祖文菊 楊建忠 焦海娟

（1.西安工程大學，陜西西安，710048；2.陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院，陜西西安，710021）

跟隨科技進步的潮流，智能可穿戴產(chǎn)品迅速發(fā)展，各種各樣的智能可穿戴產(chǎn)品逐漸融入到人們的日常生活中［1］。但隨之而來的缺點也漸漸顯現(xiàn)，如織物柔軟性、舒適性差，不可洗滌，使用壽命周期短等［2-3］。引起這些缺點的主要原因是其核心組件導(dǎo)電織物尚存在不足［4］，如織物不可洗滌，導(dǎo)電性隨著使用時間的增加而衰減，絕緣防護層未將導(dǎo)電紗與外界隔離等。

制備導(dǎo)電織物的方法有很多種，如涂層法［5］、浸漬法［6］、聚合物沉積法［7］、摻入金屬導(dǎo)電絲［8］等。其中，涂層法、浸漬法和聚合物沉積法所制備導(dǎo)電織物的導(dǎo)電層與織物的黏結(jié)牢度較差，織物在受到拉伸、彎曲等機械作用時，表面的導(dǎo)電層容易出現(xiàn)裂縫、脫落等現(xiàn)象，致使織物導(dǎo)電性下降，使用壽命縮短。而摻入金屬纖維的導(dǎo)電織物則手感硬，舒適性差。目前大多數(shù)研究者是將導(dǎo)電顆粒鍍在纖維絲上，將導(dǎo)電纖維絲與非導(dǎo)電絲混和織制成導(dǎo)電織物。但導(dǎo)電絲的導(dǎo)電層是裸露在外界的，在受到外界作用力刺激時，導(dǎo)電絲容易受損，織物的導(dǎo)電性下降。同時，導(dǎo)電絲直接暴露會帶來漏電的潛在危險，故導(dǎo)電絲的絕緣處理引起了研究者的關(guān)注。

本研究通過包纏紡工藝研制了一種同軸導(dǎo)電紗（參照同軸電纜的結(jié)構(gòu)，見圖1）［9］，將導(dǎo)電絲置于中心，通過在其外部多層包纏絕緣材料，使得中心導(dǎo)電材料被隔離，從而實現(xiàn)導(dǎo)電絲的絕緣處理，同時達到保護紗線導(dǎo)電層的目的。

圖1 同軸電纜

1 同軸導(dǎo)電紗的制備

1.1 試驗材料及儀器

77.8 dtex/24 F錦綸鍍銀導(dǎo)電絲（8Ω～10Ω，青島天銀紡織科技有限公司），166.7 dtex/36 F滌綸長絲（蘇州恒吉星貿(mào)易有限公司）。

HKV 141D型空心錠包覆紡紗機（浙江凱發(fā)新材料有限公司），UT 181A型數(shù)字萬用表（深圳華清儀器儀表有限公司），SGA 598型半自動織樣機（江蘇通源紡機有限公司），YG（B）502型織物起毛起球儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），Y（B）331C型半自動紗線捻度機（溫州大榮紡織儀器有限公司），VC6236P型接觸式測速表（上海雙旭電子有限公司）。

1.2 成紗方法及工藝

1.2.1 成紗工藝設(shè)計

包纏紗的纏結(jié)方式不同于普通紗線的加捻結(jié)合，而是采用長絲外包纏的方式成紗，芯紗的絲束基本是平行狀態(tài)［10］。同軸導(dǎo)電紗運用了包纏紡的成紗方式，將錦綸鍍銀絲和彩色滌綸絲在空心錠包覆紡紗機上紡制成紗，見圖2。

圖2 紗線配置

錦綸鍍銀導(dǎo)電絲1和滌綸長絲2作為芯絲，分別經(jīng)過導(dǎo)紗桿、喂料輥、彈簧夾后進入空心錠。外包滌綸長絲7以順時針方向高速退繞并包纏在被牽引的芯絲上，錠子每轉(zhuǎn)一次，外包滌綸長絲7就在芯紗上加一個捻回。隨著錠子的高速連續(xù)回轉(zhuǎn)和中心紗線的連續(xù)牽引輸出，滌綸長絲以加捻的形式不斷地包覆在芯紗上。當紗線進入導(dǎo)紗鉤8時，并入從兩側(cè)空心錠子內(nèi)牽出的滌綸長絲3一起作為芯紗，紗線在引紗輥的牽引作用下進入上排錠子，然后外包滌綸長絲9以逆時針方向退繞，包纏芯絲后，卷繞在成紗管上。滌綸長絲以并排和包纏的形式將鍍銀導(dǎo)電絲包覆隔離，從而形成同軸導(dǎo)電紗。

1.2.2 工藝參數(shù)設(shè)計

空心錠包覆紡紗機的齒輪分布見圖3。

圖3 空心錠包覆紡紗機的齒輪分布

卷取齒輪組工藝參數(shù)：A為48齒，B為74齒，C為66齒，D為50齒，卷取傳動比=0.875×超欠喂率=（A×C）/（B×D）。牽伸齒輪組工藝參數(shù)：A為54齒，B為58齒，C為52齒，D為78齒，牽伸傳動比=721.695/捻度=（A×C）/（B×D）。喂入齒輪組工藝參數(shù)：A為32齒，B為70齒，C為70齒，D為40齒，喂入傳動比=1 151.528/（捻度×牽伸比率）=（A×C）/（B×D）?？捎嬎愠龀肺孤蕿?.978，即紗線的喂入方式是欠喂；紗線的理論捻度為1 163捻/m，牽伸比率為1.238，用測速儀測得空心錠子轉(zhuǎn)速為126.4 r/min。

試驗?zāi)康脑谟谘兄瞥鲱愃仆S電纜的同軸導(dǎo)電紗，即導(dǎo)電絲被最大程度地包覆在內(nèi)部，包覆度越大，“絕緣性”效果越佳。包覆度是指單位長度內(nèi)，滌綸絲以螺旋形態(tài)包纏在芯紗上的圈數(shù)，也指滌綸絲對芯絲的覆蓋程度［11］。

2 性能測試

2.1 紗線的包覆效果測試

本試驗所制紗線的包覆效果通過紗線捻度和紗線體積比電阻值表征。使用Y（B）331C型半自動紗線捻度機測得紗線實際捻度為1 120捻/m。取中間紗段，通過數(shù)字萬用表，將探測頭兩側(cè)分別相距50 cm、100 cm、150 cm、200 cm、250 cm、300 cm接在紗線兩端，分別測試10次，得出一定距離內(nèi)紗線段的體積比電阻（Ω·cm），見圖4。

圖4 不同距離紗段的體積比電阻

由圖4可知，在不同段距離內(nèi)紗線體積比電阻仍有較小值出現(xiàn)。這代表滌綸長絲對鍍銀導(dǎo)電絲的包覆并不完全，沒有實現(xiàn)全覆蓋性包覆。但相比其他工藝，該方法所得包覆效果較佳。

2.2 織物的耐摩擦測試

參照儀器說明書，將所制同軸導(dǎo)電紗織成的平紋織物（經(jīng)密111根/10 cm，緯密115根/10 cm，下同）置于織物起毛起球儀上，檢測織物摩擦200次、400次和600次前后的表面比電阻變化，見圖5。

圖5 摩擦前后織物表面比電阻變化

由圖5的測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，摩擦前后織物的表面比電阻變化不大。這是因為試驗所研制的同軸導(dǎo)電紗包覆度良好，在摩擦過程中大部分摩擦損害都由滌綸長絲承受，僅有少量鍍銀導(dǎo)電絲受到摩擦。在摩擦過程中，受到摩擦損壞的滌綸長絲變細，被磨損的鍍銀導(dǎo)電絲出現(xiàn)部分導(dǎo)電層脫落，從而致使織物的表面比電阻增大。

2.3 織物耐洗滌性能測試

將所制同軸導(dǎo)電紗織成的平紋織物在日常洗滌條件下洗滌5次［12］，并測試洗滌后其表面比電阻的變化情況，結(jié)果見圖6。

圖6 洗滌后織物表面比電阻變化

從圖6數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，織物的表面比電阻值略微增大，這是因為鍍銀導(dǎo)電絲的導(dǎo)電層在洗滌作用力刺激下出現(xiàn)少量脫落，導(dǎo)致導(dǎo)電成分減少，表面比電阻增大。總體而言，織物洗滌后其表面比電阻變化不大，即織物的導(dǎo)電性變化不大，這也表明了導(dǎo)電紗的包覆度較好。故所制同軸導(dǎo)電紗具有良好的耐洗滌性能。

3 同軸導(dǎo)電紗應(yīng)用情況

該同軸導(dǎo)電紗是由錦綸鍍銀導(dǎo)電絲被5根滌綸長絲通過空心錠包覆紡紗機包覆起來的，該紗表面絕緣效果好、結(jié)構(gòu)緊密、捻度大。由于喂入速度的原因，表面呈現(xiàn)階段性的粗節(jié)，外觀呈現(xiàn)波浪形的特殊風格，如圖7所示。但紗線捻度較大，在自然狀態(tài)下容易自捻，織造時需施加一定張力。另外，可通過對滌綸長絲的顏色選配使紗線呈現(xiàn)段彩效果，增加紗線的美觀性。

圖7 實物圖

由于紗線的特殊風格，根據(jù)不同的用途可將其用于不同的領(lǐng)域。導(dǎo)電紗的應(yīng)用十分廣泛，陳旭華等［13］對導(dǎo)電織物的電磁屏蔽性能進行了研究；Textronics公司生產(chǎn)了一種含導(dǎo)電紗的文胸，該文胸可以監(jiān)測心率；陳信華［14］將導(dǎo)電織帶連接無塵套裝，可降低或避免靜電對工作車間中產(chǎn)品以及人員的危害；LI Yiming等［15］利用導(dǎo)電織物調(diào)節(jié)溫度。此外，考慮到織物的安全性和美觀性，試驗所制同軸導(dǎo)電紗還可用于智能游戲體驗服、汽車內(nèi)飾、絕緣的導(dǎo)電儀器、電子設(shè)備的屏蔽、孕婦防護服等領(lǐng)域。

4 結(jié)語

錦綸鍍銀絲具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，而滌綸吸濕性差，織造過程中易起靜電。將錦綸鍍銀絲和滌綸長絲復(fù)合成紗后，該紗具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和表面絕緣效果，具備防靜電性能的同時滿足了安全防護要求，并且具有優(yōu)良的耐洗滌性。

利用空心錠包覆紡紗機研制的同軸導(dǎo)電紗具有特殊的風格特征，表面呈波浪竹節(jié)形態(tài)，紗線捻度大，耐磨性好，可用于特殊風格的面料制作。該同軸導(dǎo)電紗包覆效果好，但由于捻度較大，紗線退繞后無外力作用下易發(fā)生自捻，在退繞時需要給予其適當?shù)臓可熳饔?，以保證其可織性。此外，可通過對滌綸長絲顏色的選配增加其美觀性，根據(jù)不同的用途可將其應(yīng)用在很多領(lǐng)域。與此同時，該試驗也為導(dǎo)電紗線的表面絕緣處理提供了一種思路。