一种同轴导电纱的制备

祖文菊 杨建忠 焦海娟

（1.西安工程大学，陕西西安，710048；2.陕西省现代建筑设计研究院，陕西西安，710021）

跟随科技进步的潮流，智能可穿戴产品迅速发展，各种各样的智能可穿戴产品逐渐融入到人们的日常生活中［1］。但随之而来的缺点也渐渐显现，如织物柔软性、舒适性差，不可洗涤，使用寿命周期短等［2-3］。引起这些缺点的主要原因是其核心组件导电织物尚存在不足［4］，如织物不可洗涤，导电性随着使用时间的增加而衰减，绝缘防护层未将导电纱与外界隔离等。

制备导电织物的方法有很多种，如涂层法［5］、浸渍法［6］、聚合物沉积法［7］、掺入金属导电丝［8］等。其中，涂层法、浸渍法和聚合物沉积法所制备导电织物的导电层与织物的黏结牢度较差，织物在受到拉伸、弯曲等机械作用时，表面的导电层容易出现裂缝、脱落等现象，致使织物导电性下降，使用寿命缩短。而掺入金属纤维的导电织物则手感硬，舒适性差。目前大多数研究者是将导电颗粒镀在纤维丝上，将导电纤维丝与非导电丝混和织制成导电织物。但导电丝的导电层是裸露在外界的，在受到外界作用力刺激时，导电丝容易受损，织物的导电性下降。同时，导电丝直接暴露会带来漏电的潜在危险，故导电丝的绝缘处理引起了研究者的关注。

本研究通过包缠纺工艺研制了一种同轴导电纱（参照同轴电缆的结构，见图1）［9］，将导电丝置于中心，通过在其外部多层包缠绝缘材料，使得中心导电材料被隔离，从而实现导电丝的绝缘处理，同时达到保护纱线导电层的目的。

图1 同轴电缆

1 同轴导电纱的制备

1.1 试验材料及仪器

77.8 dtex/24 F锦纶镀银导电丝（8Ω～10Ω，青岛天银纺织科技有限公司），166.7 dtex/36 F涤纶长丝（苏州恒吉星贸易有限公司）。

HKV 141D型空心锭包覆纺纱机（浙江凯发新材料有限公司），UT 181A型数字万用表（深圳华清仪器仪表有限公司），SGA 598型半自动织样机（江苏通源纺机有限公司），YG（B）502型织物起毛起球仪（温州大荣纺织仪器有限公司），Y（B）331C型半自动纱线捻度机（温州大荣纺织仪器有限公司），VC6236P型接触式测速表（上海双旭电子有限公司）。

1.2 成纱方法及工艺

1.2.1 成纱工艺设计

包缠纱的缠结方式不同于普通纱线的加捻结合，而是采用长丝外包缠的方式成纱，芯纱的丝束基本是平行状态［10］。同轴导电纱运用了包缠纺的成纱方式，将锦纶镀银丝和彩色涤纶丝在空心锭包覆纺纱机上纺制成纱，见图2。

图2 纱线配置

锦纶镀银导电丝1和涤纶长丝2作为芯丝，分别经过导纱杆、喂料辊、弹簧夹后进入空心锭。外包涤纶长丝7以顺时针方向高速退绕并包缠在被牵引的芯丝上，锭子每转一次，外包涤纶长丝7就在芯纱上加一个捻回。随着锭子的高速连续回转和中心纱线的连续牵引输出，涤纶长丝以加捻的形式不断地包覆在芯纱上。当纱线进入导纱钩8时，并入从两侧空心锭子内牵出的涤纶长丝3一起作为芯纱，纱线在引纱辊的牵引作用下进入上排锭子，然后外包涤纶长丝9以逆时针方向退绕，包缠芯丝后，卷绕在成纱管上。涤纶长丝以并排和包缠的形式将镀银导电丝包覆隔离，从而形成同轴导电纱。

1.2.2 工艺参数设计

空心锭包覆纺纱机的齿轮分布见图3。

图3 空心锭包覆纺纱机的齿轮分布

卷取齿轮组工艺参数：A为48齿，B为74齿，C为66齿，D为50齿，卷取传动比=0.875×超欠喂率=（A×C）/（B×D）。牵伸齿轮组工艺参数：A为54齿，B为58齿，C为52齿，D为78齿，牵伸传动比=721.695/捻度=（A×C）/（B×D）。喂入齿轮组工艺参数：A为32齿，B为70齿，C为70齿，D为40齿，喂入传动比=1 151.528/（捻度×牵伸比率）=（A×C）/（B×D）。可计算出超欠喂率为0.978，即纱线的喂入方式是欠喂；纱线的理论捻度为1 163捻/m，牵伸比率为1.238，用测速仪测得空心锭子转速为126.4 r/min。

试验目的在于研制出类似同轴电缆的同轴导电纱，即导电丝被最大程度地包覆在内部，包覆度越大，“绝缘性”效果越佳。包覆度是指单位长度内，涤纶丝以螺旋形态包缠在芯纱上的圈数，也指涤纶丝对芯丝的覆盖程度［11］。

2 性能测试

2.1 纱线的包覆效果测试

本试验所制纱线的包覆效果通过纱线捻度和纱线体积比电阻值表征。使用Y（B）331C型半自动纱线捻度机测得纱线实际捻度为1 120捻/m。取中间纱段，通过数字万用表，将探测头两侧分别相距50 cm、100 cm、150 cm、200 cm、250 cm、300 cm接在纱线两端，分别测试10次，得出一定距离内纱线段的体积比电阻（Ω·cm），见图4。

图4 不同距离纱段的体积比电阻

由图4可知，在不同段距离内纱线体积比电阻仍有较小值出现。这代表涤纶长丝对镀银导电丝的包覆并不完全，没有实现全覆盖性包覆。但相比其他工艺，该方法所得包覆效果较佳。

2.2 织物的耐摩擦测试

参照仪器说明书，将所制同轴导电纱织成的平纹织物（经密111根/10 cm，纬密115根/10 cm，下同）置于织物起毛起球仪上，检测织物摩擦200次、400次和600次前后的表面比电阻变化，见图5。

图5 摩擦前后织物表面比电阻变化

由图5的测试结果发现，摩擦前后织物的表面比电阻变化不大。这是因为试验所研制的同轴导电纱包覆度良好，在摩擦过程中大部分摩擦损害都由涤纶长丝承受，仅有少量镀银导电丝受到摩擦。在摩擦过程中，受到摩擦损坏的涤纶长丝变细，被磨损的镀银导电丝出现部分导电层脱落，从而致使织物的表面比电阻增大。

2.3 织物耐洗涤性能测试

将所制同轴导电纱织成的平纹织物在日常洗涤条件下洗涤5次［12］，并测试洗涤后其表面比电阻的变化情况，结果见图6。

图6 洗涤后织物表面比电阻变化

从图6数据可发现，织物的表面比电阻值略微增大，这是因为镀银导电丝的导电层在洗涤作用力刺激下出现少量脱落，导致导电成分减少，表面比电阻增大。总体而言，织物洗涤后其表面比电阻变化不大，即织物的导电性变化不大，这也表明了导电纱的包覆度较好。故所制同轴导电纱具有良好的耐洗涤性能。

3 同轴导电纱应用情况

该同轴导电纱是由锦纶镀银导电丝被5根涤纶长丝通过空心锭包覆纺纱机包覆起来的，该纱表面绝缘效果好、结构紧密、捻度大。由于喂入速度的原因，表面呈现阶段性的粗节，外观呈现波浪形的特殊风格，如图7所示。但纱线捻度较大，在自然状态下容易自捻，织造时需施加一定张力。另外，可通过对涤纶长丝的颜色选配使纱线呈现段彩效果，增加纱线的美观性。

图7 实物图

由于纱线的特殊风格，根据不同的用途可将其用于不同的领域。导电纱的应用十分广泛，陈旭华等［13］对导电织物的电磁屏蔽性能进行了研究；Textronics公司生产了一种含导电纱的文胸，该文胸可以监测心率；陈信华［14］将导电织带连接无尘套装，可降低或避免静电对工作车间中产品以及人员的危害；LI Yiming等［15］利用导电织物调节温度。此外，考虑到织物的安全性和美观性，试验所制同轴导电纱还可用于智能游戏体验服、汽车内饰、绝缘的导电仪器、电子设备的屏蔽、孕妇防护服等领域。

4 结语

锦纶镀银丝具有良好的导电性和导热性，而涤纶吸湿性差，织造过程中易起静电。将锦纶镀银丝和涤纶长丝复合成纱后，该纱具有优良的导电性和表面绝缘效果，具备防静电性能的同时满足了安全防护要求，并且具有优良的耐洗涤性。

利用空心锭包覆纺纱机研制的同轴导电纱具有特殊的风格特征，表面呈波浪竹节形态，纱线捻度大，耐磨性好，可用于特殊风格的面料制作。该同轴导电纱包覆效果好，但由于捻度较大，纱线退绕后无外力作用下易发生自捻，在退绕时需要给予其适当的牵伸作用，以保证其可织性。此外，可通过对涤纶长丝颜色的选配增加其美观性，根据不同的用途可将其应用在很多领域。与此同时，该试验也为导电纱线的表面绝缘处理提供了一种思路。