介绍
随着信息时代的快速发展，具有传感功能的智能纺织品逐渐引起人们的关注。由于其良好的皮肤粘附性，可以监测佩戴者的脉搏、体温、心跳、呼吸、脑电图、心电图等生理指标，广泛应用于医疗和运动检测。如图1所示。

图1。运动检测中通过织物应变传感器检测手腕、手指、肘部、脚踝和膝盖弯曲信号，以及医疗检测中呼吸、脉搏和心跳信号的检测。
传统的传感设备材料，如金属、聚合物1、碳基和复合导电材料2 ，都是刚性的。它们的传感性能不错，但质地比较扎实。如果长期用作人体表面的传感装置，可能会对人体皮肤造成伤害。基于日常服装优异的皮肤粘附性和柔软特性，纺织材料被用于织物应变传感器。与传统传感器相比，基于纺织材料的织物应变传感器表现出高舒适度和重复性的优势。3织物的传感性能是当织物表面受到特定的机械变化时，织物的导电纱线会发生变形，导致其电阻或电压发生变化。该电信号反映了机械变化的大小和分布。导电纱线的选择对织物的传感性能有重大影响。目前，大多数导电纱线都是通过涂层的方法在纱线表面涂覆金属，从而获得导电性能。4由于黄金的价格比较高，目前选择的镀层金属主要是银。

镀银尼龙纱由于其对电阻变化的高敏感性而被广泛用作智能可穿戴传感器的制造材料。5王6以聚酯织物（PETF）为基材，引入3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTS）对织物表面进行改性，并在改性PETF（M-PETF）上进行化学镀银，制作出性能更好的心电图织物电极导电性和耐洗性。Lee 7采用镶嵌编织法开发了多通道带状肌电图（EMG）测量仪。开发的针织电极使用导电银和非导电 Bio Max 功能纱线。公园8号开发了应变传感器，使用由银和尼龙纱线组成的导电纱线来制造可穿戴应变传感器，通过将可拉伸导电纱线附着到纺织基材上来监测人体呼吸。Han 9使用镀银聚酰胺丝组装导电手套，用于监测手指运动、弯曲速率和弯曲角度。

许多因素会影响织物的抗拉强度。Tohidi 10使用导电不锈钢聚酯平针织物来研究织物结构参数（例如线圈长度）对传感器机电性能的影响。高11通过溶剂热法分别获得了银纳米线（AgNWs）、银纳米棒（Agnes）和银纳米颗粒（AgNPs）。此外，还研究了线状、棒状和粒状银纳米结构吸附在棉织物上对棉织物导电性和耐磨性的影响。伊斯玛尔12讨论了水和洗涤剂溶液对镀银纱线的影响。水在产品洗涤过程中起着至关重要的作用，因此它比洗涤剂溶液对纱线表面造成的损害更大。

导电纺织品应进行蒸汽保养，以减少日常洗涤和干燥周期的次数，并增加蒸汽衣物护理的使用，以达到预期的智能衣物寿命。13 Tyurin 14使用范德波尔方法研究了导电纺织品的电性能。研究了导电针织物在垂直于经向的张力和与织物经向成特定角度的张力下电阻变化的相关性。李15研究了单向拉伸下导电纱线、两根重叠导电纱线和导电针织物的机电性能。它表明导电织物通常表现出两种类型的电阻。取决于长度和接触电阻。张16重点研究了单轴拉伸下织物的载荷与阻力之间的关系。通过理论分析和实验研究发现，织物中重叠纱线的接触电阻是影响织物传感器灵敏度的关键因素。

埃尔德姆17使用不同的导电纱线、引脚类型、引脚密度和线路位置来创建导电路径，并研究这些参数对电阻值的影响。结果表明，导电线的类型、引脚密度、线路位置是影响电阻值的重要因素。韩18通过恒定拉伸试验研究了氨纶含量、洗涤、熨烫工艺对纬编针织物传感器弹性的影响。实验结果表明，氨纶含量影响针织物的弹性，从而显着影响传感器性能。比克顿19提出并非所有导电线都会在纤维内相互接触。当纤维被拉伸时，横截面积将减小，使更多的导电纤维相互接触，从而增加可用的电流路径并降低纤维的电阻。

为了研究对织物应变传感器传感性能的影响，讨论了影响织物和纱线电阻变化的因素。首先测试了镀银尼龙丝的传感性能，通过理论与实践的对比，研究了纱线本身及外界环境对纱线电阻的影响。其次，其他六种织物，如平纹织物和蜂窝织物，均采用镀银尼龙纱制成。研究了织物结构对织物电阻的影响，测试了不同结构织物的电阻灵敏度、耐疲劳性、重复性和抗静电性能。最后选择了两种不同结构的织物来制作传感器，将针织手套组合而成数据手套。通过弯曲人体手指不同角度来测试织物应变传感器的电阻变化。

材料和方法
材料
所用材料包括济南雨墨科贸有限公司生产的33Tex镀银导电尼龙丝和义乌汉宇棉纺织有限公司生产的32Tex高强力涤纶丝。
方法
机织物准备
本研究采用高韧性聚酯纤维作为经纱，镀银尼龙作为纬纱。为了研究不同组织结构机织物的传感性能，设计了平纹、斜纹等几种常见的机织物。还根据织物的不同密度设计了蜂窝状和方格纹组织。根据织物结构的设计和机器运行工艺参数的计算，采用江阴通源纺织机械有限公司的SGA598半自动样机生产了六种不同结构的梭织织物。

纱线理论阻力和实际阻力的计算
利用欧姆定律和P.Xue方程计算了镀银导电纱的电阻变化。

不同外界条件下纱线阻力测试
首先，通过显微镜观察分析织物的表面形貌。将16厘米镀银尼龙丝在常温常压下剪断固定，进行拉伸测试。每两周使用DMM6500数字万用表记录一次纱线的电阻，以测试纱线的电阻。电阻测试夹用于在标准温度和压力下固定纱线的两端。橡胶绝缘手套拉伸电阻测试夹具配合数字万用表监测纱线电阻的变化，并检查不同拉伸应变对电阻的影响。最后，将纱线切成1m长度，在密闭容器中用加湿器不同程度地润湿，并用DM6500数字万用表每隔15s测量电阻，持续3min。

织物伸长率及传感性能测试
使用YG028织物强力机，按照国家标准GB/T3923.1-2013，夹纱距离保持10cm，预张力2N，移动速度50mm/min，拉伸开始直至断纱停止。记录纱线的断裂强度、时间和伸长率。

在标准温度和压力下，用橡胶绝缘手套拉伸的电阻测试夹具将织物的两端夹紧。了解织物在拉伸过程中如何变化。选择最常见的平纹组织，进行3D建模，固定组织两端，在组织两端添加拉伸使其水平拉伸，记录组织表面的变化。使用DMM6500数字万用表记录电阻值。将织物拉伸50次，每10次记录阻力值，记录不同结构织物的抗疲劳性能，确保反复拉伸后阻力仍稳定。不同组织结构的织物周期性拉伸。

不同面料抗静电性能测试
摩擦电压法的选用，采用LFY-402织物摩擦静电仪，参见GB/T 12703.5-2010标准《织物静电性能评定》。在相对湿度45%、温度20℃下，取六种结构，每种样品8×8cm规格。在标准大气压下静置一段时间后，将样品夹紧并与转速为400PRM的转轮上的标准尼龙布摩擦。1 分钟内测量样品的峰值应变。22

织物应变传感器的制作及传感器数据采集设备的构建
由于该织物具有变形能力大、电阻灵敏度好的特点，能够保证应变下有效的电阻变化，并且具有较高的重复性和抗疲劳性，因此该织物可以用作柔性传感器材料23、24 ，如如图3(a)所示。准备好所需尺寸的导电织物，并在织物两端连接导线，形成织物应变传感器，贴在针织手套指关节弯曲处、织物应变传感器与ZH-电阻端子上。将To8R-14N1 8路电阻测量模块用导线连接，打开电源将数据传输到电脑，利用串口工具获取电阻变化数据如图3(b)和（C）。

图3 . 织物应变传感器的手指弯曲测试程序示意图。(a)织物应变传感器数据采集设备示意图。(b)串口工具采集手指数据示意图。

结果与讨论
纱线断裂伸长性能
表2显示，聚酯的拉伸强度为49.43N/Tex，断裂伸长率为258.6%，而镀银尼龙的拉伸强度为30.97N/Tex，断裂伸长率为373.75%。聚酯和镀银尼龙都具有良好的拉伸强度。这不仅杜绝了生产过程中因强度不足而造成断纱的问题，也保证了织物后期的正常拉伸。

纱线理论与实际阻力对比分析
如图4所示，随着伸长率的增加，纱线本身发生变形，导致纱线的阻力不断升高。然而，理论电阻和实际电阻之间存在显着差异。相同伸长率下，实际阻力高于理论阻力。

理论计算假设纱线的电阻率保持恒定，导致总电阻呈线性变化。实际测试时，织物初始拉伸时，纱线表面的银（Ag）层变化不大，因此纱线电阻变化不大。随着纱线继续被拉伸，银层逐渐被破坏，导致电阻值发生显着变化。研究影响纱线阻力的因素，可以从材料本身和外部环境两个角度进行分析。25研究影响纱线阻力的因素，可以从材料本身和外部环境两个角度进行分析。
材料本身及外界环境对纱线阻力的影响
从纱线的角度来看，图4插图显示了镀银尼龙纱线的微观表面形貌。在拉伸过程中，纱线表面的银颗粒被破碎。26纱线表面银颗粒的破碎增加了纱线之间的接触面积，从而增加了纱线的阻力。为了进一步研究影响纱线阻力的因素，可定义纱线间的接触常数为C，分离系数为S。根据式( 6 )~( 9 )，可得纱线阻力的计算公式( 10 )可以推导出来。

镀银尼龙导电布性能
不同结构织物的电阻测试
如图7(a)-(f)所示，不同编织结构的机织导电织物的电阻值随伸长率呈先减小后增大的趋势，最小电阻值对应的变量称为拐点值。在整个拉伸过程中，不同组织结构的拐点值是不同的。可以看出，平纹组织、经面斜纹组织和斜纹衍生组织的拐点值出现较快，而蜂窝组织和模拟纱罗组织的拐点值出现较慢。

整个拉伸过程可分为两个阶段。第一阶段，织物在屈曲状态下被拉伸，直至纱线收缩率达到0。此时，阻力值由高变低，直至达到最小阻力。第二阶段，纱线发生弹性变形，电阻值由低变高。如图8(a)~(f)所示，第一阶段的阻力变化主要与织物的缩水率有关，第二阶段的阻力主要受纱线本身阻力性能的影响。越早到达电阻拐点，弹性变形发生得越快，传感性能越好。

转折点是在从第一阶段转向第二阶段的过程中实现的。在第一阶段，由于织物本身在制造后经历了一定的收缩率，因此在自然状态下生产的织物并不处于纱线伸直的状态。收缩率越大，织物达到拉伸状态所需的时间就越长。从表2可以看出，蜂窝织物和穿孔织物的收缩率较高，而平纹、斜纹衍生品和经面斜纹织物的收缩率较低，因此处于拉伸状态的时间较短。

不同组织结构织物的抗敏性
从图9可以看出，导电织物受应变影响的过程中存在灵敏度最低点。反复拉伸后，可测得最低点在1.5%至8%之间。根据拉伸结果，假设导电织物的灵敏度呈现曲线趋势。不同组织的拐点值到达时间不一样，其中平纹组织、经面斜纹组织、斜纹衍生组织的拐点值最快，约为1.5%。蜂窝组织和方格组织的拐点值速度最慢，约为8%。不同织物结构的拐点和规格系数（GF）值会有所不同。方形格纹的拐点值为 7.619%，蜂窝格纹为 7.803%，仿纱罗格纹为 3.890%，普通格纹为 2。310%，斜纹衍生品为1.629%，经面斜纹为1.739%。平纹组织拐点处的GF为2.697，斜纹衍生组织为1.029，经面斜纹组织为1.498，方格组织为0.195，蜂窝组织为0.069，模拟纱罗组织为0.128。织物的拉伸过程分为两个阶段。第一阶段是织物中纱线从扭结状态转变为伸直状态时（纱线滑移过程），第二阶段是纱线发生变形时（纱线变形过程）。织物的拉伸过程分为两个阶段。第一阶段是织物中纱线从扭结状态转变为伸直状态时（纱线滑移过程），第二阶段是纱线发生变形时（纱线变形过程）。织物的拉伸过程分为两个阶段。第一阶段是织物中纱线从扭结状态转变为伸直状态时（纱线滑移过程），第二阶段是纱线发生变形时（纱线变形过程）。

第一阶段，当织物长宽相同时，收缩率较大的织物在自然状态下的屈曲程度较高，而收缩率较低的织物在自然状态下的屈曲程度较低。自然状态。在相同拉伸应变条件下，屈曲程度越高的织物与屈曲程度较低的织物相比，纱线滑移的部分越多，纱线变形的部分越少。然而，纱线滑移本身对纱线阻力的影响很小，这主要是由于纱线变形、横截面积和长度变化，从而导致阻力变化。因此，在第一阶段，对于相同的伸长率，屈曲程度较高的织物阻力变化较小，而屈曲程度较低的织物，阻力变化较大。如图所示由图10(a)可见，平纹组织、经面斜纹组织、斜纹衍生组织的GF值变化较大，而蜂窝组织和仿纱罗组织的GF值变化较小。

第二阶段，织物阻力的变化主要是由纱线本身的弹性变形引起的。纱线已被拉伸。织物经纬向拉伸后，经纬纱之间的间隙也发生了变化。织物的收缩率越大，纱线被矫直后，相邻两根经纱之间的间隙就越大。
对于相同的织物尺寸，织物的收缩率越大，经纱和纬纱的接触点越小。因此，拉伸时纬纱变形面积减少，纱线阻力变化更慢。因此，在第二阶段，对于相同的伸长率，屈曲程度较高的织物的阻力变化较小，而屈曲程度较低的织物的阻力变化较大。如图10(b)所示，平纹织物、经面斜纹织物和斜纹衍生织物的GF值变化较大，而蜂窝织物和仿纱罗织物的GF值变化较小。
不同组织结构织物的疲劳性能
如图11所示，拉伸50次后，每次测得阻力差异在0.01至0.001之间。表明不同结构的织物均具有良好的拉伸回复性能。平纹组织和经面斜纹组织反复拉伸50次阻力变化较大，蜂窝组织反复拉伸50次阻力变化较小。可以看出，编织越紧，重复性越差，而编织越松，重复性越好。

不同组织结构织物的重复性抵抗力
如图12所示，不同组织结构的织物在固定伸长率下经历了周期性的拉伸变化。结果表明，经过多次拉伸后，织物的阻力变化呈现周期性变化。由于机织织物是经纬交织的，纱线分布具有较强的周期性，织物具有一定的弹性，经多次拉伸后仍能恢复原来的结构。其特点是重复性高。

不同组织结构导电织物的抗静电性能
如表3所示，织物结构对抗静电性能有很大影响。其中，斜纹织物的摩擦抗静电性能最好，峰值电压最低（452 mv）。蜂窝织物的摩擦抗静电性能最差，峰值电压为1168 mv。结果表明，织物结构越紧密，导电织物的抗静电性能越好。反之，织物结构越疏松，导电织物的抗静电性能越差。31

织物应变传感器手指弯曲性能测试
作为织物应变传感器，选择一种织物结构相对紧密的经面斜纹组织结构和一种织物结构相对宽松的蜂窝组织结构。将织物应变传感器与针织手套制作成数据手套，采用8通道电阻测量ZH-To8R-14N1将数据发送至计算机，记录手指屈曲时织物应变传感器的电阻变化。不同的角度。

如图13(a)和(b)所示，使用两种织物作为织物应变传感器来检测手指弯曲的程度。当手指从 45° 弯曲到 135° 时，织物应变传感器的电阻会随着时间的推移而增加。由蜂窝结构和经面斜纹结构制成的传感器表现出明显的电阻变化。因此，织物应变传感器可以检测人体手指的弯曲，可以应用于人体姿势检测的多个方面。32

结论
本工作为了探讨因素对织物传感性能的影响，采用镀银尼龙纱线制作了六种不同的组织，以及纱线材料、外部环境和不同组织结构对纱线电阻的影响。研究发现有两个因素影响导电纱线。一是纱线材质变化引起的电阻率变化，二是纱线外部环境的变化，如水分、伸长率等。就织物而言，其编织结构会影响其传感性能。在整个连续拉伸过程中，织物从初始状态开始经历两个阶段。第一阶段是织物中的纱线从原来的扭结状态转变为伸直状态时，第二阶段是纱线由伸直状态转变为纱线变形状态。在这个过程中，从第一阶段到第二阶段的过渡点可以认为是拐点。不同组织结构的织物在不同时间达到拐点。织物组织结构越紧密，拐点值出现越早，织物组织结构越松，拐点值出现越晚。同时对不同结构的导电织物的灵敏度、抗疲劳性、重复性和抗静电性能进行了研究。研究发现，织物结构越紧密，灵敏度和抗静电性能越好，但耐疲劳性和重复性越低；织物结构越疏松，

在本研究的最后，选择了结构相对紧密的经面斜纹组织的织物和组织相对宽松的蜂窝织物作为织物应变传感器。与针织手套一起制成了数据手套。采用8通道电阻测量ZH-To8R-14N1记录手指弯曲不同角度时织物应变传感器的电阻变化。发现这两种织物应变传感器在不同的手指弯曲角度下电阻变化明显，因此可以应用于人体姿势检测的多个方面。