抗拉伸干扰的可拉伸的压力传感织物及其制备方法、应用

本发明属于智能压力传感，涉及抗拉伸干扰的可拉伸的压力传感织物及其制备方法、应用。

背景技术：

1、柔性压力传感器是通过将压力作用转换成电信号，从而实现对于压力的实时监测的智能装置。近年来，随着人工智能、物联网和可穿戴电子等技术快速发展，柔性压力传感器在人机交互、医疗健康、电子皮肤和感知重建等领域体现出广阔应用前景，备受关注。柔性织物基压力传感器，也称为压力传感织物，具备独特的纺织结构。与传统的薄膜状、块状压力传感器相比，体现出纺织品良好的轻柔性、可变形性、生物相容性以及穿戴舒适性。

2、柔性摩擦纳米发电机，是利用摩擦起电和静电感应相耦合的原理，通过两种电负性不同柔性高分子聚合物材料的相互接触产生摩擦电荷，在两种材料接触分离过程中，在外电路产生交流电信号，实现机械能到电能的转化。基于摩擦产电现象的摩擦纳米发电机(teng)，在自供电压力传感方面体现出独特的优势与应用潜力。

3、李辉等人在《柔性全编织摩擦纳米发电织物的制备》(纺织学报，2018)中报道了通过锥形编织的方法将聚酰胺纤维与涤纶缝纫线分别缠绕在镀银的金属长丝表面，形成两种皮芯结构的复合导电纤维绳，其中皮层聚酰胺纤维与涤纶纤维缝纫线作为摩擦层，芯层镀银金属长丝作为电极层，将2种复合导电纤维绳经机织制备成柔性自供能织物作为摩擦纳米发电机。

4、中国发明专利cn115118176a公开了一种拉伸不敏感的摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机为三明治结构，从上往下依次为摩擦层、电极、封装层；将液体有机小分子单体、交联剂、光引发剂混合溶液渗入摩擦层与封装层的聚合物薄膜中，再经过紫外光照射处理，使被紫外光照射部分形成交联互穿网络，增加薄膜局部区域的机械强度。当摩擦纳米发电机受横向应力产生应变时，在高模量区域与未改性部分有较大的应变差异，在不同拉伸状态下对高模量区域施加定量的压力能够获得稳定的摩擦电输出。该发明仅公开了摩擦纳米发电机，但是并未进一步将摩擦纳米发电机进行编织成发电织物，研究其抗拉伸干扰能力，且该发明的制备工艺复杂，使用有机试剂，与环境友好的理念相悖。

5、现如今的压力传感织物已经获得了较大的发展，然而还面临着众多亟待解决的科学难题，其中，如何开发、制备具有良好抗拉伸干扰能力的压力传感织物，实现压力/拉力解耦合，避免在实际应用场景中拉伸变形对于压力传感信号的影响，是现在面临的重大课题之一。

技术实现思路

1、本发明的术语和声明：

2、1、冠词"一个"、"一种"和"所述"：除非以其它方式明确地限定到一个(种)对象，否则包括复数的对象。

3、2、数值范围：除非以其他方式明确指出，本文中公开的所有范围或比率将会被理解为包括其中包含的任何和所有的子范围或子比率。例如，声明的1至30的范围或比率应当被认为包含在最小值1和最大值30之间，并且包括端点在内的任何子范围或子比率、整数、小数或由整数或小数构成的子范围或子比率。

4、3.本发明中摩擦纳米发电网络与n-teng含义相同、压力传感织物与t-teng含义相同。

5、针对现有技术中存在的压力传感织物在实际应用场景中，由于拉伸变形干扰压力传感信号的技术问题，本发明的目的是提供抗拉伸干扰的可拉伸的压力传感织物及其制备方法、应用。该压力传感织物具有高拉伸回弹能力和优良的抗拉伸干扰能力。

6、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

7、本发明一方面提供一种可拉伸的压力传感织物的制备方法，包括以下步骤：

8、s1、将摩擦产电外层包覆在导电内芯外侧，制备摩擦纳米发电纱线；

9、s2、将步骤s1所述的摩擦纳米发电纱线，编织成三宝结，构筑摩擦纳米发电网络；

10、s3、将步骤s2所述的摩擦纳米发电网络，附着在面料上，即得所述压力传感织物。

11、优选地，步骤s1所述的导电内芯为镀银尼龙纱线。

12、优选地，步骤s1所述的摩擦产电外层为聚酯长丝。

13、进一步优选地，步骤s1所述的聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

14、优选地，步骤s1所述的摩擦纳米发电纱线具有皮芯结构。

15、优选地，步骤s1所述的摩擦纳米发电纱线，通过编织工艺制备得到。

16、优选地，步骤s1所述的摩擦纳米发电纱线利用高速编织机制备得到。

17、优选地，步骤s1所述的摩擦纳米发电纱线，通过调节高速编织机的齿轮比为0.2-0.5制备得到。

18、进一步优选地，所述的高速编织机的齿轮比为0.3。

19、优选地，步骤s2所述的摩擦纳米发电网络的网格密度为4-7ppi。

20、进一步优选地，步骤s2所述的摩擦纳米发电网络的网格密度为4.25-5.95ppi。

21、优选地，步骤s3所述的面料为弹力面料，所述弹力面料的弹性回复率为150％-230％。

22、进一步优选地，所述的弹力面料为聚酰胺纤维及聚氨酯纤维的复合面料。

23、本发明还提供上述制备方法制备得到的压力传感织物。

24、本发明还提供所述的压力传感织物在制备用于医疗康复的产品及运动监测中的应用。

25、本发明还提供一种智能穿戴纺织品，包含所述的压力传感织物。

26、利用本发明的压力传感织物，在压力传感时的抗拉伸干扰能力，将其用于运动监测领域及制备用于医疗康复的产品。将本发明的压力传感织物制备成用于医疗康复的产品穿戴于人体上，可对不同动作下的卧床病人所受的压力进行监测，并对较长时间保持同一压力的情况进行预警，防止褥疮的发生。

27、此外，本发明的压力传感织物还可以对运动中的人体所受压力作用进行准确监测，从而满足智能消防服上的自供电传感需求。

28、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

29、1、本发明基于摩擦纳米发电纱线，创新性地选用网络织造技术，通过构筑三宝结的织物结构，并进一步调节网格密度，构筑摩擦纳米发电网络，n-teng在压力下表现出优异的电输出性能，可用作自供电压力传感。

30、2、本发明将n-teng附着在弹力面料上，制备得到具有良好抗拉伸干扰能力的可拉伸的压力传感织物。该压力传感织物具有高拉伸回弹能力，并且在大的拉伸形变条件下，压力传感结果几乎不受干扰，在制备抗运动干扰的智能穿戴纺织品领域体现出巨大的应用潜力。

31、3、本发明的压力传感织物，耐水洗性能良好，水洗20次后，仍然具有稳定的电输出性能。

32、4、本发明的压力传感织物，功率密度高，并且表现出优良的循环工作稳定性(10000s)。

技术特征：

1.一种可拉伸的压力传感织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1所述的导电内芯为镀银尼龙纱线，所述的摩擦产电外层为聚酯长丝。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1所述的摩擦纳米发电纱线，通过编织工艺制备得到。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2所述的摩擦纳米发电网络的网格密度为4-7ppi。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2所述的摩擦纳米发电网络的网格密度为4.25-5.95ppi。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3所述的面料为弹力面料，所述弹力面料的弹性回复率为150％-230％。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的弹力面料为聚酰胺纤维及聚氨酯纤维的复合面料。

8.权利要求1-7任一项所述的制备方法制备的压力传感织物。

9.权利要求8所述的压力传感织物在制备用于医疗康复的产品及运动监测中的应用。

10.一种智能穿戴纺织品，其特征在于，包含权利要求8所述的压力传感织物。

技术总结本发明属于智能压力传感技术领域，涉及抗拉伸干扰的可拉伸的压力传感织物及其制备方法、应用。该制备方法包括以下步骤：将摩擦产电外层，包覆在导电内芯外侧，制备摩擦纳米发电纱线；将所述的摩擦纳米发电纱线，编织成三宝结，构筑摩擦纳米发电网络；将所述的摩擦纳米发电网络，附着在面料上，即得所述压力传感织物。本发明基于摩擦纳米发电纱线，通过特定的编织方法，并进一步优化网格密度，构筑摩擦纳米发电网络，从而构建具有抗拉伸干扰性能的可拉伸的压力传感织物。本发明的压力传感织物在大的拉伸形变条件下，压力传感结果几乎不受干扰，在制备抗运动、拉伸干扰的智能穿戴纺织品中表现出巨大的应用潜力。技术研发人员：吴汉光,王锐,吴雨萱,苏志强受保护的技术使用者：北京服装学院技术研发日：技术公布日：2024/7/29