导电材料，不具备良好的耐候性，且作为包缠纱其弯曲刚度较大，使纱线的柔软舒适性降低，限制了它的实用价值。

综上所示，现有的可用作电阻式应变传感纱线中，包覆纱形式的导电纱线具有更稳定可靠的结构，它利用导电的包覆纱之间的接触与分离状态引起电阻变化，而获得了更好的可重复性。但现有技术选用金属丝线、不锈钢纤维、镀银丝线等作为导电材料，易受环境温湿度的影响而氧化，且舒适性较差。

为此，亟待研究一种同时具有耐候性和稳定性的电阻式应变传感纱线。