本文關(guān)鍵詞：智能服裝柔性傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究

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【摘要】：服裝是生活中至關(guān)重要的產(chǎn)品。人們對(duì)于服裝的需求早已不限于遮丑和保暖,而是追求穿著品的功能化、個(gè)性化及智能化。穿戴式智能服裝是指將電子檢測(cè)系統(tǒng)集成在服裝及其附件上,在日常穿著使用中即可實(shí)現(xiàn)人體生理信號(hào)的檢測(cè)。服裝作為“第二皮膚”與人體接觸密切,具有輕薄舒適、移動(dòng)便攜、覆蓋面大等優(yōu)點(diǎn),是獲取人體信號(hào)的最佳媒介。而針織服裝,由于其特殊的結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出柔軟舒適、彈性貼身及靈活便于襯入導(dǎo)電傳感材料的特點(diǎn),因此常常用作智能柔性傳感器的研究載體,可檢測(cè)使用者的體溫、心跳、呼吸等人體生理參數(shù),也能實(shí)現(xiàn)對(duì)肌肉群活動(dòng)情況及人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。目前,全球范圍內(nèi)已經(jīng)有不少研發(fā)機(jī)構(gòu)在研究智能服裝,但要真正實(shí)現(xiàn)智能服裝產(chǎn)業(yè)化還有許多問(wèn)題有待解決,例如織物柔性傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性、耐久性以及規(guī)�；a(chǎn)等,并且對(duì)于不同編織結(jié)構(gòu)、針織線(xiàn)圈、穿著壓力、洗滌條件等因素對(duì)生理參數(shù)檢測(cè)的影響也還沒(méi)有系統(tǒng)的理論研究。本課題從智能導(dǎo)電材料入手,研究了成熟化的導(dǎo)電纖維的結(jié)構(gòu)及性能,并選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)性嵌織于無(wú)縫針織產(chǎn)品中制備成導(dǎo)電織物,然后重點(diǎn)從原料、結(jié)構(gòu)、尺寸等因素對(duì)針織物的導(dǎo)電性能展開(kāi)研究,分析了織物洗滌后的導(dǎo)電穩(wěn)定性,并以織物電阻為特征值,通過(guò)正交試驗(yàn)分析,優(yōu)化了針織電阻柔性傳感器的制備工藝。具體研究?jī)?nèi)容如下:1、分析7種導(dǎo)電纖維的微觀(guān)結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電原理,測(cè)試導(dǎo)電纖維的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能,并擇選出適宜上機(jī)編織的導(dǎo)電紗線(xiàn)原料。2、選擇鍍銀纖維和碳黑纖維作為導(dǎo)電添紗,在無(wú)縫內(nèi)衣機(jī)上完成柔性傳感器試樣編織,導(dǎo)電織物結(jié)構(gòu)為1+1、2+2、2+1三種假羅紋組織,設(shè)計(jì)尺寸為縱向10、20、30橫列,橫向40、60、80縱行。3、設(shè)計(jì)織物等效電阻測(cè)定方法,分別測(cè)試自然狀態(tài)和穿著拉伸狀態(tài)下導(dǎo)電織物的等效電阻,分析紗線(xiàn)原料、組織結(jié)構(gòu)、織物尺寸等因素對(duì)柔性導(dǎo)電針織物等效電阻值的影響。4、探究洗滌對(duì)針織柔性傳感器表觀(guān)結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能的影響,重點(diǎn)研究了30次洗滌處理后,鍍銀和碳黑導(dǎo)電織物的電阻穩(wěn)定性,通過(guò)分析織物耐洗滌性能,尋找性能穩(wěn)定的柔性傳感器。5、設(shè)計(jì)混合正交試驗(yàn),對(duì)影響鍍銀織物導(dǎo)電性能的各因素展開(kāi)研究,確定柔性傳感器導(dǎo)電性及洗滌穩(wěn)定性?xún)?yōu)化的組合工藝參數(shù)。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)、分析和研究得到:銅絲、不銹鋼微絲和腈毛導(dǎo)電紗受限于無(wú)縫織機(jī)對(duì)紗線(xiàn)的要求,銅纖維和碳灰導(dǎo)電纖維受限于電阻測(cè)量穩(wěn)定性,而鍍銀導(dǎo)電纖維和碳黑導(dǎo)電纖維以良好的導(dǎo)電連續(xù)性和可編織性能被選用于導(dǎo)電織物的編織。對(duì)導(dǎo)電織物測(cè)試發(fā)現(xiàn),隨導(dǎo)電添紗縱行數(shù)的增加,橫列數(shù)相同的織物電阻增加,而橫列數(shù)越少,電阻變化的程度越大;隨導(dǎo)電添紗橫列的增加,縱行數(shù)相同的織物電阻減小,且縱行數(shù)越少,電阻變化的程度越小。在穿著狀態(tài)下,導(dǎo)電織物受到低應(yīng)力拉伸,等效電阻有所下降,但100D鍍銀織物電阻下降程度小于70D鍍銀織物,且織物結(jié)構(gòu)對(duì)100D鍍銀織物的電阻穩(wěn)定性影響更小。經(jīng)過(guò)30次洗滌處理,鍍銀導(dǎo)電纖維出現(xiàn)不同程度的氧化,在拉伸狀態(tài)織物的電阻有所增大,但電阻離散性較小,鍍銀導(dǎo)電紗線(xiàn)和織物結(jié)構(gòu)耐洗滌性能較好。洗滌后,碳黑織物導(dǎo)電穩(wěn)定性能有所提升,但碳黑導(dǎo)電織物的等效電阻仍在MΩ數(shù)量級(jí),且導(dǎo)電織物在穿著拉伸狀態(tài)下,織物等效電阻變化較大且分散。不同組織結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電織物耐洗滌性都比較好,洗滌前后1+1假羅紋織物的電阻穩(wěn)定性最佳。利用綜合平衡法對(duì)鍍銀導(dǎo)電織物的四個(gè)因素進(jìn)行分析選擇。洗滌前后,織物在自然和拉伸狀態(tài)下各因素影響程度相同:添紗橫列數(shù)縱行線(xiàn)圈數(shù)紗線(xiàn)細(xì)度線(xiàn)圈配比。添紗橫列數(shù)和縱行線(xiàn)圈數(shù)是對(duì)柔性導(dǎo)電織物電阻關(guān)系影響最大的兩個(gè)因素,紗線(xiàn)細(xì)度對(duì)織物導(dǎo)電性能有一定影響,線(xiàn)圈配比對(duì)織物導(dǎo)電性能影響程度最低。通過(guò)極差分析得到,利用100D的鍍銀導(dǎo)電紗線(xiàn),以2+1假羅紋組織編織30橫列40縱行的添紗導(dǎo)電織物作為柔性傳感器,這種組合有利于減小柔性傳感器自身電阻值,降低導(dǎo)電功耗。本課題所做的實(shí)驗(yàn)分析研究能為后續(xù)研究開(kāi)發(fā)提供一定的理論參考依據(jù),對(duì)智能服裝柔性傳感器的開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TS941.7;TP212

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本文編號(hào)：1306960