一種同軸導電紗的制備

祖文菊 楊建忠 焦海娟

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

跟隨科技進步的潮流，智能可穿戴產品迅速發展，各種各樣的智能可穿戴產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，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電織物尚存在不足［4］，如織物不可洗滌，導電性隨著使用時間的增加而衰減，絕緣防護層未將導電紗與外界隔離等。

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

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

圖1 同軸電纜

1 同軸導電紗的制備

1.1 試驗材料及儀器

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

HKV 141D型空心錠包覆紡紗機（浙江凱發新材料有限公司），UT 181A型數字萬用表（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 成紗工藝設計

包纏紗的纏結方式不同于普通紗線的加捻結合，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［10］。同軸導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

錦綸鍍銀導電絲1和滌綸長絲2作為芯絲，分別經過導紗桿、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回轉和中心紗線的連續牽引輸出，滌綸長絲以加捻的形式不斷地包覆在芯紗上。當紗線進入導紗鉤8時，并入從兩側空心錠子內牽出的滌綸長絲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電絲包覆隔離，從而形成同軸導電紗。

1.2.2 工藝參數設計

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：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：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：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）。可計算出超欠喂率為0.978，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速為126.4 r/min。

試驗目的在于研制出類似同軸電纜的同軸導電紗，即導電絲被最大程度地包覆在內部，包覆度越大，“絕緣性”效果越佳。包覆度是指單位長度內，滌綸絲以螺旋形態包纏在芯紗上的圈數，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，通過數字萬用表，將探測頭兩側分別相距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，在不同段距離內紗線體積比電阻仍有較小值出現。這代表滌綸長絲對鍍銀導電絲的包覆并不完全，沒有實現全覆蓋性包覆。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，將所制同軸導電紗織成的平紋織物（經密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的測試結果發現，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，被磨損的鍍銀導電絲出現部分導電層脫落，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，結果見圖6。

圖6 洗滌后織物表面比電阻變化

從圖6數據可發現，織物的表面比電阻值略微增大，這是因為鍍銀導電絲的導電層在洗滌作用力刺激下出現少量脫落，導致導電成分減少，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，即織物的導電性變化不大，這也表明了導電紗的包覆度較好。故所制同軸導電紗具有良好的耐洗滌性能。

3 同軸導電紗應用情況

該同軸導電紗是由錦綸鍍銀導電絲被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、結構緊密、捻度大。由于喂入速度的原因，表面呈現階段性的粗節，外觀呈現波浪形的特殊風格，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，根據不同的用途可將其用于不同的領域。導電紗的應用十分廣泛，陳旭華等［13］對導電織物的電磁屏蔽性能進行了研究；Textronics公司生產了一種含導電紗的文胸，該文胸可以監測心率；陳信華［14］將導電織帶連接無塵套裝，可降低或避免靜電對工作車間中產品以及人員的危害；LI Yiming等［15］利用導電織物調節溫度。此外，考慮到織物的安全性和美觀性，試驗所制同軸導電紗還可用于智能游戲體驗服、汽車內飾、絕緣的導電儀器、電子設備的屏蔽、孕婦防護服等領域。

4 結語

錦綸鍍銀絲具有良好的導電性和導熱性，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合成紗后，該紗具有優良的導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，并且具有優良的耐洗滌性。

利用空心錠包覆紡紗機研制的同軸導電紗具有特殊的風格特征，表面呈波浪竹節形態，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生自捻，在退繞時需要給予其適當的牽伸作用，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，根據不同的用途可將其應用在很多領域。與此同時，該試驗也為導電紗線的表面絕緣處理提供了一種思路。