一种应变传感机织物的制作方法

本实用新型涉及一种机织物，具体涉及一种应变传感机织物，属于纺织技术领域。

背景技术：

随着社会的发展，纺织品在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色，出现了许多功能化的纺织品。如防水透湿纺织品，可以改善织物舒适性、减少环境污染；阻燃纺织品，可用于消防；还有抗紫外线纺织品，电磁屏蔽纺织品等。智能纺织品也越来越受到国内外研究学者的关注，其可用于医疗监测、健康监测、娱乐等领域。

应变传感器是测量物体受力变形所产生应变的一类传感器，与传统采用刚性材料制成的传感器不同，柔性应变传感器由于采用柔性材料制成，具有柔韧性好，可自由弯曲甚至折叠的特性，具有更广泛的应用前景。随着新型材料和智能材料研究，国内外研究人员对普通电阻应变传感器基底材料进行改进，在非导电高分子材料中添加导电介质或将导电聚合物涂覆在柔性基底上以获得具有应变敏感性的柔性应变传感器。目前已经有相关报道将柔性应变传感器应用于纺织品上以制备出可以实时监测穿着者的肢体活动以及呼吸信息或心率信息等信息的智能纺织品。但是些导电基体或导电聚合物应用于纺织品时缺乏了纺织品应有的柔软舒适感。

碳纳米管(CNT)具有优异的力学、电学和化学性能，碳纳米管理论的杨氏模量约为1TPa，拉伸强度约100GPa；碳纳米管实验所得杨氏模量和拉伸强度分别为0.8TPa和60GPa；碳纳米管还有很高的电流密度，变化范围很广的电导率(200-109S/cm)；除此之外碳纳米管还有很好的压阻性能，当碳纳米管受到拉力作用时，其电阻会发生变化。上述优良性能使得碳纳米管成为新一代的应变传感材料应用于智能纺织品。目前已有的报道主要是通过超声、浸渍或涂布的方式在将碳纳米管附着在纺织纤维上，形成具有应变传感功能的纺织品，但是这种制成的纺织品透气性差。

由于碳纳米管的纳米尺寸，其在实际应用中受到很大的挑战，为了拓展碳纳米管的应用，碳纳米管宏观集合体的制备显得很有必要。碳纳米管纱线是由相互交错的碳纳米管组装并连接而形成的微米级纤维材料，近年来人们采用湿法纺丝、气相沉积法等方法将碳纳米管制作成碳纳米管纱线。碳纳米管纱线具有良好的柔性和导电性能，在可穿戴电子产品及智能纺织品领域有很好的应用前景。中国专利CN201610288809.8中公开了一种具有多尺度孔结构的碳纳米管织物，该织物由碳纳米管纱线组成，具有高强度、高柔性、高导电性、高比表面积和良好的透通性，可应用于柔性传感器件。但是该织物完全由碳纳米管纱线组成，成本较高。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种成本低廉、柔软性好、舒适性高的应变传感机织物。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种应变传感机织物，包括非导电机织物和碳纳米管纱线，所述碳纳米管纱线嵌入在所述非导电机织物中。

作为优选方案，所述碳纳米管纱线为表面具有聚乙烯醇涂层的碳纳米管纱线。

作为优选方案，所述碳纳米管纱线的数量至少为一根。

作为优选方案，所述碳纳米管纱线以浮线嵌入或以机织物结构嵌入非导电机织物中。

作为优选方案，所述碳纳米管纱线分段式或连续式嵌入非导电机织物中。

作为进一步优选方案，所述碳纳米管纱线采用直线形态平行排列经向或纬向嵌入非导电机织物中。

作为进一步优选方案，所述碳纳米管纱线采用连续匚型型态嵌入非导电机织物中。

作为进一步优选方案，所述碳纳米管纱线采用口字型型态嵌入非导电机织物中。

作为进一步优选方案，所述碳纳米管纱线采用锯齿型型态嵌入非导电机织物中。

作为进一步优选方案，所述碳纳米管纱线采用规则的几何型态(例如三角形)嵌入非导电机织物中。

应变传感机织物中，组成非导电机织物的纱线为单一纱线或混纺纱线，纱线可以为天然纱线(例如：棉、麻、毛等)或人工化纤长丝(例如：涤纶、腈纶等)。

应变传感机织物中，非导电机织物的组织结构不限，可以为三原组织、变化组织、联合组织、重组织、双层组织、多层组织、起毛起绒组织、纱罗组织或三维组织；优选平纹、斜纹、缎纹、提花或双层织物组织结构的二维机织物或三维正交机织物。

相较于现有技术，本实用新型的有益技术效果在于：

本实用新型提供的应变传感机织物，将碳纳米管纱线嵌入在非导电机织物中，使得织物具有应变传感功能，相较于完全由碳纳米管纱线组成的机织物而言，成本低廉；并且碳纳米管纱线自身优良的拉伸压阻传感性能不受影响，使得机织物的灵敏度高且稳定性好；另外，碳纳米管纱线嵌入机织物后，不会降低织物的舒适度与柔软感，形成的应变传感机织物柔软性好、舒适性高，在智能纺织品领域有很好的应用前景；最后，本实用新型的应变传感机织物中非导电机织物可以任意选择常用天然纱线或人工化纤长丝，机织物结构也不受限制，适用范围广，具有极强的实用价值，值得广泛推广应用。

附图说明

图1是本实用新型实施例1提供的一种应变传感机织物的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2提供的一种应变传感机织物的结构示意图；

图3是本实用新型实施例3提供的一种应变传感机织物的结构示意图；

图4是本实用新型实施例4提供的一种应变传感机织物的结构示意图；

图5是本实用新型实施例5提供的一种应变传感机织物的结构示意图；

图6是本实用新型实施例6提供的一种应变传感机织物的结构示意图；

图7是本实用新型实施例7提供的一种应变传感机织物的结构示意图；

图中标号示意如下：1-非导电机织物；2-碳纳米管纱线。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步清楚、完整地描述。

实施例1

如图1所示：本实用新型提供的一种应变传感机织物，包括非导电机织物1和碳纳米管纱线2，所述碳纳米管纱线2嵌入在所述非导电机织物1中。

所述碳纳米管纱线2采用市售的碳纳米管纱线即可，例如苏州捷迪纳米科技有限公司提供的型号为SCNC-F的碳纳米管纱线，该碳纳米管纱线直径约为45微米，受外力断裂时的应力接近220MPa，应变接近30％，GF值约为1.32。

所述碳纳米管纱线2的数量为一根，采用直线形态经向嵌入非导电机织物1中。

对本实施例的应变传感机织物的应变传感能力进行测试：

碳纳米管纱线2的两端点接铜丝，将应变传感机织物在织物拉伸仪的上下两个夹头上，再将外接碳纳米管纱线2的铜丝分别连接万用表的正负极的表头；模仿人体脉搏及心脏跳动的频率与强度，设置好织物拉伸仪与万用表的参数后，在动态拉伸过程中，记录碳纳米管纱线2的电阻输出曲线。

结果显示：应变传感机织物在3％以内的微小形变内其GF值接近于0.91；由此可见，本实施例的应变传感机织物具有应变传感功能，可作为应变传感器使用，用于智能纺织品。

实施例2

如图2所示：本实用新型提供的一种应变传感机织物，包括非导电机织物1和碳纳米管纱线2，所述碳纳米管纱线2嵌入在所述非导电机织物1中。

所述碳纳米管纱线2为表面具有聚乙烯醇涂层的碳纳米管纱线，该碳纳米管纱线2可以通过在市售的碳纳米管纱线(例如苏州捷迪纳米科技有限公司提供的型号为SCNC-F的碳纳米管纱线)表面涂布聚乙烯醇而得，直径约为43微米，受外力断裂时的应力接近330MPa，应变接近22％，GF值约为1.64。

所述碳纳米管纱线2的数量为三根，采用直线形态并联排列经向嵌入非导电机织物1中，其中，中间的碳纳米管纱线2可以经向连续式嵌入非导电机织物1中，剩余两根碳纳米管纱线2可以经向分段式浮线嵌入非导电机织物1中。

对本实施例的应变传感机织物的应变传感能力进行测试，结果显示：应变传感机织物在3％的微小形变内其GF值接近于1.41；由此可见，本实施例的应变传感机织物具有应变传感功能，可作为应变传感器使用，用于智能纺织品。

实施例3

如图3所示：包括非导电机织物1和碳纳米管纱线2，所述碳纳米管纱线2嵌入在所述非导电机织物1中。

所述碳纳米管纱线2为表面具有聚乙烯醇涂层的碳纳米管纱线，该碳纳米管纱线2可以通过在市售的碳纳米管纱线(例如苏州捷迪纳米科技有限公司提供的型号为SCNC-F的碳纳米管纱线)表面涂布聚乙烯醇而得，直径约为43微米，受外力断裂时的应力接近330MPa，应变接近22％，GF值约为1.64。

所述碳纳米管纱线2的数量为一根，采用连续匚型型态连续式嵌入非导电机织物1中。

对本实施例的应变传感机织物的应变传感能力进行测试，结果显示：应变传感机织物在3％以内的微小形变内其GF值接近于1.10；由此可见，本实施例的应变传感机织物具有应变传感功能，可作为应变传感器使用，用于智能纺织品。

实施例4

如图4所示：本实用新型提供的一种应变传感机织物，包括非导电机织物1和碳纳米管纱线2，所述碳纳米管纱线2嵌入在所述非导电机织物1中。

所述碳纳米管纱线2采用市售的碳纳米管纱线即可，例如苏州捷迪纳米科技有限公司提供的型号为SCNC-F的碳纳米管纱线，该碳纳米管纱线直径约为45微米，受外力断裂时的应力接近220MPa，应变接近30％，GF值约为1.32。

所述碳纳米管纱线2的数量为一根，采用锯齿型形态嵌入连续式经向嵌入非导电机织物1中，在转折处与相邻经纱进行交织，嵌入的碳纳米管纱线2的两端的经向距离设为1厘米。

对本实施例的应变传感机织物的应变传感能力进行测试，结果显示：应变传感机织物在3％以内的微小形变内其GF值接近于1.12；由此可见，本实施例的应变传感机织物具有应变传感功能，可作为应变传感器使用，用于智能纺织品。

实施例5

如图5所示：本实用新型提供的一种应变传感机织物，包括非导电机织物1和碳纳米管纱线2，所述碳纳米管纱线2嵌入在所述非导电机织物1中。

本实施例所述碳纳米管纱线2的数量为三根，每根均采用锯齿型型态嵌入连续式经向嵌入非导电机织物1中，三根碳纳米管纱线2平行排列，其余特征与实施例4相同。

对本实施例的应变传感机织物的应变传感能力进行测试，结果显示：应变传感机织物在3％以内的微小形变内其GF值接近于1.20；由此可见，本实施例的应变传感机织物具有应变传感功能，可作为应变传感器使用，用于智能纺织品。

实施例6

如图6所示：本实用新型提供的一种应变传感机织物，包括非导电机织物1和碳纳米管纱线2，所述碳纳米管纱线2嵌入在所述非导电机织物1中。

所述碳纳米管纱线2的数量为一根，采用口字型型态连续式嵌入非导电机织物1中，其余特征与实施例3相同。

对本实施例的应变传感机织物的应变传感能力进行测试，结果显示：应变传感机织物在3％以内的微小形变内其GF值接近于1.09；由此可见，本实施例的应变传感机织物具有应变传感功能，可作为应变传感器使用，用于智能纺织品。

实施例7

如图7所示：本实用新型提供的一种应变传感机织物，包括非导电机织物1和碳纳米管纱线2，所述碳纳米管纱线2嵌入在所述非导电机织物1中。

所述碳纳米管纱线2的数量为一根或三根，采用三角形型态连续式嵌入非导电机织物1中，其余特征与实施例3相同。

对本实施例的应变传感机织物的应变传感能力进行测试，结果显示：应变传感机织物在3％以内的微小形变内其GF值接近于0.93；由此可见，本实施例的应变传感机织物具有应变传感功能，可作为应变传感器使用，用于智能纺织品。

上述实施例中提供的应变传感机织物中，组成非导电机织物1的纱线可以为单一纱线也可以为混纺纱线，纱线可以为天然纱线(例如：棉、麻、毛等)或人工化纤长丝(例如：涤纶、腈纶等)；非导电机织物1的组织结构不限，可以为三原组织、变化组织、联合组织、重组织、双层组织、多层组织、起毛起绒组织、纱罗组织或三维组织；优选平纹、斜纹、缎纹、提花或双层织物组织结构的二维机织物或三维正交机织物。

本实施新型提供的应变传感机织物中，碳纳米管纱线采用多种形式嵌入固定到非导电机织物中，相较于完全由碳纳米管纱线组成的机织物而言，成本低廉，并且应变传感机织物在3％以内的微小形变内其GF值接近于碳纳米管纱线的GF值，不仅具有应变传感功能，且稳定性好。

综上所述，本实用新型提供的应变传感机织物，成本低廉、柔软性好、舒适性高，具有应变传感功能，机织物的灵敏度高且稳定性好，在智能纺织品领域有很好的应用前景，适用性广，相对于现有技术，具有显著性进步。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。