針織結(jié)構(gòu)溫度傳感器用鍍銀紗線的性能

郭明靖 王利君

Performance of silver-plated yarns for knitted structure temperature sensors

摘要：為了保證針織結(jié)構(gòu)溫度傳感器的傳感性能，文章運(yùn)用FLUKE289數(shù)字萬用表、V-2030T微電腦加熱平臺(tái)等設(shè)備測(cè)試了10種典型鍍銀紗線在伸直與模擬線圈彎曲狀態(tài)下的電阻值，分析了光照氧化和水洗條件對(duì)紗線導(dǎo)電性能的影響，并得到了線密度、紗線狀態(tài)、溫度、光照氧化時(shí)間、水洗次數(shù)與電阻之間的關(guān)系。結(jié)果表明：10種鍍銀紗線的單位電阻在1.245～18.788 Ω，溫度電阻關(guān)系擬合R2在0.894 25～0.990 4 具有良好的導(dǎo)電性和感溫性，復(fù)絲越多的紗線電阻越小，線密度適中偏小的紗線感溫性能更好；紗線的彎曲狀態(tài)不會(huì)改變溫度電阻規(guī)律，但會(huì)略微降低其感溫線性度和導(dǎo)電性；光照氧化和水洗都會(huì)導(dǎo)致紗線導(dǎo)電性能變差；綜合分析可設(shè)計(jì)復(fù)絲數(shù)適中偏少、捻絲結(jié)構(gòu)的鍍銀紗線制備針織結(jié)構(gòu)溫度傳感器。

關(guān)鍵詞：鍍銀紗線；針織柔性傳感器；導(dǎo)電性能；感溫性能；力學(xué)性能；耐用性能

中圖分類號(hào)：TS182.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：10017003（2024）04008710

DOI：10.3969j.issn.1001-7003.2024.04.011

收稿日期：20231030;

修回日期：20240311

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（11471287）；中國(guó)紡織工業(yè)協(xié)會(huì)資助項(xiàng)目（J201801）；教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（220602005245313）；浙江理工大學(xué)科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（17072191-Y）；浙江省“十四五”研究生課程思政示范課程（SSW-ykcsz2022023）；浙江理工大學(xué)課程思政示范課程建設(shè)項(xiàng)目（sfkc202210）

作者簡(jiǎn)介：郭明靖（1999），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭孢m性與功能服裝。通信作者：王利君，教授，wanglijunhz@zstu.edu.cn。

隨著現(xiàn)代社會(huì)主動(dòng)健康意識(shí)的發(fā)展，加之老齡化社會(huì)的全面來臨，織物傳感器作為一種可將生理信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而獲取身體健康狀況的智能紡織品受到了廣泛關(guān)注［1］。體溫作為一個(gè)能夠直觀表征人體生命活動(dòng)的重要指標(biāo)，對(duì)其實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)可以幫助人們掌握自身健康狀況，并及時(shí)就診治療［2］。早期織物溫度傳感器是通過縫合或包埋的方式將傳感器與織物結(jié)合制成，舒適性欠佳且易產(chǎn)生相對(duì)滑移；隨著油墨等新型材料的發(fā)展，出現(xiàn)了使用印刷［3］、沉積［4］或打印［5］的方式將感溫材料附著在織物表面制成的溫度傳感器，但易受力損壞，影響傳感性能；近年來由感溫紗線織造而成的織物溫度傳感器［6-8］，能夠附著在皮膚表面，有著良好的生物兼容性，更適用于測(cè)量人體溫度，特別是針織結(jié)構(gòu)的溫度傳感器，其獨(dú)特的線圈結(jié)構(gòu)能夠使織物在發(fā)生形變時(shí)，織入傳感器的感溫紗線原有性質(zhì)不被破壞［9］，從而保證傳感器的性能穩(wěn)定。影響針織結(jié)構(gòu)溫度傳感器等效電阻的因素有很多，最基本、最關(guān)鍵的因素是導(dǎo)電紗線本身的性能［10］。純金屬導(dǎo)電紗線有著優(yōu)異的導(dǎo)電性能，但其抗彎剛度較大，手感硬，易斷裂；碳基導(dǎo)電紗線強(qiáng)度高，導(dǎo)電性能好，但缺乏韌性，壓阻不利于拉伸；而鍍銀紗線作為表面金屬化導(dǎo)電紗線的一種，同時(shí)具備優(yōu)異的導(dǎo)電性、柔韌性、可紡性和可編織性等性能，因此常用于織造針織傳感器。劉嬋嬋等［11］使用鍍銀紗線編織導(dǎo)電區(qū)域，制備了9種設(shè)有針織柔性傳感器的袖筒，研究了組織結(jié)構(gòu)與織物密度對(duì)傳感性能的影響；張鈺晶等［12］使用鍍銀紗線作為導(dǎo)電面紗，制備了16種嵌花添紗結(jié)構(gòu)的針織應(yīng)變傳感器，研究了導(dǎo)電線圈橫列數(shù)、縱行數(shù)對(duì)電學(xué)性能的影響；劉暢等［13］使用鍍銀紗線和錦包氨紗線，編織了9種針織添紗組織傳感器試樣，研究了添紗方式與織造密度對(duì)傳感器線性度及靈敏度的影響。綜上可見，由鍍銀紗線織造而成的針織傳感器研究多集中在結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方面，對(duì)于傳感器用鍍銀紗線的設(shè)計(jì)研究較少，更缺少紗線在模擬線圈的彎曲狀態(tài)下及其他外部條件下的性能研究?？椩灬樋椊Y(jié)構(gòu)溫度傳感器用導(dǎo)電紗線需保證電阻穩(wěn)定且感溫性能好，還需具有良好的力學(xué)性能，便于加工［14］。

因此，本文選擇了10種不同規(guī)格的鍍銀紗線，根據(jù)傳感器對(duì)于導(dǎo)電紗線性能的要求，通過試驗(yàn)分析不同紗線狀態(tài)、光照氧化、水洗對(duì)紗線導(dǎo)電性能的影響，以及紗線的力學(xué)性能、不同狀態(tài)下的溫度傳感性能，綜合分析并評(píng)價(jià)紗線性能，以期為制備性能穩(wěn)定的針織結(jié)構(gòu)溫度傳感器的材料設(shè)計(jì)提供參考。

1? 試? 驗(yàn)

1.1? 材料與儀器

材料：含銀17%和錦綸83%的鍍銀紗線（山東博銀表面功能材料有限公司），其規(guī)格參數(shù)如表1所示。

儀器：Phenom Pro臺(tái)式掃描電子顯微鏡（荷蘭飛納公司），F(xiàn)LUKE289數(shù)字萬用表（上海福祿克測(cè)試儀器有限公司），V-2030T微電腦加熱平臺(tái)（東菀威鐵克自動(dòng)化科技有限公司），F(xiàn)LUKE51-Ⅱ接觸式溫度表（上海世祿儀器有限公司），DZ-101電腦伺服系統(tǒng)拉力試驗(yàn)機(jī)（東莞市中皓試驗(yàn)設(shè)備有限公司），YG-701E全自動(dòng)縮水率試驗(yàn)機(jī)（深圳市允拓技術(shù)有限公司）。

1.2? 形貌表征

分別制取各規(guī)格鍍銀紗線的樣品，并在樣品表面進(jìn)行噴金處理，采用Phenom Pro臺(tái)式掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形態(tài)。

1.3? 紗線導(dǎo)電性能測(cè)試

1.3.1? 伸直狀態(tài)

鍍銀紗線在進(jìn)行導(dǎo)電性能、感溫性能和力學(xué)性能的測(cè)試之前，均需在溫度為（20±2）℃，相對(duì)濕度為（65±2）%的條件下調(diào)濕24 h。然后將一定長(zhǎng)度（＞25 cm）的各規(guī)格紗線以伸直但不伸長(zhǎng)的狀態(tài)放置在絕緣紙上，兩端用絕緣膠帶固定，使用FLUKE289數(shù)字萬用表每隔2 cm，測(cè)定2～20 cm不同長(zhǎng)度下的電阻值，每個(gè)長(zhǎng)度下測(cè)試結(jié)果為10次測(cè)量的平均值。

1.3.2? 彎曲狀態(tài)

為模擬針織物線圈彎曲狀態(tài)，利用直徑0.5 mm的塑料棒、絕緣紙與泡沫板自制裝置（圖1），以橫向間隔0.2 cm、縱向間隔0.4 cm作為初始間隔，通過分別增加縱橫間隔來實(shí)現(xiàn)紗線不同程度的彎曲。根據(jù)織造不同種類針織物時(shí)所用針數(shù)3、5、8、12針25.4 mm，確定橫向間隔為0.8、0.5、0.3、0.2 cm；根據(jù)常見針織物的線圈大小及彎紗深度，確定縱向間隔為0.4、0.6、0.8、1.0 cm，最終確定了7種彎曲程度的縱橫間隔［15］。將標(biāo)定了10 cm長(zhǎng)度的各規(guī)格紗線，以距離第一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)0.5 cm處作為起點(diǎn)，有規(guī)律地繞過塑料棒，兩端用絕緣膠帶固定，使用FLUKE289數(shù)字萬用表測(cè)試10 cm紗線在彎曲前后的電阻值，結(jié)果取10次測(cè)量的平均值。按照下式計(jì)算電阻的相對(duì)變化率：

θR%=R－R0R0×100（1）

式中：θR為電阻相對(duì)變化率，%；R為變化后的電阻，Ω；R0為初始電阻，Ω。

1.4? 紗線感溫性能測(cè)試

1.4.1? 伸直狀態(tài)

將一定長(zhǎng)度（＞10 cm）的鍍銀紗線順直放置在絕緣紙上，兩端固定后，再將絕緣紙放置并固定在V-2030T微電腦加熱平臺(tái)表面，標(biāo)記10 cm長(zhǎng)度，然后將FLUKE51-Ⅱ接觸式溫度表的探頭固定在紗線表面。待溫度表讀數(shù)穩(wěn)定后，按照逐步升溫法用FLUKE289數(shù)字萬用表測(cè)試其電阻變化，每隔5℃測(cè)試一次，結(jié)果取該溫度下10次測(cè)試的平均值。為盡可能覆蓋皮膚溫度及可接觸溫度（如熱敷）的范圍，記錄紗線從30～65℃的電阻變化。

1.4.2? 彎曲狀態(tài)

在紗線彎曲模擬自制裝置的絕緣紙表面貼雙面絕緣膠帶，并根據(jù)針織物線圈最理想的縱橫密度比2∶3確定縱橫間隔，然后將標(biāo)定了10 cm長(zhǎng)度的紗線有規(guī)律地繞過塑料棒。待紗線牢固地粘在膠帶表面，再將絕緣紙放置并固定在V-2030T微電腦加熱平臺(tái)表面，用FLUKE51-Ⅱ接觸式溫度表測(cè)量紗線表面溫度。待溫度穩(wěn)定后使用FLUKE289數(shù)字萬用表每隔5℃測(cè)試30～65℃的電阻變化，結(jié)果取10次測(cè)量的平均值。

1.5? 紗線強(qiáng)力測(cè)試

按照GBT 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，使用DZ-101電腦伺服系統(tǒng)拉力試驗(yàn)機(jī)，采用等速伸長(zhǎng)（CRE）原理測(cè)試單根鍍銀紗線的斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長(zhǎng)率，設(shè)置夾持器距離為250 mm，拉伸速度為250 mmmin，每種紗線強(qiáng)力測(cè)試10根，結(jié)果取平均值。

1.6? 紗線耐用性能測(cè)試

1.6.1? 耐光耐氧化性能

將標(biāo)定了10 cm長(zhǎng)度的各規(guī)格鍍銀紗線順直固定在透明的窗戶玻璃內(nèi)側(cè)，在有光照的自然條件下放置，從第1天起每隔7天測(cè)定紗線的電阻變化，連續(xù)測(cè)量一個(gè)月，測(cè)試結(jié)果為10次的平均值。紗線耐光耐氧化性能以光照氧化前后的電阻變化率表示，按照下式計(jì)算：

θ′R%=R2-R1R1×100（2）

式中：θR′為耐光耐氧化性能，%；R2為光照氧化后紗線電阻平均值，Ω；R1為光照氧化前紗線電阻平均值，Ω。

1.6.2? 耐水洗性能

為避免紗線在洗滌過程中纏繞打結(jié)，截取30 cm長(zhǎng)的各規(guī)格鍍銀紗線，分別放置單獨(dú)的洗衣網(wǎng)袋中，然后將洗衣網(wǎng)袋放入YG-701E全自動(dòng)縮水率試驗(yàn)機(jī)。手動(dòng)設(shè)置洗滌模式為柔和洗，水位為130 mm，水溫為20℃，每洗滌10 min為一次，洗滌后脫水1 min，參考GBT 8629—2017《紡織品 試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》，采用程序C在GBT 6529—2008《紡織品 調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下平攤晾干，測(cè)試紗線10個(gè)位置10 cm的電阻值，結(jié)果取平均值。紗線耐水洗性能以水洗前后的電阻變化率表示，按照下式計(jì)算：

θ″R%=R4-R3R3×100（3）

式中：θ″R為耐水洗性能，%；R4為水洗后紗線電阻平均值，Ω；R3為水洗前紗線電阻平均值，Ω。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 形貌表征

在使用Phenom Pro臺(tái)式掃描電子顯微鏡觀察樣品表面形態(tài)的過程中，發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的鍍銀紗線表面形態(tài)特征一致，具有代表性。圖2是三種結(jié)構(gòu)鍍銀紗線放大1 000倍的掃描電子顯微鏡（SEM）照片，可以看出單根紗線均是由多根長(zhǎng)絲抱合加捻而成，其中弱捻復(fù)絲的結(jié)構(gòu)極其松散，只加了少量的弱捻，而捻絲與復(fù)合捻絲的結(jié)構(gòu)緊密，特別是復(fù)合捻絲，它是由多根長(zhǎng)絲捻合后再次捻合而成；由SEM照片右上角的局部放大圖可以更清楚地看出，錦綸基纖維邊界粗糙不光滑，鍍銀附著在纖維的間隙處。

2.2? 導(dǎo)電性能

10種鍍銀紗線在伸直狀態(tài)下的初始電阻如圖3所示。由圖3可知，各規(guī)格紗線的電阻均隨長(zhǎng)度的增加呈線性增加。表2是使用Origin軟件對(duì)紗線電阻長(zhǎng)度關(guān)系的擬合結(jié)果，顯示擬合優(yōu)度R2均大于0.997 7 可以說明紗線本身具有較好的均勻性；單位長(zhǎng)度電阻在1.245～18.788 Ω遠(yuǎn)小于107 Ω，說明紗線導(dǎo)電性能好。比較1#～10#紗線的單位電阻可知，線密度越大的紗線單位電阻就越小，這是由于線密度與復(fù)絲數(shù)成正比，復(fù)絲越多相當(dāng)于“并聯(lián)”的電阻越多，從而使紗線總體電阻減小。

進(jìn)一步分析鍍銀紗線線密度與單位長(zhǎng)度電阻的關(guān)系，首先用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，由于兩組數(shù)據(jù)均不滿足正態(tài)分布，故選擇Spearman（斯皮爾曼）相關(guān)分析，得相關(guān)系數(shù)為-0.91 且在0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)，說明線密度與單位電阻存在負(fù)向影響關(guān)系，繼而進(jìn)行回歸分析。對(duì)線密度與單位電阻進(jìn)行線性回歸，得線性模型顯著性為0.027＜0.05 模型通過顯著性檢驗(yàn)，但調(diào)整后R2為0.41 DW為0.55 模型的擬合優(yōu)度較低且殘差序列存在自相關(guān)，說明所選線性模型不合適。因此利用曲線估計(jì)法，在多種模型中選擇擬合優(yōu)度最高的三種模型進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表3所示。由表3可知，三種模型的概率p值均小于0.05 通過顯著性檢驗(yàn)，但倒數(shù)函數(shù)模型的常數(shù)未通過顯著性檢驗(yàn)，因此該模型不予考慮。比較次方函數(shù)與三次函數(shù)模型可知，次方函數(shù)擬合優(yōu)度R2更高，其函數(shù)擬合曲線如圖4所示。建立線密度與單位長(zhǎng)度電阻間回歸方程為：

y0=301.163x－0.829（4）

式中：y0為鍍銀紗線單位長(zhǎng)度電阻，Ω；x為鍍銀紗線的線密度，dtex。

圖5是10種鍍銀紗線在不同彎曲狀態(tài)下的電阻變化率，當(dāng)縱向間隔增加，相當(dāng)于線圈圈柱變長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)針織物縱密減?。煌碓黾訖M向間隔，相當(dāng)于橫密減小。為便于參考，本文將縱橫間隔轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的縱橫密度進(jìn)行比較。整體來看，縱密或橫密的增加，使各規(guī)格紗線的電阻變化率呈上升趨勢(shì)，這是由于隨著縱橫密度不斷增加，長(zhǎng)度一定的紗線彎曲次數(shù)變多（圖6），電阻受到紗線彎曲的影響就越大。其中，10#的電阻變化率出現(xiàn)負(fù)值，這是因?yàn)槠渚€密度較大紗線較粗，在橫向間隔為0.2 cm時(shí)，自身發(fā)生接觸使總體電阻變??；1#～9#鍍銀紗線電阻的最大變化率在0.42%～6.60%，受彎曲影響較小。

進(jìn)一步分析1#～9#鍍銀紗線的線密度、橫密縱密與電阻的關(guān)系，使用Origin軟件對(duì)其進(jìn)行非線性曲面擬合，得到線密度、橫密與電阻的三維擬合曲線函數(shù)（R2為0.988 95），見式（5）;以及線密度、縱密與電阻的擬合曲線函數(shù)（R2為0.989 74），見式（6）。擬合曲面方程如圖7所示。

z=8.390E21－5.028E18x－2.017E20ρ+5.045E18ρ2－4.071E16ρ31+1.271E18x－4.736E15x2+8.737E12x3－8.484E17ρ+2.562E16ρ2（5）

z=4.438E12－2.538E9x－1.809E11ρ′+6.900E9ρ′2+2.301E8ρ′31+6.886E8x－2735426.399x2+5197.534x3－8.477E8ρ′+4.708E7ρ′2（6）

式中：z為鍍銀紗線的電阻，Ω；ρ為橫密，行5 cm；ρ′為縱密，列5 cm； x為鍍銀紗線的線密度，dtex；E為科學(xué)計(jì)數(shù)法符號(hào)。

2.3? 感溫性能

10種鍍銀紗線在伸直與彎曲狀態(tài)下的電阻溫度關(guān)系曲線如圖8所示，通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，電阻隨溫度變化的規(guī)律沒有因紗線的狀態(tài)而改變。另外，紗線電阻隨溫度的升高呈下

降趨勢(shì)，這是因?yàn)殄冦y長(zhǎng)絲的基體為錦綸，屬于絕緣體范疇，同時(shí)鍍銀長(zhǎng)絲表面的銀元素在空氣中會(huì)被氧化形成具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏材料Ag2S（硫化銀）［16］。

表4是使用Origin軟件對(duì)紗線電阻-溫度關(guān)系的擬合結(jié)

果，可知R2均在0.894 25～0.990 4 說明紗線本身電阻沿溫度方向變化穩(wěn)定性較好；一一對(duì)比各規(guī)格紗線在彎曲前后R2的變化可知，彎曲后紗線電阻-溫度關(guān)系的感溫線性度略微下降，說明紗線彎曲會(huì)在一定程度上影響感溫性能。紗線處于彎曲狀態(tài)時(shí)，5#的R2值最大，為0.981 1 說明其感溫線性度相對(duì)最好，紗線電阻沿溫度方向變化最穩(wěn)定；1#的R2值最小，為0.894 2 其線性度相對(duì)最差；3#、4#的R2值均大于0.969 4 其線性度良好，其余的鍍銀紗線線性度一般。

進(jìn)一步分析紗線的線密度、溫度與電阻的關(guān)系，使用Origin軟件對(duì)其進(jìn)行非線性曲面擬合，得到紗線在伸直狀態(tài)下線密度、溫度與電阻的三維擬合曲線函數(shù)（R2為0.994 16），見式（7）；以及紗線在彎曲狀態(tài)下線密度、溫度與電阻的擬合曲線函數(shù)（R2為0.990 63），見式（8）。擬合曲面方程如圖9所示。

z=2 028 079.685+7 018.054x－16 359.804y+187.855y2－0.359y31+288.143x+0.396x2+0.001x3－46.131y+0.458y2（7）

z=4 797.719+9.705x－13.610y+0.249y2－0.002y31+0.712x+0.000 3x2+0.000 002x3－0.004y－0.000 000 9y2（8）

式中：z為鍍銀紗線的電阻，Ω；y為溫度，℃；x為鍍銀紗線的線密度，dtex。

2.4? 力學(xué)性能

鍍銀紗線的力學(xué)性能如表5所示，可知1#在測(cè)試時(shí)僅會(huì)發(fā)生微小形變但不受力的作用，這是由于1#為弱捻復(fù)絲結(jié)構(gòu)，基本沒有賦予紗線一定的強(qiáng)力，因此該規(guī)格紗線不能用于針織物的編織；2#～10#紗線的強(qiáng)力均隨線密度的增加而增大，一方面是由于復(fù)合捻絲的捻度遠(yuǎn)大于捻絲的捻度，捻度越大賦予紗線的強(qiáng)力就越大，而相同結(jié)構(gòu)的紗線捻度相近，此時(shí)復(fù)絲的數(shù)量越多，紗線本身的強(qiáng)力就越大；紗線拉伸強(qiáng)度的變化規(guī)律與強(qiáng)力有所不同，是因?yàn)閺?qiáng)度的大小不僅與強(qiáng)力有關(guān)，還會(huì)受到橫截面積的影響，橫截面積與復(fù)絲數(shù)有關(guān)。整體來看，3#、4#的拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其他幾種紗線。

2.5 ?耐用性能

1#的力學(xué)性能不滿足針織物編織要求，無法用于針織傳感器的制備，因此不對(duì)其耐用性能進(jìn)行研究。光照氧化時(shí)間對(duì)鍍銀紗線電阻的影響如圖10所示，可以看出2#～9#紗線的電阻均隨光照氧化時(shí)間的增長(zhǎng)快速增加，一方面是由于鍍銀紗線的基體長(zhǎng)絲錦綸的耐光性較差，長(zhǎng)時(shí)間的光照氧化使紗線強(qiáng)度開始下降，附著的鍍銀層也更易脫落，相應(yīng)的導(dǎo)電性能下降，電阻增加；另一方面是由于鍍銀紗線與空氣中的H2S（硫化氫）化合生成半導(dǎo)體性質(zhì)的Ag2S［16］，隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，表面Ag2S增多增厚，其電阻就會(huì)大幅度增加。2#～5#紗線比6#～10#紗線電阻變化更明顯，可能的原因是6#～10#紗線為復(fù)合捻絲，其捻度遠(yuǎn)大于2#～5#紗線，具有更緊密的結(jié)構(gòu)，鍍層的穩(wěn)定性更好。

水洗次數(shù)對(duì)鍍銀紗線電阻的影響如圖11所示，可以看出2#～9#紗線的電阻均隨水洗次數(shù)的增多而增加，可能是經(jīng)過多次的水洗晾干，長(zhǎng)絲表面的鍍銀層受損導(dǎo)致電阻增大［17］。在經(jīng)過10次洗滌后，4#的電阻變化最小為1.92%，說明其耐水洗性能最好；其次是6#、3#、5#，電阻變化率在2.48%～3.21%；2#、7#～10#紗線在水洗7次以后，電阻變化率開始急劇增加，這主要是由于水洗次數(shù)增加使紗線的抱合力變差，減小了長(zhǎng)絲間接觸面積，導(dǎo)電性能變差。

進(jìn)一步分析鍍銀紗線的線密度、光照氧化時(shí)間水洗次數(shù)與電阻的關(guān)系，使用Origin軟件對(duì)其進(jìn)行非線性曲面擬合，得到線密度、光照氧化時(shí)間與電阻的三維擬合曲線函數(shù)（R2為0.982 83），見式（9）；以及線密度、水洗次數(shù)與電阻的擬合曲線函數(shù)（R2為0.954 06），見式（10）。擬合曲面方程如圖12所示。

z=9.183E9+9.588E7x+2.480E8y′－4 407 080.468y′2+677 409.693y′31+1 439 994.308x+8 831.873x2+7.261x3+136 544.546y′－41 072.534y′2（9）

z=4.844E38+8.166E35x－2.433E37y″+1.753E36y″2+2.140E34y″31+7.468E34x－7.629E31x2+3.262E29x3－1.869E35y″+1.399E34y″2（10）

式中：z為鍍銀紗線電阻，Ω；y′為光照氧化時(shí)間，d；y″為水洗次數(shù)，次；x為鍍銀紗線線密度，dtex；E為科學(xué)計(jì)數(shù)法符號(hào)。

3? 結(jié)? 論

本文選擇了10種不同規(guī)格的鍍銀紗線，分析了其導(dǎo)電性能、感溫性能、力學(xué)性能和耐用性能，為針織結(jié)構(gòu)溫度傳感器用鍍銀紗線的設(shè)計(jì)與運(yùn)用提供參考，得出以下結(jié)論：

1）所選鍍銀紗線均勻性好，電阻均隨長(zhǎng)度增加呈線性增長(zhǎng)，單位電阻在1.245～18.788 Ω，具有良好的導(dǎo)電性能。得到了線密度與單位電阻間回歸方程，線密度越大、復(fù)絲越多的紗線單位電阻反而越??；紗線彎曲在一定程度上會(huì)降低導(dǎo)電性能，縱橫密度越大，受影響程度越大，最大影響程度在0.42%～6.60%。

2）不同狀態(tài)下的溫度-電阻關(guān)系擬合R2均在0.894 25～0.990 4 感溫性能良好；紗線的彎曲狀態(tài)并不會(huì)改變電阻隨溫度變化呈負(fù)相關(guān)的規(guī)律，但會(huì)略微降低其感溫線性度；線密度適中偏小的鍍銀紗線感溫性能更好，其中155.56 dtex鍍銀紗線的感溫線性度最好，電阻沿溫度方向變化最穩(wěn)定，其次是77.78 dtex和111.11 dtex的鍍銀紗線。

3）除22.22 dtex鍍銀紗線無法滿足針織物編織的要求外，其余線密度的鍍銀紗線均具有良好的力學(xué)性能。復(fù)合捻絲結(jié)構(gòu)的紗線強(qiáng)力大于捻絲結(jié)構(gòu)的紗線，相同結(jié)構(gòu)的紗線中復(fù)絲數(shù)越多的強(qiáng)力越大，但受橫截面積影響，捻絲結(jié)構(gòu)的紗線強(qiáng)度相對(duì)更好，尤其是111.11 dtex和77.78 dtex的鍍銀紗線。

4）光照氧化和水洗都會(huì)導(dǎo)致鍍銀紗線導(dǎo)電性能變差，線密度較小的紗線受光照氧化影響更明顯，僅在四周的時(shí)間就可以使紗線電阻增加到原來的兩倍；水洗對(duì)紗線電阻影響相對(duì)較小，經(jīng)過10次洗滌，111.11 dtex的紗線電阻變化最小為1.92%，其次是222.22、77.78、155.56 dtex的紗線，其電阻變化率在2.48%～3.21%。

5）綜合分析紗線的性能，可以設(shè)計(jì)線密度適中偏小即復(fù)絲數(shù)較少、捻絲結(jié)構(gòu)的鍍銀紗線，用于針織結(jié)構(gòu)溫度傳感器的制備。

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Performance of silver-plated yarns for knitted structure temperature sensors

GUO Mingjinga， WANG Lijuna，b，c

（

a.School of Fashion Design & Engineering; b.Zhejiang Provincial Engineering Laboratory of Fashion Digital Technology;

c.Key Laboratory of Silk Culture Heritage and Products Design Digital Technology， Ministry of Culture and Tourism，

Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：With the development of peoples active health awareness， fabric temperature sensors have received extensive attention as a smart textile that can monitor human body temperature in real time to obtain physical health status. Among them， the temperature sensor of knitted structure can ensure the stability of the sensor when the fabric is deformed due to its unique coil structure， and is more suitable for measuring human body temperature. The conductive area woven by silver-plated yarns is the core of the knitted structure sensor， and determines the performance of the sensor. However， most of the research on it focuses on the design of structural parameters. There are few studies on the design of silver-plated yarns for sensors， and there is a lack of research on the performance of yarns under the bending state of simulated coil and other external conditions.

To ensure the sensing performance of the knitted structure temperature sensor， the resistance values of 10 kinds of typical silver-plated yarns under the bending state of the straight and simulated coils were tested by FLUKE289 digital multimeter and V-2030T microcomputer heating platform. The effects of light oxidation and washing conditions on the electrical conductivity of the yarns were analyzed. The mechanical properties of the yarns were tested and analyzed by a computer servo system tensile tester. The relationship between the linear density， yarn state， temperature， light oxidation time， washing times and resistance was obtained. The experimental results show that the unit resistance of 10 kinds of silver-plated yarns is between 1.245 Ω and 18.788 Ω， and all of them have good electrical conductivity. The higher the linear density and the more multifilaments are， the smaller the unit resistance is; the bending of the yarn will reduce the conductivity to a certain extent. The larger the longitudinal/transverse density is， the greater the resistance of the yarn is affected， and the maximum influence degree is between 0.42% and 6.60%. The fitting R2 of the temperature-resistance relationship of silver-plated yarns in different states is between 0.894 25 and 0.990 40， and the temperature sensing performance is good. The bending state of the yarn does not change the law that the resistance is negatively correlated with the temperature change， but it will slightly reduce its temperature sensitivity linearity. The yarn with a moderate linear density and small linear density has better temperature sensitivity. Specifically， the temperature sensitivity linearity of 155.56 dtex silver-plated yarns is the best， followed by 77.78 dtex and 111.11 dtex silver-plated yarns. Except that 22.22 dtex silver-plated yarns can not meet the requirements of knitted fabric weaving， the other silver-plated yarns with a linear density have good mechanical properties， among which the yarn strength of twist structure is relatively better. Both light oxidation and washing will lead to the deterioration of the conductivity of silver-plated yarns. The yarn with a smaller linear density is more obviously affected by light oxidation， and the yarn resistance is increased to twice the original in only four weeks. The effect of washing on yarn resistance is relatively small. After 10 times of washing， the resistance change of 111.11 dtex silver-plated yarns is the smallest， being 1.92%. Based on the comprehensive analysis of the performance of the yarn， a silver-plated yarn with a medium linear density， a small number of multi-filaments and a twisted yarn structure can be designed to prepare a knitted temperature sensor.

The comprehensive analysis and evaluation of the electrical conductivity， temperature sensitivity， mechanical properties and durability of 10 kinds of silver-plated yarns can provide reference for the design of silver-plated yarns for knitted structure temperature sensors with stable performance.

Key words：

silver-plated yarn; knitted flexible sensor; electrical conductivity; temperature susceptibility; mechanical properties; durability