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第 44 卷 第 7 期2023 年 7 月纺 织 学 报Journal of Textile ResearchVol.44,No.7Jul.,2023DOI:10.13475/j.fzxb.20220100901棉/不锈钢丝包芯纱针织电路制备及其导电稳定性能王 开,王 瑾,牛 丽,陈超余,马丕波(江南大学 针织技术教育部工程研究中心,江苏 无锡 214122)摘 要 为提高金属丝作为电路用导线的柔性及导电稳定性,将赛络纺技术与针织技术结合,制备了基于针织结构的柔性电路。通过探究不同纺纱参数及针织工艺的影响,对纱线强度、包覆性、柔性针织电路的电学与力学性能及导电稳定性进行了表征和分析。结果表明:以不锈钢丝为导电芯层、棉为绝缘外层制成的导电包芯纱,纱线强力与纱线细度呈正相关,强力相较于裸不锈钢丝可提升 2 倍,且编织性能优异;在针织电路中添加弹性锦纶/氨纶包覆纱以增强其在二维及三维平面的弹性回复性,证明所制备的针织电路均具有良好的导电稳定性;当三维曲面平均应变达到 150%时,针织电路电阻变化率低于 0.38%,且在 20%应变下纵向循环拉伸 5 000 个周期,电阻变化率低于 0.61%。通过导电包芯纱所制备的柔性针织电路可同时具备良好的拉伸回复性及导电稳定性,为全柔性智能可穿戴传感网络的建立提供了新思路。关键词 棉;不锈钢丝;赛络纺技术;嵌花组织;包芯纱;柔性针织电路;导电稳定性中图分类号:TS 186.9 文献标志码:A 收稿日期:2022-01-06 修回日期:2022-03-18基金项目:江苏省自然科学基金项目(BK20221094);中国博士后科学基金项目(2022TQ0123)第一作者:王开(2000),女,硕士生。主要研究方向为智能纺织品。通信作者:马丕波(1984),男,教授,博士。主要研究方向为纺织结构柔性材料。E-mail:mapibo 。智能可穿戴产品极大地改变了人们的生活方式,其中用以识别人体运动姿态和医疗健康监测的柔性传感器件研究受到广泛关注,而如何实现柔性电路与智能电子器件的无缝连接仍是亟待解决的重要问题1-2。柔性电路的制备方法一般分为化学法和导电纱线引入法。化学法是将导电化学材料涂覆、沉积、印刷到柔性织物基底3-4上形成电路,此法制备的电路导电层较易脱落,耐用性差,且使用的化学物质对皮肤有害;导电纱线引入法是将导电纱线通过传统织造工艺(机织、针织、编织、刺绣等5-6)引入织物内部。电阻率较低的金属丝是性能优异的导电纱线,是制备织物电路的理想原料,但电路设计整体安全性、导电纱线的可编织性,以及穿着舒适性和导电稳定性,始终是限制其发展的主要问题。为改善金属丝作为织物电路存在的问题,Parkova 等7以提花的方式将镀铜锦纶纱作为导电纱线构成电路,在机织物的浮线区域埋入 LED 灯,使得发光元件不裸露在织物表面,达到保护导电纱线的目的,增加使用的安全性。Li 等8将超细漆涂层铜线集成到弹性针织物中,开发了一种可变形拉伸的针织电路。Low 等9采用长丝包覆金属丝制备经编针织电路,证明了该电路具有一定稳定性,对针织电路的研究具有重要的参考价值。Guan 等10使用静电纺纳米纤维包覆不锈钢丝,用于发电织物的织造,实现了可靠的电能输出,并以此构建了监测人体运动的可穿戴传感器。针织物因其相互串套的线圈结构,具有优越的弹性回复性及穿着舒适性,且针织工艺多样化,电路设计灵活,可作为电路设计的主要方式。本文提出了一种制备柔性针织电路的方法,以棉粗纱为皮层,不锈钢丝为芯层,通过赛络纺制备表面绝缘的棉/不锈钢丝包芯纱。探讨了不同纺纱参数对包芯纱性能的影响,通过优化纺纱工艺获得了力学及电学性能较好的导电纱线。包芯纱可直接在电脑横机上编织,可提高织造效率,获得导电稳定性良好的柔性针织电路。1 实验部分1.1 实验材料 430 tex 精梳棉粗纱(山东华潍纺织有限公司);直径分别为 0.03、0.04、0.05 mm 的超细不锈钢第 7 期王 开 等:棉/不锈钢丝包芯纱针织电路制备及其导电稳定性能 丝(上海富曦机电设备有限公司);66.7 tex(96 f)涤纶(南通科嘉纺织纤维制品有限公司);锦纶/氨纶包覆 纱,规 格 分 别 为 22 dtex/78 dtex、33 dtex/78 dtex、44 dtex/78 dtex(诸暨市大唐泓诺化纤有限公司)。1.2 纱线的纺制 导电包芯纱在改进的 CCZ-X 多功能细纱机(无锡市恒久电器技术有限公司)上进行纺制,纺纱工艺过程如图 1 所示。相对于传统环锭纺纱机,改进的多功能细纱机增加了 2 个导丝轮以及喇叭口的数量,不锈钢丝经导丝轮在前罗拉处与牵伸后的2 条棉条汇合,不经过牵伸过程。2 条粗纱保持一定间距,牵伸后由前罗拉输出,在加捻作用下产生纤维的内外转移,棉短纤间互相缠结,并围绕不锈钢长丝发生角位移,最终棉短纤包覆在长丝表面形成导电包芯纱11。为探究芯丝直径、纺纱牵伸倍数以及纺纱捻系数对包芯纱成纱质量的影响,制备不同规格的棉/不 锈 钢 丝 导 电 包 芯 纱(见 表 1),锭 速为4 000 r/min。图 1 赛络纺纱工艺示意图Fig.1 Schematic diagram of siro-spinning process表 1 导电包芯纱规格参数Tab.1 Specifications of conductive core-spun yarn纱线编号芯丝直径/mm捻系数牵伸倍数1#0.0340017.282#0.0440017.283#0.0540017.284#0.0540017.005#0.0540017.506#0.0539417.287#0.0540417.288#0.0541017.281.3 针织电路的制备在机号为 E15 的 SWG061N2 双针床电脑横机(日本岛精公司)上编织平针嵌花针织电路,嵌花结构有利于导电包芯纱的引入,实现导电区域的独立定位设计。平针嵌花编织过程如图 2 所示。表示在前针床嵌入的导电包芯纱;“V”表示 2 段度目吊目,通过该吊目可实现导电嵌花区域与不导电区域间的连接;表示前针床涤纶纱线重复编织形成一片织物。下机时导电包芯纱两端被切断形成线端,可用于电子元件的连接及测试。为制备不同的弹性针织电路,以普通涤纶纱线为主纱,选择不同规格的锦纶/氨纶包覆纱线作为添纱,调整上机参数制备针织电路(规格见表 2)。图 2 针织平针嵌花编织图Fig.2 Knitting diagram of flat intarsia process表 2 针织电路规格Tab.2 Specifications of knitted circuit织物编号芯丝直径/mm包覆纱线密度(锦纶/氨纶)横密/(纵行(5 cm)-1)纵密/(横列(5 cm)-1)T00.0535.555.0T10.0522 dtex/78 dtex36.060.0T20.0533 dtex/78 dtex38.565.0T30.0544 dtex/78 dtex39.070.0T40.0333 dtex/78 dtex38.565.0T50.0433 dtex/78 dtex38.565.01.4 纱线及织物性能测试方法1.4.1 纱线表面及截面形态观察 采用 S-4800 扫描电子显微镜(日本日立株式会社)观察导电包芯纱纵向形态;将导电包芯纱制作成切片放置在 E100 生物显微镜(日本 Nikon 公司)载物台上观察其截面形态。1.4.2 包芯纱实际捻度测试 根据 GB/T 2543.12015纺织品 纱线捻度测定 第 1 部分:直接计数法,利用 Y331N 半自动纱线捻度仪(南通宏大实验仪器有限公司)测试包芯纱实际捻度。采用退捻加捻法测试,以 10 次测试结果的平均值表示。捻度计算公式为t=TL 1 000式中:t 为捻度,捻/m;T 为捻回数;L 为测试长度,取值为 250 mm。1.4.3 纱线力学及电学性能测试 将纱线置于标准环境中 24 h,采用 XL-2 纱线56 纺织学报第 44 卷强伸度仪(上海新纤仪器有限公司)测试其力学性能及拉伸过程中电阻的变化,仪器夹头为橡胶材质,不会对纱线电阻产生影响。将金属裸丝及导电包芯纱两端预留一定长度的纱头,以和 DM3068 数字万用表电阻测试仪(北京普源精电科技有限公司)连接,实现导电包芯纱在拉伸过程中电阻的连续读取,拉伸过程中电阻变化率为电阻变化值相对于初始电阻的 比 值。夹 持 距 离 为 500 mm,拉 伸 速 度 为500 mm/min,预加张力为 0.05 cN/dtex,每种试样测试10 次,取平均值。1.4.4 纱线露芯长度测试 将导电包芯纱置于长木板上,纱线一端悬挂一定质量的砝码,使其伸直不伸长。选取 1 m 长的纱线在 xTZ-03 显微镜(上海研润珧机科技有限公司)下放大至清晰可见,观察导电包芯纱纱体表面裸露的不锈钢丝的轴向长度12。每种纱线测试10 次,取平均值。1.4.5 针织电路弹性回复率测试 采用定伸长法测试拉伸回复率,将针织电路夹持在 MTS EXCEDE E43 织物万能测试仪(美国 MTS工业设备有限公司)上,夹持距离为 100 mm,施加1 N预加张力记录此时样品初始长度 L0(mm),以100 mm/min的恒定速度拉伸到 50%伸长率时,停置1 min,记录此时样品长度 L1(mm);以 50 mm/min的回程速度回到初始位置,停置 3 min;再施加 1 N的预加张力,记录此时试样的长度 L0(mm),测试结果以 3 块试样数据的平均值表示。弹性回复率计算公式为 Rg=(L1-L0)/(L1-L0)100%。1.4.6 针织电路平面力学及电学性能测试 在标准条件下,用织物万能测试仪测试针织电路的横向和纵向力学性能,将针织电路两端的纱头与数字万用表电阻测试仪连接,连续测试织物的电阻变化,平面拉伸过程的电阻变化率为织物电阻变化值相对于初始电阻的比值。试样夹持隔距为100 mm,拉伸速度为 100 mm/min,拉伸至织物断裂,测试结果以 3 块试样平均值表示。1.4.7 针织电路耐用性测试 针织物在人体穿戴过程中会产生约 20%的应变,为测试针织电路的耐用性,将其定点拉伸至20%的应变,并重复拉伸5 000个循环,试样隔距为100 mm,拉伸速度为 500 mm/min,电阻变化率 R通过下式进行计算。R=R-R0R0 100%式中:R 为拉伸循环中应变为 20%时的电阻,;R0为初始电阻,。1.4.8 针织电路三维顶破性能测试 为进一步探究针织电路在复杂应变过程中的电学性能,采用 HD026NS 多功能电子织物强力仪(南通宏大实验仪器有限公司)进行三维顶破测试。不锈钢球直径为 40 mm,环夹内径为 45 mm,冲击速度为300 mm/min,以数字万用表电阻测试仪记录针织电路的电阻变化。2 结果与分析2.1 纱线性能分析2.1.1 纱线表观形态 图 3 示出导电包芯纱的表观形态。由图 3(a)可看出,不锈钢裸丝表面有纵向条纹,这是由于超细不锈钢丝抽拔拉细生产工艺造成的,表面条纹的形貌特征增加了其表面结构的摩擦系数。由图 3(b)可看出,导电包芯纱沿中心轴线呈明显的螺旋结构,这是由于赛络纺纱过程中的 2 个加捻区域造成的。首先,2 条粗纱须条被牵伸,再汇聚加捻成包芯纱,该纺纱过程使纱线具有类似股线的独特风格。由图 3(c)导电包芯纱的截面可看出,白色棉纤维在不锈钢丝周围紧密分布。图 3 导电包芯纱表观形态Fig.3 Apparent morphologies of conductive core-spun yarns.(a)Stainless steel wire(600);(b)Longitudinal morphologyof conductive core-spun yarn(60);(c)Cross-sectional morphology of conductive core-spun yarn(10)2.1.2 纱线电学与力学性能 表 3 示出不同规格导电包芯纱的性能。可看出,纱线实际捻度随着捻系数的增大而增加;露芯长度随芯丝直径的增大而减小,这是因为直径较大的不锈钢丝与棉纤维接触摩擦的表面积更大,包覆程度相对较高。露芯长度随着牵伸倍数的增大而增大,这是由于牵伸倍数增大,单位长度内棉纤维减少,导致包覆程度降低;露芯长度随捻系数增大呈先减小后增大的趋势,捻系数较大时对露芯长度的影66第 7 期王 开 等:棉/不锈钢丝包芯纱针织电路制备及其导电稳定性能 响较大,捻系数为 400 时,纱线具有较好的包覆程度。导电包芯纱断裂强度随着捻系数增加呈先增后减趋势,这是由于纱线断裂强度随捻系数增大存在临界值;随着牵伸倍数的增大,纱线内纤维间的接触紧密度增大,纱线断裂强度增大。综合考虑纱线的露芯长度及断裂强度,选择捻系数为 400,牵伸倍数为 17.28,芯丝直径为 0.05 mm 作为最终纺纱参数。表 3 导电包芯纱的性能Tab.3 Properties of conductive core-spun yarn纱线编号捻度/(捻 m-1)露芯长度/(mm m-1)断裂强度/(cN dtex-1)断裂伸长率/%1#436.60109.001.757.392#443.7073.501.597.623#447.3063.401.577.894#440.6063.601.568.515#441.3085.901.588.476#436.9063.901.517.787#455.3071.201.598.388#464.60106.401.447.80导电包芯纱由 2 种材料制成,其强度由不锈钢丝和棉纤维的强度、棉短纤维之间的摩擦力、棉纤维与不锈钢丝之间的摩擦力组成13。图 4 示出导电包芯纱的伸长率-负荷曲线。可看出,导电包芯纱的断裂强力约是不锈钢裸丝的 7.6 倍,但断裂伸长率降低 2.83.6 倍。这是因为不锈钢丝在拉伸过程中仅受纱线强伸度仪夹头的拉力及自身张力,而导电包芯纱不仅受夹头拉力及纱线自身张力,还有棉纤维与不锈钢丝及棉纤维之间的摩擦力作用,因此包芯纱的断裂强力高于不锈钢丝,而断裂伸长率降低。图 4 导电包芯纱的伸长率-负荷曲线Fig.4 Elongation-load curves of conductive core-spun yarn图 5(a)示出不锈钢丝应变-电阻变化率曲线。在匀速拉伸条件下,不锈钢丝电阻变化率与应变成正比。图 5(b)示出导电包芯纱应变-电阻变化率曲线。包芯纱的形式降低了其在伸长过程的电阻变化率,这是因为不锈钢丝与包芯纱中心线不重合,所以在拉伸过程中不锈钢丝首先被拉直,再拉伸至断裂。图 5(b)表明当导电包芯纱的应变大于 2.5%时,电阻变化率与伸长率成正比,与不锈钢丝拉伸过程的电阻变化趋势一致。由此可见,采用赛络纺技术制备的棉/不锈钢丝包芯纱的电学性能接近不锈钢裸丝。棉短纤维不仅对不锈钢裸丝形成保护,而且可提高可穿戴设备中导电纱线的舒适性和美观性。图 5 不锈钢丝和导电包芯纱的应变-电阻变化率曲线Fig.5 Strain-resistance change rate of stainless steel wire(a)and conductive core-spun yarn(b)2.2 针织电路稳定性能分析2.2.1 弹性对针织电路稳定性能的影响 表 4 示出针织电路的力学性能。可知,引入弹性锦纶/氨纶包覆纱使得针织电路弹性回复率均大于 50%,且弹性回复率随着锦纶/氨纶包覆纱比例的增大而增大。表 4 针织电路力学性能Tab.4 Mechanical properties of knitted circuits织物编号弹性回复率/%断裂应变/%断裂强力/NT040.90166.83370.02T157.07209.81435.98T262.18256.60500.83T370.52257.40499.62T460.81245.48445.75T561.64252.85479.56图 6 为针织电路的实物图。由于织物内部只有76 纺织学报第 44 卷1 根横向导电包芯纱,包芯纱的不锈钢芯丝直径对织物的弹性没有影响。由表 4 可知,随着弹性增加,织物的断裂强力和断裂应变增加,但 T2 和 T3 织物的断裂强力和断裂应变接近,这是因为织物主纱一致,在针织电路拉伸至断裂过程中,主纱即涤纶纱线起主要作用,因此织物断裂强力不再增大。图 6 针织电路实物图Fig.6 Appearance of knitted circuits图 7 示出针织电路的电阻变化率。可以看出,随着拉伸变形,不同弹性针织电路的电阻变化率具有相同的变化趋势,且针织电路电阻的变化趋势与图 5(b)中导电包芯纱的电阻变化率相似。随着织物弹性增大,织物电阻变化率的最大值逐渐增大,当织物中没有弹性纱线(即 T0 织物)时,断裂强度最低,断裂应变最小,应变为 167%时织物发生断裂,其电阻变化率低于 0.31%。针织电路 T2 和 T3 电阻变化率接近,这是因为 2 种织物的弹性接近。导电包芯纱的不锈钢芯丝直径较小时,针织电路电阻变化率较大,针织电路 T4 的最大电阻变化率为2.61%,这是因为不锈钢丝直径为 0.03 mm 时,导电包芯纱的应变较小,织物拉伸过程中导电包芯纱首先被拉伸。针织线圈的特殊结构使得针织电路的电阻变化率均小于导电包芯纱拉伸时的电阻变化率。图 7 针织电路电阻变化率Fig.7 Resistance change rate of knitted circuits图 8 示出针织电路平面双向拉伸的电学和力学性能。可知,织物的横向电阻变化率小于纵向电阻变化率,且织物的横向拉伸断裂应变大于纵向拉伸断裂应变,这是因为针织物的特殊结构使针织电路具有良好的水平力学性能,从而横向电阻变化率低于 0.38%。当针织电路被拉伸时,线圈形状的变化分为2 个阶段:第 1 阶段应力呈线性增加,织物电阻变化率与应变成正比,拉伸过程中线圈的圈柱与圈弧相互转化(见图 9);在第 2 阶段随着织物进一步拉伸,线圈相互摩擦,织物应力-应变曲线呈非线性增加,在这个阶段,针织电路纵向拉伸时的电阻与导电包芯纱拉伸时的电阻变化相同,而横向拉伸时线圈逐渐伸直,在织物断裂前导电纱线基本不发生变化。图 8 针织电路平面双向拉伸电学和力学性能Fig.8 Electromechanical behaviors of knitted circuitunder biaxial stretching.(a)Resistance change rate;(b)Stress-strain curves图 9 针织电路横向和纵向拉伸示意图Fig.9 Schematic diagram of course-wise(a)and wale-wise(b)stretching of knitted circuit86第 7 期王 开 等:棉/不锈钢丝包芯纱针织电路制备及其导电稳定性能 2.2.2 针织电路的耐用性 在使用可穿戴设备时,针织电路具有与人体皮肤相同的变形周期,这要求电路具有稳定的力学和电学性能。图 10 示出针织电路的耐用性能。可看到纵向循环拉伸5 000次后,最大电阻为 97.6,最小电阻为 97.0,电阻变化率为 0.61%,由此可见与针织基底交织的电路具有可重复变形的电气完整性。在多个循环中保持导电稳定性可归因于导电纱线的线圈结构和弹性纱线的使用减轻了针织结构拉伸过程中的应变。图 10 针织电路的耐用性Fig.10 Durability of knitted circuit2.2.3 三维顶破对织物电阻的影响 根据李乔等8的探究,利用三维顶破实验,可模拟弹性针织电路在冲击过程中存在的复杂应变,包括弯曲、压缩、拉伸和摩擦等。为简化织物应变(见图 11(a),根 据 下 式 计 算 该 织 物 的 平 均应变。=L+S-RR 100%式中:R=22.5 mm,为实验用夹具的内半径;L 为不与金属球接触的针织物的长度,mm;S 为与金属球直接接触的包芯纱线的长度,mm。L=R2+D2-2rDS=r arctanrL+arctanD-rR()式中:D 为顶破高度,mm;r=20 mm,为金属球的半径。图 11(b)为针织电路三维顶破过程中的实物图。根据以上公式将三维顶破过程高度变化转化为平均应变的变化,得到图 12(a)中针织电路顶破全过程的应变。在三维顶破实验中,针织电路被拉伸直到出现电气故障。针织弹性衬底可以拉伸至177%的平均应变,峰值力为 1 059 N。针织电路电阻变化率随着平均应变的增大,先保持稳定后呈线图 11 针织电路顶破性能测试Fig.11 Bursting behaviors of conductive knitted circuit;(a)Schematic diagram of bursting test;(b)Deformed fabric in bursting test 性增大,这是因为针织结构的导电纱线与弹性衬底之间的交错分布(见图 11(b)顶破过程)。与二维拉伸不同,当针织电路覆盖三维不锈钢球时,从图 12(b)可看出,在平均应变低于 150%的情况下,织物线圈的各部分相互转换,针织电路电阻变化率低于 0.38%;然后当负荷集中在导电包芯纱上,导电包芯纱被拉伸,电阻变化率随应变呈线性增加。图 12 针织电路顶破性能和电学性能Fig.12 Mechanical and electrical behaviors of knittedcircuit in bursting test.(a)Relationshipbetween bursting height change rate and strain;(b)Change of resistance change rate with strain96 纺织学报第 44 卷3 结 论 1)使用赛络纺技术在不锈钢丝外形成棉短纱保护层,通过探究捻系数、牵伸倍数以及不锈钢丝直径对棉/不锈钢丝导电包芯纱性能的影响,确定包覆程度较好、纱线强度较高的纺纱参数。2)导电包芯纱具有优越的可编织性,探究不同包芯纱及织物规格对针织电路导电稳定性能的影响,表明导电稳定性与织物弹性、纱线不锈钢丝直径以及拉伸方向有关,所制备电路的电阻变化率最低可小于 0.31%。3)针织电路具有良好的耐用性,在平均应变为20%的纵向拉伸实验中,可在5 000个使用周期内保持电阻稳定,且在 150%应变内的三维顶破变形范围内仍具有优越的导电稳定性。FZXB参考文献:1 肖渊,蒋龙,陈兰,等.织物表面导电线路成形方法的研究进展J.纺织导报,2015(8):92-95.XIAO Yuan,JIANG Long,CHEN Lan,et al.Researchprogress on forming method of conductive circuits on fabricsurfaceJ.China Textile Leader,2015(8):92-95.2 HARDY D A,MONETA A,SAKALYTE V,et al.Engineering a costume for performance using illuminatedLED-yarnsJ.Fibers,2018,6(2):35-47.3 肖渊,王盼,张威,等.织物表面导电线路喷射打印起始端凸起形成过程研究J.纺织学报,2020,41(12):81-86.XIAO Yuan,WANG Pan,ZHANG Wei,et al.Study onprotrusion formation of the fabric surface conductiveline J.Journal of Textile Research,2020,41(12):81-86.4 王航,王冰心,宁新,等.喷墨打印导电墨水及其智能电 子 纺 织 品 研 究 进 展 J.纺 织 学 报,2021,42(6):189-197.WANG Hang,WANG Bingxin,NING Xin,et al.Research progress in conductive inks for inkjet printingand its application for intelligent electronic textilesJ.Journal of Textile Research,2021,42(6):189-197.5 LIU S,LIU Y P,LI L.The impact of differentproportionsofknittingelementsontheresistiveproperties of conductive fabrics J.Textile ResearchJournal,2019,89(5):881-890.6 AHN J,KIM S.Automated textile circuit generationusing machine vision and embroidery technique J.Textile Research Journal,2022,92(11/12):1977-1986.7 PARKOVA I,PARKOVS I,VILUMSONE A.Light-emittingtextiledisplaywithfloatsforelectronicscoveringJ.International Journal of Clothing Scienceand Technology,2015,27(1):34-46.8 LI Q,TAO X M.A stretchable knitted interconnect forthree-dimensionalcurvilinearsurfaces J.TextileResearch Journal,2011,81(11):1171-1182.9 LOW C W,HE C H,LIN J H.Manufacturingtechniques and property evaluations of conductive elasticknitsJ.Journal of Industrial Textiles,2019,49(4):503-533.10 GUAN X Y,XU B G,WU M J,et al.Breathable,washable and wearable woven-structured triboelectricnanogeneratorsutilizingelectrospunnanofibersforbiomechanicalenergyharvestingandself-poweredsensing J.Nano Energy,2021.DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105549.11 段永洁,谢春萍,王广斌,等.棉/不锈钢纱线针织物的电磁屏蔽性能研究J.丝绸,2016,53(9):9-14.DUAN Yongjie,XIE Chunping,WANG Guangbin,etal.Study on electromagnetic shielding property of cotton/stainless steel yarn knitted fabricsJ.Journal of Silk,2016,53(9):9-14.12 孔静.玻纤长丝/棉环锭包芯纱纺纱工艺与纱线性能D.西安:西安工程大学,2016:12-14.KONG Jing.Glass filament/spindle spinning process andyarn performance D.Xi an:Xi an PolytechnicUniversity,2016:12-14.13 张岩,裴泽光,陈革.喷气涡流纺金属丝包芯纱的制备及其结构与性能J.纺织学报,2018,39(5):25-31.ZHANG Yan,PEI Zeguang,CHEN Ge.Preparation andstructure and performance of jet vortex spinning wirewrap yarn J.Journal of Textile Research,2018,39(5):25-31.Preparation and conductive stability of knitted circuit usingcotton/stainless steel wire core-spun yarnWANG Kai,WANG Jin,NIU Li,CHEN Chaoyu,MA Pibo(Engineering Research Center for Knitting Technology,Ministry of Education,Jiangnan University,Wuxi,Jiangsu 214122,China)AbstractObjective The development of intelligent wearable products has put forward new requirements for conductivecircuit,in which high flexibility and outstanding adaptation to the human body are essential.Flexible textile circuitmade with metal wire guarantees reliable electric conduction,but faces challenges in processibility,wearingcomfort,safety and conductive stability.The purpose of this paper is to improve the flexibility and stability of textile07第 7 期王 开 等:棉/不锈钢丝包芯纱针织电路制备及其导电稳定性能 circuit made from cotton/metal wire core yarns to establish a flexible wearable sensing network.Method This paper proposed a flexible circuit based on knitting structure that integrates sirospun technologywith knitting technology.By exploring different spinning parameters including stainless steel wire diameter,twistfactor and draft ratio,siro core-spun yarns were prepared from stainless steel wire and cotton.The non-conductivepart of flexible knitted circuit was fabricated with polyamide/spandex yarn as plating yarn and polyester yarn asground yarn.The conductive part was integrated by intarsia knit with polyamide/spandex yarn as plating yarn andconductive core-spun yarn as ground yarn.Then,mechanical properties,electrical stability under variousmechanical conditions and conductive durability of flexible knitting circuit were characterized and analyzed.Results The yarn used stainless steel wire as core and cotton fibers as the sheath(Fig.3).Research onspinning parameters showed that increase in stainless steel wire diameter,reduction in draft ratio and proper twistfactor have positive effects to conductive core-spun yarn appearance(Tab.3).Considering the exposed core lengthand strength of the yarn,the twist factor of 400,the draft ratio of 17.28 and the stainless steel wire diameter of0.05 mm were selected as the final spinning parameters.The break strength of the prepared conductive core-spunyarn is about 7.6 times that of bare stainless steel wire,but the elongation at break decreases about 2.8-3.6 times(Fig.4).It was confirmed that the resistance of the yarn was affected by the strain and the structure ofcore-spun yarns caused reduction in the resistance change rate compared to bare stainless steel wire(Fig.5).Theprepared conductive core-spun yarn can be knitted on the knitting machine,exhibiting good processibility.In orderto increase elasticity of the knitted circuit,polyamide/spandex yarn was introduced as plating yarn under conductivecore-spun yarn and polyester yarn which increases circuit breaking force,breaking strain and maximum resistancechange rate(Tab.4).The trend of resistance change rate of knitted circuit in extended state is similar to that ofconductive core-spun yarn,but the resistance change value is smaller than that of core-spun yarn,attributing toknitted structure(Fig.7).The knitted structure also offered the knitted circuit good transverse mechanicalproperty,with the trans