一种可拉伸织物电路制造技术

本发明专利技术涉及一种可拉伸织物电路，所述可拉伸织物电路为由非导电纱线和至少一根导电纱线经弯曲成圈并相互串套而成的针织结构，其中所述导电纱线为包芯纱结构，所述导电纱线的纱芯部分导电，纱芯外围均匀而紧密包覆有非导电的纺织短纤维。

A stretchable fabric circuit

The present invention relates to a stretchable fabric circuit. The stretchable fabric circuit is a knitting structure formed by bending a non-conductive yarn and at least one conductive yarn into a loop and nesting each other. The conductive yarn is a core-spun yarn structure. The core part of the conductive yarn is conductive and the core is uniformly and tightly coated. Non conductive textile staple fiber.

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸织物电路
本专利技术涉及一种以纺织材料为基体的、面向可穿戴电子产品的可拉伸柔性电路，属于柔性电路

技术介绍
织物电路是以柔性织物为基体，利用织入织物中的导电线路(包括金属丝、导电聚合物及其它导电纤维材料等)或印刷、涂覆于织物表面的导路实现承载或连接于其上的电子器件的电能与电信号传输的柔性电路。织物电路因其柔软、轻质透气、可拉伸弯曲、成本低、可规模化生产等优点，且能够顺应人体三维体表，并与皮肤紧密贴合，因此将其用于承载和连接传感器、控制器、电池等以制造柔性可穿戴电子设备及智能服装，用于人体生理讯号的监测。例如，Li等人报道了一种针织结构、以直径50μm、涂覆有聚氨酯涂层的铜丝作为导线的织物电路(LiQ，TaoXM.PRoySocA-MathPhy，2014，470：20140472)。由于在该织物电路中铜丝被弯曲成圈状，并与弹力复合纱串套在一起，当织物电路经受大幅度单向拉伸、三维顶压和多次循环拉伸应变时，铜丝承受极小的应变，故可使织物电路内部电阻基本维持不变。但是在该织物电路的制造过程中，铜丝是与弹力复合纱并行喂入编织机，因此该织物电路存在以下问题：第一，铜丝裸露在织物电路表面(如图1所示)，在织物电路的加工或使用过程中受到外界硬物冲击作用时易造成损坏，导致其正常功能受到破坏；第二，尽管铜丝外表包覆有聚氨酯涂层，但其厚度极小(仅3μm左右)，在穿着过程中织物电路与外界物体之间将经历长时间的接触、摩擦作用，聚氨酯涂层容易脱落，则当织物电路经历变形时相邻圈状导线有较高的几率发生接触而导致短路；第三，铜丝裸露在外，使得穿着时美观度较差，同时易对人体皮肤造成不舒适感。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：因金属导线或镀有金属的导线裸露在织物电路表面而导致的耐冲击与耐磨损性能差、易短路、美观度与穿着舒适性差。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供了一种可拉伸织物电路，其特征在于，所述可拉伸织物电路为由非导电纱线和至少一根导电纱线经弯曲成圈并相互串套而成的针织结构，导电纱线为仅纱芯部分导电的包芯纱结构，所述包芯纱结构的纱芯部分由以下项中的至少一项构成：金属丝、漆包金属丝、镀金属的长丝、镀金属的纱线，导电纱线的纱芯部分外围均匀而紧密包覆有非导电的纺织短纤维。优选地，所述针织结构包括以下项中的至少一项：平纹针织结构、罗纹针织结构、双反面针织结构。优选地，所述非导电纱线为弹力长丝与以下项中的至少一项构成的复合纱：长丝、长丝纱、纺织短纤维、短纤纱。优选地，所述复合纱包括以下项中的至少一项：包芯纱、包缠纱、并捻纱、包绕纱。优选地，所述弹力长丝为氨纶丝。本专利技术通过采用具有包芯纱结构、导电纤维位于纱芯、外围均匀而紧密包覆有非导电的纺织短纤维的导电纱线替代裸露的导电纤维，形成具有由非导电纱线和导电纱线经弯曲成圈并相互串套而形成的针织结构的可拉伸织物电路，能够对导电线路进行有效的防护，提升导电线路的耐冲击与耐磨损性能，防止织物电路经历变形时相邻圈状导线发生接触而导致短路，同时有效提升其穿着美观性与舒适性。附图说明图1来自于文献LiQ，TaoXM.PRoySocA-MathPhy，2014，470：20140472，表示现有的具有针织结构、以直径50μm、涂覆有聚氨酯涂层的铜丝作为导线的织物电路的电子显微照片；图2为实施例1中可拉伸织物电路的结构示意图；图3为实施例1中漆包铜丝的电子显微照片；图4为实施例1中导电包芯纱表观结构的电子显微照片；图5为实施例1中导电包芯纱横截断面的光学显微照片；图6为实施例1中氨纶包覆纱在松弛状态下的电子显微照片；图7为实施例1中氨纶包覆纱拉伸至其松弛状态长度2倍时的电子显微照片；图8为实施例1中可拉伸织物电路线圈结构的电子显微照片；图9为实施例1中沿可拉伸织物电路的线圈横列方向进行单向拉伸测试中的拉力与电阻随应变的变化过程；图10为实施例1中沿可拉伸织物电路的线圈纵行方向进行单向拉伸测试中的拉力与电阻随应变的变化过程；图11为实施例1中可拉伸织物电路在三维圆球顶压变形测试中的拉力与电阻随应变的变化过程；图12为实施例1中耐磨测试后导电包芯纱附近的可拉伸织物电路样本表观结构的电子显微照片；图13为实施例1中耐磨测试后可拉伸织物电路样本中导电包芯纱表观结构的电子显微照片；图14为图13示出的导电包芯纱另一个线圈的圈柱部分在耐磨测试后的电子显微照片；图15为实施例1中可拉伸织物电路样本的电阻在耐磨测试过程中的变化情况；图16为实施例1中可拉伸织物电路样本的电阻在循环拉伸测试中的变化情况；图17为实施例2中氨纶包芯纱拉伸至其松弛状态长度3倍时的光学显微照片；图18为实施例2中沿可拉伸织物电路的线圈横列方向进行单向拉伸测试中的拉力与电阻随应变的变化过程；图19为实施例2中沿可拉伸织物电路的线圈纵行方向进行单向拉伸测试中的拉力与电阻随应变的变化过程；图20为实施例2中可拉伸织物电路在三维圆球顶压变形测试中的拉力与电阻随应变的变化过程；图21为实施例2中耐磨测试后导电包芯纱附近的可拉伸织物电路样本表观结构的电子显微照片；图22为实施例2中耐磨测试后可拉伸织物电路样本中导电包芯纱表观结构的电子显微照片；图23为实施例2中可拉伸织物电路样本的电阻在耐磨测试过程中的变化情况；图24为实施例2中可拉伸织物电路样本的电阻在循环拉伸测试中的变化情况；图25为实施例3中可拉伸织物电路的结构示意图；图26为实施例3中将柔性传感器连接到可拉伸织物电路的导电纱线的布置；图27为实施例4中可拉伸织物电路的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1图2至图16示出了本专利技术的第一实施例。其中，图2示出了本实施例的可拉伸织物电路8的结构示意图。可拉伸织物电路8由非导电纱线与一根导电纱线经弯曲成圈并相互串套而形成1×1罗纹针织结构，使用平型纬编针织机编织而成。可拉伸织物电路8中所使用的导电纱线为以漆包铜丝10为芯丝、外围均匀而紧密包缠有粘胶短纤维7的包芯纱5。图3示出了漆包铜丝10的电子显微照片。在本实施例中，漆包铜丝10的芯部直径为50μm，外表面涂覆有厚度为5μm的聚氨酯涂层。漆包铜丝10单位长度的电阻为8.8Ω·m-1。粘胶短纤维7的切断长度为38mm，线密度为1.5dtex。导电包芯纱5采用申请公布日为2017.12.22、申请公布号为CN107503004A、名称为《一种可生产金属丝包芯纱的喷气涡流纺纱装置及方法》的中国专利技术专利申请所公开的装置与方法制造而成。图4示出了采用上述原料与方法制造而成的导电包芯纱5表观结构的电子显微照片，从中可以看出导电包芯纱5包含有两个短纤维层4和11，其中位于芯部的短纤维11与纱线5轴线平行，没有捻度，其被位于外层的呈螺旋构型的短纤维4所均匀包缠。漆包铜丝10完全被埋藏在位于芯部的短纤维11内部。图5示出了导电包芯纱5横截断面的光学显微照片，其清晰地显示，导电包芯纱5为复合结构，漆包铜丝10位于纱线5的芯部，其外部包覆有沿纱线5轴线方向的短纤维11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可拉伸织物电路，其特征在于，所述可拉伸织物电路为由非导电纱线和至少一根导电纱线经弯曲成圈并相互串套而成的针织结构，导电纱线为仅纱芯部分导电的包芯纱结构，所述包芯纱结构的纱芯部分由以下项中的至少一项构成：金属丝、漆包金属丝、镀金属的长丝、镀金属的纱线，导电纱线的纱芯部分外围均匀而紧密包覆有非导电的纺织短纤维。

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸织物电路，其特征在于，所述可拉伸织物电路为由非导电纱线和至少一根导电纱线经弯曲成圈并相互串套而成的针织结构，导电纱线为仅纱芯部分导电的包芯纱结构，所述包芯纱结构的纱芯部分由以下项中的至少一项构成：金属丝、漆包金属丝、镀金属的长丝、镀金属的纱线，导电纱线的纱芯部分外围均匀而紧密包覆有非导电的纺织短纤维。2.根据权利要求1所述的一种可拉伸织物电路，其特征在于，所述针织结构包括以下项中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴泽光，何建，熊祥章，张岩，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31