一種感觸電子織物的製作方法
2023-05-31 22:38:56 2
專利名稱：一種感觸電子織物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種感觸電子織物，屬於紡織工程領域。
背景技術：
隨著紡織科技的發展和人們生活水平的提高，紡織品逐步向功能化和智能化方向 發展。特別是智能電子紡織品融合了紡織技術、電子技術、計算機技術多學科的技術，使紡 織品具有對外界感知和反應的功能，正越來越受到重視，智能電子紡織品被認為是紡織工 業的發展的一個方向。智能電子紡織品是指對環境有感知和反應的功能紡織品。智能電子紡織品的開發研究始於上世紀七十年代，主要是將電子器件安裝到紡織 品上，由於電子器件的體積大，產品的功能單一，其應用範圍受到了限制。隨著電子器件的 微型化、柔性化，各國加大了對智能電子紡織品的投入與研究，與電子器件相結合的智能電 子紡織品得到飛速發展。電子器件無論在體積還是在功能方面都取得了非常大的進步，開 發的智能電子紡織品已經在娛樂、醫療保健、防護監測、國防軍工等領域得到了廣泛應用。 但是電子器件與紡織品的整合技術還不夠完善，技術的融合還處於發展階段，採取的方法 是將電子器件嵌入到紡織品中，電子器件還滿足不了紡織品的某些功能要求如機械壓力、 柔軟、耐水洗、舒適性等。因此與織物相結合的柔性傳感器的研究得到了廣泛關注。特別是 在服裝領域，往往要求柔性傳感器既要耐水洗又要穿著舒適，因此人們嘗試通過改變織物 的原材料或織物整理的方法開發各種織物感應器件，使織物具有感觸外界變化的功能。感觸電子織物，主要是當織物受到外界的壓力時能自髮式或者被動式感應這個變 化，並通過外界電子檢測迴路作出適當的反饋。感觸電子織物的應用範圍非常廣泛，可用於 運動服裝、醫療保健等領域。採用的方法有壓敏材料、織物塗層、導電紗線等方法，但是製得 的織物傳感器在穩定性、靈敏度、製造成本、用途等方面有待進一步改進與提高。如將導電 纖維和絕緣纖維紗線的交替編織，製成具有三層結構的織物，織物的上下兩層是電阻率為 10歐姆/釐米的金銀線與普通紗線的交織織物，中間是較為稀疏的尼龍網起隔離上下兩層 織物的作用，當在織物上施加壓力時，上下兩層織物通過尼龍網的空隙實現接觸，引起電信 號的變化。這種感觸電子織物雖然克服了電子器件的不足，但是它的功能是靠上下兩層織 物的導電纖維接觸來實現的，導電纖維接觸點的電阻的變化，直接影響織物感觸的靈敏度， 當接觸點間有灰塵非導電雜質時，靈敏度會大大降低，甚至失去感觸的功能，因而該感觸電 子織物的可靠性差，耐水洗性能差。日本研究者採用具有二層構造的導電紗線製造感觸電 子織物，當織物受外界壓力時，織物的電容會發生變化，織物在舒適性、耐水洗性能方面得 到了很大的改善，但是織物受外力時，電容的變化量小，對外界壓力反應的靈敏度差，可靠 性不高，同時由於電容的變化量小因而對電容檢測的電子迴路要求高，實際製作的感觸電 子織物的成本高。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的在於提供一種感觸電子織物。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種感觸電子織物，感觸電子織物 為雙層織物，織物表層的經紗、緯紗，織物裡層的經紗、緯紗均為皮芯結構的紗線，紗線的芯 紗為導電金屬絲，皮紗為紡織纖維，皮紗包覆在芯紗外表面，織物組織為雙層織物的表裡接 結組織，表裡接結組織為接結經接結法的表裡接結組織或為接結緯接結法的表裡接結組 織，織物表裡層的接結紗線為天然纖維紗線或化學短纖維紗線、或天然纖維與化學短纖維 混紡紗線，織物表層的周邊的經緯向所有紗線的芯紗經導電體導通連接，織物裡層的周邊 的經緯向所有紗線的芯紗經導電體導通連接。所述的皮紗為天然纖維或化學短纖維。所述的芯紗為不鏽鋼絲或銅絲。所述的芯紗為表面有絕緣塗層的不鏽鋼絲或銅絲、鐵絲、鋁絲。由於採用了以上技術方案，本發明的感觸電子織物，具有以下特點一由於採用了雙層織物結構，織物的經緯紗線的芯紗為導電體，織物的表、裡層周 邊的經緯向的紗線的芯紗分別相連接，雙層織物就形成了一個電容器，織物表裡層分別是 電容器的兩個極板，包覆在芯紗表面的皮紗是電容器的介質，在極板兩端外加一定電壓時， 雙層織物就具有一定的電容，當織物受壓時，雙層織物表裡層間的距離會發生變化，電容也 會發生變化，通過檢測織物的電容的變化，就可以知道織物受壓情況，織物具有感觸功能。 雙層織物可以在普通織機上織造，製造成本低、可以大規模工業化生產。二與單層織物結構的感觸電子織物相比，雙層織物受到外界壓力作用時，織物的 電容增加率大，織物的感觸靈敏度高，在感觸電子織物的尺寸、所受外力大小相同的條件 下，對電容檢測迴路的測試精度要求低。織物的電容只與織物的構造有關，因而感觸電子織 物的感觸穩定性好。三採用了金屬絲為芯紗、天然纖維或化學纖維為皮紗的紗線，製得的感觸電子織 物柔軟性好，耐水洗、舒適性好。避免了電子器件做織物的感觸傳感器帶來的不耐水洗、柔 軟性及舒適性差的問題。本發明的感觸電子織物可作為織物壓力傳感器替代電子器件傳感器，適應於各種 需要檢測或監測外界壓力變化的工業、醫療衛生、體育、紡織服裝等領域。
附圖為本發明的感觸電子織物的結構示意圖
具體實施例方式下面將結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細描述。見附圖一種感觸電子織物，感觸電子織物為雙層織物，織物表層的經紗1、緯紗2，織物裡 層的經紗3、緯紗4均為皮芯結構的紗線，紗線的芯紗為導電金屬絲，皮紗為紡織纖維，皮紗 包覆在芯紗外表面。織物組織為雙層織物的表裡接結組織，表裡接結組織為接結經接結法 的表裡接結組織或為接結緯接結法的表裡接結組織，織物表裡層的接結紗線5為天然纖維 紗線或化學短纖維紗線、或天然纖維與化學短纖維混紡紗線。織物表層的周邊的經緯向所 有紗線的芯紗經導電體導通連接，織物裡層的周邊的經緯向所有紗線的芯紗導電體導通連接，織物的表裡層之間為絕緣不導通狀態，導電體可以採用銀粉導電膠或銅粉導電膠，這樣 雙層織物就形成了一個電容器，織物的表層、裡層分別是電容器的兩個極板，極板間的皮紗 是電容器的介質，在極板外加一定電壓時，織物就具有一定的電容，當織物受壓時，極板間 的間距發生變化，織物的電容就會發生變化。檢測織物的電容的變化，就可以了解織物受壓 的狀況，織物就具有感觸功能。織物的製造過程包括如下步驟(1)皮芯結構紗線的紡制。在細紗機或花式紗線機上，分別紡制雙層織物的表層經 紗1、緯紗2用的導電紗線和裡層經紗3、緯紗4用的導電紗線。皮紗採用天然纖維或化學 短纖維，芯紗採用導電金屬絲。導電金屬絲根據不同需要可以採用不鏽鋼絲或銅絲。在同 等粗細條件下，銅絲相對柔軟，當感觸織物對織物的柔軟性要求比較高時，採用銅絲比較合 適。導電金屬絲也可以採用表面有絕緣塗層的不鏽鋼絲、鐵絲、銅絲、鋁絲，織物表裡層之間 可以保持絕緣狀態，不僅可以提高織造的生產效率，還可以提高織物的耐水洗性能，金屬絲 不宜鏽蝕，可提高感觸織物的感觸穩定性。為了提高生產效率，表層經紗1與裡層經紗3採 用相同的紗線，用相同工藝條件進行紡制。(2)絡筒工序。(1)得到的經紗1、經紗3及緯紗2、緯紗3，分別經過絡筒，製成一 定容量卷裝的筒子，便於後續工序的加工，同時清除導電紗線的粗細節等紗線疵點。(3)經過(2)絡筒的紗線，根據經紗、緯紗的用途不同，分別加工。為了提高生產效 率及管理，表層經紗1及裡層經紗3採用如下工序進行加工。a整經工序。在整經機上，將一定根數的經紗按規定長度平行地、均勻地卷繞在整 經軸上。b漿紗工序。將經紗經過上漿，卷繞在織軸上，提高經紗的可織性。c穿結經工序。將織軸上的雙層織物的表層經紗1及裡層經紗3按雙層織物的組 織結構的規律要求，進行穿綜，採用表層經紗1穿在前頁綜，裡層經紗3穿在後頁綜的分區 穿法。表層緯紗2及裡層緯紗4則根據織造的要求，分別經過緯紗準備工程，卷繞成適合 織造的卷裝緯紗。(4)接結紗線5的準備。接結紗線5採用天然纖維紗線或化學短纖維紗線、或天 然纖維與化學短纖維混紡紗線。接結紗線5的粗細儘量與表裡層織物的經緯紗的粗細相接 近。接結紗線5經過絡筒工序，製成一定容量卷裝的筒子，便於織造的加工，同時清除紗線 的粗細節等紗線疵點。(5)織造工序。在織機上根據雙層織物的結構特點，進行織造。(6)根據實際需要，將(5)得到的織物裁剪到所需尺寸的大小，分別將織物表層、 裡層的邊沿的不需要的緯紗或經緯去掉，然後將織物表層的周邊的經緯向所有紗線的芯紗 用銀粉導電膠或銅粉導電膠導通連接，同樣，織物裡層的周邊的經緯向所有紗線的芯紗用 銀粉導電膠或銅粉導電膠導通連接，織物的表裡層之間為絕緣不導通狀態。用以上的方法，製得的雙層織物的感觸電子織物與單層織物的感觸電子織物相 比，通過測試織物受壓前後的電容計算得到了織物的電容增加率(見表1)。表1 二種感觸電子織物的電容增加率測試條件為試樣尺寸12cm2，測試頻率100Hz，印加電壓1. 0V
權利要求
1.一種感觸電子織物，其特徵在於感觸電子織物為雙層織物，織物表層的經紗(1)、 緯紗(2)，織物裡層的經紗(3)、緯紗(4)均為皮芯結構的紗線，紗線的芯紗為導電金屬絲， 皮紗為紡織纖維，皮紗包覆在芯紗外表面，織物組織為雙層織物的表裡接結組織，表裡接結 組織為接結經接結法的表裡接結組織或為接結緯接結法的表裡接結組織，織物表裡層的接 結紗線(5)為天然纖維紗線或化學短纖維紗線、或天然纖維與化學短纖維混紡紗線，織物 表層的周邊的經緯向所有紗線的芯紗經導電體導通連接，織物裡層的周邊的經緯向所有紗 線的芯紗經導電體導通連接。
2.如權利要求1所述的一種感觸電子織物，其特徵在於所述的皮紗為天然纖維或化 學短纖維。
3.如權利要求1所述的一種感觸電子織物，其特徵在於所述的芯紗為不鏽鋼絲或銅絲。
4.如權利要求1所述的一種感觸電子織物，其特徵在於所述的芯紗為表面有絕緣塗 層的不鏽鋼絲或銅絲、鐵絲、鋁絲。
全文摘要
本發明涉及一種感觸電子織物，屬於紡織工程領域。感觸電子織物採用芯紗為金屬絲的包芯紗，採用經緯紗的交織的方法構建具有電容器結構的雙層織物，雙層織物的表裡層構成電容器的兩個極板，織物受壓時表裡層間的距離發生變化，織物的電容就會發生變化，通過測試織物的電容的變化來反映織物對外界壓力的感應。本發明的感觸電子織物可作為織物壓力傳感器替代電子器件傳感器，適應於各種需要檢測或監測外界壓力變化的工業、醫療衛生、體育、紡織服裝等領域。
文檔編號D03D13/00GK102002791SQ20101057075
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者張如全, 李建強, 李德駿 申請人:武漢紡織大學