針織結構溫度傳感器用鍍銀紗線的性能

郭明靖 王利君

Performance of silver-plated yarns for knitted structure temperature sensors

摘要：為了保證針織結構溫度傳感器的傳感性能，文章運用FLUKE289數字萬用表、V-2030T微電腦加熱平臺等設備測試了10種典型鍍銀紗線在伸直與模擬線圈彎曲狀態下的電阻值，分析了光照氧化和水洗條件對紗線導電性能的影響，并得到了線密度、紗線狀態、溫度、光照氧化時間、水洗次數與電阻之間的關系。結果表明：10種鍍銀紗線的單位電阻在1.245～18.788 Ω，溫度電阻關系擬合R2在0.894 25～0.990 4 具有良好的導電性和感溫性，復絲越多的紗線電阻越小，線密度適中偏小的紗線感溫性能更好；紗線的彎曲狀態不會改變溫度電阻規律，但會略微降低其感溫線性度和導電性；光照氧化和水洗都會導致紗線導電性能變差；綜合分析可設計復絲數適中偏少、捻絲結構的鍍銀紗線制備針織結構溫度傳感器。

關鍵詞：鍍銀紗線；針織柔性傳感器；導電性能；感溫性能；力學性能；耐用性能

中圖分類號：TS182.6

文獻標志碼：A

文章編號：10017003（2024）04008710

DOI：10.3969j.issn.1001-7003.2024.04.011

收稿日期：20231030;

修回日期：20240311

基金項目：國家自然科學基金資助項目（11471287）；中國紡織工業協會資助項目（J201801）；教育部產學合作協同育人項目（220602005245313）；浙江理工大學科研啟動基金項目（17072191-Y）；浙江省“十四五”研究生課程思政示范課程（SSW-ykcsz2022023）；浙江理工大學課程思政示范課程建設項目（sfkc202210）

作者簡介：郭明靖（1999），女，碩士研究生，研究方向為舒適性與功能服裝。通信作者：王利君，教授，wanglijunhz@zstu.edu.cn。

隨著現代社會主動健康意識的發展，加之老齡化社會的全面來臨，織物傳感器作為一種可將生理信號轉化為電信號，從而獲取身體健康狀況的智能紡織品受到了廣泛關注［1］。體溫作為一個能夠直觀表征人體生命活動的重要指標，對其實時、準確的監測可以幫助人們掌握自身健康狀況，并及時就診治療［2］。早期織物溫度傳感器是通過縫合或包埋的方式將傳感器與織物結合制成，舒適性欠佳且易產生相對滑移；隨著油墨等新型材料的發展，出現了使用印刷［3］、沉積［4］或打?。?］的方式將感溫材料附著在織物表面制成的溫度傳感器，但易受力損壞，影響傳感性能；近年來由感溫紗線織造而成的織物溫度傳感器［6-8］，能夠附著在皮膚表面，有著良好的生物兼容性，更適用于測量人體溫度，特別是針織結構的溫度傳感器，其獨特的線圈結構能夠使織物在發生形變時，織入傳感器的感溫紗線原有性質不被破壞［9］，從而保證傳感器的性能穩定。影響針織結構溫度傳感器等效電阻的因素有很多，最基本、最關鍵的因素是導電紗線本身的性能［10］。純金屬導電紗線有著優異的導電性能，但其抗彎剛度較大，手感硬，易斷裂；碳基導電紗線強度高，導電性能好，但缺乏韌性，壓阻不利于拉伸；而鍍銀紗線作為表面金屬化導電紗線的一種，同時具備優異的導電性、柔韌性、可紡性和可編織性等性能，因此常用于織造針織傳感器。劉嬋嬋等［11］使用鍍銀紗線編織導電區域，制備了9種設有針織柔性傳感器的袖筒，研究了組織結構與織物密度對傳感性能的影響；張鈺晶等［12］使用鍍銀紗線作為導電面紗，制備了16種嵌花添紗結構的針織應變傳感器，研究了導電線圈橫列數、縱行數對電學性能的影響；劉暢等［13］使用鍍銀紗線和錦包氨紗線，編織了9種針織添紗組織傳感器試樣，研究了添紗方式與織造密度對傳感器線性度及靈敏度的影響。綜上可見，由鍍銀紗線織造而成的針織傳感器研究多集中在結構參數設計方面，對于傳感器用鍍銀紗線的設計研究較少，更缺少紗線在模擬線圈的彎曲狀態下及其他外部條件下的性能研究?？椩灬樋椊Y構溫度傳感器用導電紗線需保證電阻穩定且感溫性能好，還需具有良好的力學性能，便于加工［14］。

因此，本文選擇了10種不同規格的鍍銀紗線，根據傳感器對于導電紗線性能的要求，通過試驗分析不同紗線狀態、光照氧化、水洗對紗線導電性能的影響，以及紗線的力學性能、不同狀態下的溫度傳感性能，綜合分析并評價紗線性能，以期為制備性能穩定的針織結構溫度傳感器的材料設計提供參考。

1? 試? 驗

1.1? 材料與儀器

材料：含銀17%和錦綸83%的鍍銀紗線（山東博銀表面功能材料有限公司），其規格參數如表1所示。

儀器：Phenom Pro臺式掃描電子顯微鏡（荷蘭飛納公司），FLUKE289數字萬用表（上海福祿克測試儀器有限公司），V-2030T微電腦加熱平臺（東菀威鐵克自動化科技有限公司），FLUKE51-Ⅱ接觸式溫度表（上海世祿儀器有限公司），DZ-101電腦伺服系統拉力試驗機（東莞市中皓試驗設備有限公司），YG-701E全自動縮水率試驗機（深圳市允拓技術有限公司）。

1.2? 形貌表征

分別制取各規格鍍銀紗線的樣品，并在樣品表面進行噴金處理，采用Phenom Pro臺式掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形態。

1.3? 紗線導電性能測試

1.3.1? 伸直狀態

鍍銀紗線在進行導電性能、感溫性能和力學性能的測試之前，均需在溫度為（20±2）℃，相對濕度為（65±2）%的條件下調濕24 h。然后將一定長度（＞25 cm）的各規格紗線以伸直但不伸長的狀態放置在絕緣紙上，兩端用絕緣膠帶固定，使用FLUKE289數字萬用表每隔2 cm，測定2～20 cm不同長度下的電阻值，每個長度下測試結果為10次測量的平均值。

1.3.2? 彎曲狀態

為模擬針織物線圈彎曲狀態，利用直徑0.5 mm的塑料棒、絕緣紙與泡沫板自制裝置（圖1），以橫向間隔0.2 cm、縱向間隔0.4 cm作為初始間隔，通過分別增加縱橫間隔來實現紗線不同程度的彎曲。根據織造不同種類針織物時所用針數3、5、8、12針25.4 mm，確定橫向間隔為0.8、0.5、0.3、0.2 cm；根據常見針織物的線圈大小及彎紗深度，確定縱向間隔為0.4、0.6、0.8、1.0 cm，最終確定了7種彎曲程度的縱橫間隔［15］。將標定了10 cm長度的各規格紗線，以距離第一個標記點0.5 cm處作為起點，有規律地繞過塑料棒，兩端用絕緣膠帶固定，使用FLUKE289數字萬用表測試10 cm紗線在彎曲前后的電阻值，結果取10次測量的平均值。按照下式計算電阻的相對變化率：

θR%=R－R0R0×100（1）

式中：θR為電阻相對變化率，%；R為變化后的電阻，Ω；R0為初始電阻，Ω。

1.4? 紗線感溫性能測試

1.4.1? 伸直狀態

將一定長度（＞10 cm）的鍍銀紗線順直放置在絕緣紙上，兩端固定后，再將絕緣紙放置并固定在V-2030T微電腦加熱平臺表面，標記10 cm長度，然后將FLUKE51-Ⅱ接觸式溫度表的探頭固定在紗線表面。待溫度表讀數穩定后，按照逐步升溫法用FLUKE289數字萬用表測試其電阻變化，每隔5℃測試一次，結果取該溫度下10次測試的平均值。為盡可能覆蓋皮膚溫度及可接觸溫度（如熱敷）的范圍，記錄紗線從30～65℃的電阻變化。

1.4.2? 彎曲狀態

在紗線彎曲模擬自制裝置的絕緣紙表面貼雙面絕緣膠帶，并根據針織物線圈最理想的縱橫密度比2∶3確定縱橫間隔，然后將標定了10 cm長度的紗線有規律地繞過塑料棒。待紗線牢固地粘在膠帶表面，再將絕緣紙放置并固定在V-2030T微電腦加熱平臺表面，用FLUKE51-Ⅱ接觸式溫度表測量紗線表面溫度。待溫度穩定后使用FLUKE289數字萬用表每隔5℃測試30～65℃的電阻變化，結果取10次測量的平均值。

1.5? 紗線強力測試

按照GBT 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》標準，使用DZ-101電腦伺服系統拉力試驗機，采用等速伸長（CRE）原理測試單根鍍銀紗線的斷裂強力與斷裂伸長率，設置夾持器距離為250 mm，拉伸速度為250 mmmin，每種紗線強力測試10根，結果取平均值。

1.6? 紗線耐用性能測試

1.6.1? 耐光耐氧化性能

將標定了10 cm長度的各規格鍍銀紗線順直固定在透明的窗戶玻璃內側，在有光照的自然條件下放置，從第1天起每隔7天測定紗線的電阻變化，連續測量一個月，測試結果為10次的平均值。紗線耐光耐氧化性能以光照氧化前后的電阻變化率表示，按照下式計算：

θ′R%=R2-R1R1×100（2）

式中：θR′為耐光耐氧化性能，%；R2為光照氧化后紗線電阻平均值，Ω；R1為光照氧化前紗線電阻平均值，Ω。

1.6.2? 耐水洗性能

為避免紗線在洗滌過程中纏繞打結，截取30 cm長的各規格鍍銀紗線，分別放置單獨的洗衣網袋中，然后將洗衣網袋放入YG-701E全自動縮水率試驗機。手動設置洗滌模式為柔和洗，水位為130 mm，水溫為20℃，每洗滌10 min為一次，洗滌后脫水1 min，參考GBT 8629—2017《紡織品 試驗用家庭洗滌和干燥程序》，采用程序C在GBT 6529—2008《紡織品 調濕和試驗用標準大氣》標準環境下平攤晾干，測試紗線10個位置10 cm的電阻值，結果取平均值。紗線耐水洗性能以水洗前后的電阻變化率表示，按照下式計算：

θ″R%=R4-R3R3×100（3）

式中：θ″R為耐水洗性能，%；R4為水洗后紗線電阻平均值，Ω；R3為水洗前紗線電阻平均值，Ω。

2? 結果與分析

2.1? 形貌表征

在使用Phenom Pro臺式掃描電子顯微鏡觀察樣品表面形態的過程中，發現不同結構的鍍銀紗線表面形態特征一致，具有代表性。圖2是三種結構鍍銀紗線放大1 000倍的掃描電子顯微鏡（SEM）照片，可以看出單根紗線均是由多根長絲抱合加捻而成，其中弱捻復絲的結構極其松散，只加了少量的弱捻，而捻絲與復合捻絲的結構緊密，特別是復合捻絲，它是由多根長絲捻合后再次捻合而成；由SEM照片右上角的局部放大圖可以更清楚地看出，錦綸基纖維邊界粗糙不光滑，鍍銀附著在纖維的間隙處。

2.2? 導電性能

10種鍍銀紗線在伸直狀態下的初始電阻如圖3所示。由圖3可知，各規格紗線的電阻均隨長度的增加呈線性增加。表2是使用Origin軟件對紗線電阻長度關系的擬合結果，顯示擬合優度R2均大于0.997 7 可以說明紗線本身具有較好的均勻性；單位長度電阻在1.245～18.788 Ω遠小于107 Ω，說明紗線導電性能好。比較1#～10#紗線的單位電阻可知，線密度越大的紗線單位電阻就越小，這是由于線密度與復絲數成正比，復絲越多相當于“并聯”的電阻越多，從而使紗線總體電阻減小。

進一步分析鍍銀紗線線密度與單位長度電阻的關系，首先用SPSS軟件進行相關性分析，由于兩組數據均不滿足正態分布，故選擇Spearman（斯皮爾曼）相關分析，得相關系數為-0.91 且在0.01水平（雙側）上顯著相關，說明線密度與單位電阻存在負向影響關系，繼而進行回歸分析。對線密度與單位電阻進行線性回歸，得線性模型顯著性為0.027＜0.05 模型通過顯著性檢驗，但調整后R2為0.41 DW為0.55 模型的擬合優度較低且殘差序列存在自相關，說明所選線性模型不合適。因此利用曲線估計法，在多種模型中選擇擬合優度最高的三種模型進行分析，分析結果如表3所示。由表3可知，三種模型的概率p值均小于0.05 通過顯著性檢驗，但倒數函數模型的常數未通過顯著性檢驗，因此該模型不予考慮。比較次方函數與三次函數模型可知，次方函數擬合優度R2更高，其函數擬合曲線如圖4所示。建立線密度與單位長度電阻間回歸方程為：

y0=301.163x－0.829（4）

式中：y0為鍍銀紗線單位長度電阻，Ω；x為鍍銀紗線的線密度，dtex。

圖5是10種鍍銀紗線在不同彎曲狀態下的電阻變化率，當縱向間隔增加，相當于線圈圈柱變長，對應針織物縱密減??；同理增加橫向間隔，相當于橫密減小。為便于參考，本文將縱橫間隔轉換為對應的縱橫密度進行比較。整體來看，縱密或橫密的增加，使各規格紗線的電阻變化率呈上升趨勢，這是由于隨著縱橫密度不斷增加，長度一定的紗線彎曲次數變多（圖6），電阻受到紗線彎曲的影響就越大。其中，10#的電阻變化率出現負值，這是因為其線密度較大紗線較粗，在橫向間隔為0.2 cm時，自身發生接觸使總體電阻變??；1#～9#鍍銀紗線電阻的最大變化率在0.42%～6.60%，受彎曲影響較小。

進一步分析1#～9#鍍銀紗線的線密度、橫密縱密與電阻的關系，使用Origin軟件對其進行非線性曲面擬合，得到線密度、橫密與電阻的三維擬合曲線函數（R2為0.988 95），見式（5）;以及線密度、縱密與電阻的擬合曲線函數（R2為0.989 74），見式（6）。擬合曲面方程如圖7所示。

z=8.390E21－5.028E18x－2.017E20ρ+5.045E18ρ2－4.071E16ρ31+1.271E18x－4.736E15x2+8.737E12x3－8.484E17ρ+2.562E16ρ2（5）

z=4.438E12－2.538E9x－1.809E11ρ′+6.900E9ρ′2+2.301E8ρ′31+6.886E8x－2735426.399x2+5197.534x3－8.477E8ρ′+4.708E7ρ′2（6）

式中：z為鍍銀紗線的電阻，Ω；ρ為橫密，行5 cm；ρ′為縱密，列5 cm； x為鍍銀紗線的線密度，dtex；E為科學計數法符號。

2.3? 感溫性能

10種鍍銀紗線在伸直與彎曲狀態下的電阻溫度關系曲線如圖8所示，通過對比可以發現，電阻隨溫度變化的規律沒有因紗線的狀態而改變。另外，紗線電阻隨溫度的升高呈下

降趨勢，這是因為鍍銀長絲的基體為錦綸，屬于絕緣體范疇，同時鍍銀長絲表面的銀元素在空氣中會被氧化形成具有負溫度系數的熱敏材料Ag2S（硫化銀）［16］。

表4是使用Origin軟件對紗線電阻-溫度關系的擬合結

果，可知R2均在0.894 25～0.990 4 說明紗線本身電阻沿溫度方向變化穩定性較好；一一對比各規格紗線在彎曲前后R2的變化可知，彎曲后紗線電阻-溫度關系的感溫線性度略微下降，說明紗線彎曲會在一定程度上影響感溫性能。紗線處于彎曲狀態時，5#的R2值最大，為0.981 1 說明其感溫線性度相對最好，紗線電阻沿溫度方向變化最穩定；1#的R2值最小，為0.894 2 其線性度相對最差；3#、4#的R2值均大于0.969 4 其線性度良好，其余的鍍銀紗線線性度一般。

進一步分析紗線的線密度、溫度與電阻的關系，使用Origin軟件對其進行非線性曲面擬合，得到紗線在伸直狀態下線密度、溫度與電阻的三維擬合曲線函數（R2為0.994 16），見式（7）；以及紗線在彎曲狀態下線密度、溫度與電阻的擬合曲線函數（R2為0.990 63），見式（8）。擬合曲面方程如圖9所示。

z=2 028 079.685+7 018.054x－16 359.804y+187.855y2－0.359y31+288.143x+0.396x2+0.001x3－46.131y+0.458y2（7）

z=4 797.719+9.705x－13.610y+0.249y2－0.002y31+0.712x+0.000 3x2+0.000 002x3－0.004y－0.000 000 9y2（8）

式中：z為鍍銀紗線的電阻，Ω；y為溫度，℃；x為鍍銀紗線的線密度，dtex。

2.4? 力學性能

鍍銀紗線的力學性能如表5所示，可知1#在測試時僅會發生微小形變但不受力的作用，這是由于1#為弱捻復絲結構，基本沒有賦予紗線一定的強力，因此該規格紗線不能用于針織物的編織；2#～10#紗線的強力均隨線密度的增加而增大，一方面是由于復合捻絲的捻度遠大于捻絲的捻度，捻度越大賦予紗線的強力就越大，而相同結構的紗線捻度相近，此時復絲的數量越多，紗線本身的強力就越大；紗線拉伸強度的變化規律與強力有所不同，是因為強度的大小不僅與強力有關，還會受到橫截面積的影響，橫截面積與復絲數有關。整體來看，3#、4#的拉伸強度遠大于其他幾種紗線。

2.5 ?耐用性能

1#的力學性能不滿足針織物編織要求，無法用于針織傳感器的制備，因此不對其耐用性能進行研究。光照氧化時間對鍍銀紗線電阻的影響如圖10所示，可以看出2#～9#紗線的電阻均隨光照氧化時間的增長快速增加，一方面是由于鍍銀紗線的基體長絲錦綸的耐光性較差，長時間的光照氧化使紗線強度開始下降，附著的鍍銀層也更易脫落，相應的導電性能下降，電阻增加；另一方面是由于鍍銀紗線與空氣中的H2S（硫化氫）化合生成半導體性質的Ag2S［16］，隨氧化時間的延長，表面Ag2S增多增厚，其電阻就會大幅度增加。2#～5#紗線比6#～10#紗線電阻變化更明顯，可能的原因是6#～10#紗線為復合捻絲，其捻度遠大于2#～5#紗線，具有更緊密的結構，鍍層的穩定性更好。

水洗次數對鍍銀紗線電阻的影響如圖11所示，可以看出2#～9#紗線的電阻均隨水洗次數的增多而增加，可能是經過多次的水洗晾干，長絲表面的鍍銀層受損導致電阻增大［17］。在經過10次洗滌后，4#的電阻變化最小為1.92%，說明其耐水洗性能最好；其次是6#、3#、5#，電阻變化率在2.48%～3.21%；2#、7#～10#紗線在水洗7次以后，電阻變化率開始急劇增加，這主要是由于水洗次數增加使紗線的抱合力變差，減小了長絲間接觸面積，導電性能變差。

進一步分析鍍銀紗線的線密度、光照氧化時間水洗次數與電阻的關系，使用Origin軟件對其進行非線性曲面擬合，得到線密度、光照氧化時間與電阻的三維擬合曲線函數（R2為0.982 83），見式（9）；以及線密度、水洗次數與電阻的擬合曲線函數（R2為0.954 06），見式（10）。擬合曲面方程如圖12所示。

z=9.183E9+9.588E7x+2.480E8y′－4 407 080.468y′2+677 409.693y′31+1 439 994.308x+8 831.873x2+7.261x3+136 544.546y′－41 072.534y′2（9）

z=4.844E38+8.166E35x－2.433E37y″+1.753E36y″2+2.140E34y″31+7.468E34x－7.629E31x2+3.262E29x3－1.869E35y″+1.399E34y″2（10）

式中：z為鍍銀紗線電阻，Ω；y′為光照氧化時間，d；y″為水洗次數，次；x為鍍銀紗線線密度，dtex；E為科學計數法符號。

3? 結? 論

本文選擇了10種不同規格的鍍銀紗線，分析了其導電性能、感溫性能、力學性能和耐用性能，為針織結構溫度傳感器用鍍銀紗線的設計與運用提供參考，得出以下結論：

1）所選鍍銀紗線均勻性好，電阻均隨長度增加呈線性增長，單位電阻在1.245～18.788 Ω，具有良好的導電性能。得到了線密度與單位電阻間回歸方程，線密度越大、復絲越多的紗線單位電阻反而越??；紗線彎曲在一定程度上會降低導電性能，縱橫密度越大，受影響程度越大，最大影響程度在0.42%～6.60%。

2）不同狀態下的溫度-電阻關系擬合R2均在0.894 25～0.990 4 感溫性能良好；紗線的彎曲狀態并不會改變電阻隨溫度變化呈負相關的規律，但會略微降低其感溫線性度；線密度適中偏小的鍍銀紗線感溫性能更好，其中155.56 dtex鍍銀紗線的感溫線性度最好，電阻沿溫度方向變化最穩定，其次是77.78 dtex和111.11 dtex的鍍銀紗線。

3）除22.22 dtex鍍銀紗線無法滿足針織物編織的要求外，其余線密度的鍍銀紗線均具有良好的力學性能。復合捻絲結構的紗線強力大于捻絲結構的紗線，相同結構的紗線中復絲數越多的強力越大，但受橫截面積影響，捻絲結構的紗線強度相對更好，尤其是111.11 dtex和77.78 dtex的鍍銀紗線。

4）光照氧化和水洗都會導致鍍銀紗線導電性能變差，線密度較小的紗線受光照氧化影響更明顯，僅在四周的時間就可以使紗線電阻增加到原來的兩倍；水洗對紗線電阻影響相對較小，經過10次洗滌，111.11 dtex的紗線電阻變化最小為1.92%，其次是222.22、77.78、155.56 dtex的紗線，其電阻變化率在2.48%～3.21%。

5）綜合分析紗線的性能，可以設計線密度適中偏小即復絲數較少、捻絲結構的鍍銀紗線，用于針織結構溫度傳感器的制備。

參考文獻：

［1］尹云雷， 郭成， 楊紅英， 等. 電子織物在智能可穿戴領域的研究進展［J］. 現代紡織技術， 2023， 31（1）： 1-12.

YIN Y L， GUO C， YANG H Y， et al. Research progress of electronic fabrics in the intelligent wearable field［J］. Advanced Textile Technology， 2023， 31（1）： 1-12

［2］王浣雨， 孟粉葉， 胡吉永， 等. 智能紡織品用溫度傳感紗研究進展［J］. 絲綢， 2022， 59（12）： 54-63.

WANG H Y， MENG F Y， HU J Y， et al. Review on temperature sensing yarns for smart textiles［J］. Journal of Silk， 2022， 59（12）： 54-63.

［3］付冬， 孫賽君， 邱傳麒， 等. 絲網印刷法制備含芘基離子液體溫度傳感器［J］. 材料科學與工程學報， 2021， 39（2）： 300-303.

FU D， SUN S J， QIU C Q， et al. Pyrene-containing ionic liquid based thermal sensor via screen printing［J］. Journal of Materials Science and Engineering， 2021， 39（2）： 300-303.

［4］YANG S T， LI C W， WEN N X， et al. All-fabric-based multifunctional textile sensor for detection and discrimination of humidity， temperature， and strain stimuli［J］. Journal of Materials Chemistry C， 2021， 9（39）： 13789-13798.

［5］郭華， 宋金亞， 張翔， 等. 織物基底的柔性溫度傳感器研制與測試［J］. 傳感器與微系統， 2022， 41（6）： 86-89.

GUO H， SONG J Y， ZHANG X， et al. Research and fabrication and test of flexible temperature sensor based on fabric substrate［J］. Transducer and Microsystem Technologies， 2022， 41（6）： 86-89.

［6］YANG T， WANG X， YANG Q， et al. Bioinspired temperature sensitive yarn with highly stretchable capability for healthcare applications［J］. Advanced Materials Technologies， 2021， 6（4）： 2001075.

［7］陳慧， 王璽， 丁辛， 等. 基于全織物傳感網絡的溫敏服裝設計［J］. 紡織學報， 2020， 41（3）： 118-123.

CHEN H， WANG X， DING X， et al. Design of temperature-sensitive garment consisting of full fabric sensing networks［J］. Journal of Textile Research， 2020， 41（3）： 118-123.

［8］WU R H， MA L Y， HOU C， et al. Textile sensors： Silk composite electronic textile sensor for high space precision 2d combo temperature-pressure sensing［J］.Small， 2019， 15（31）： 1901558.

［9］劉于維， 叢洪蓮， 趙博宇. 針織結構智能產品的開發與應用［J］. 紡織科學與工程學報， 2021， 38（4）： 72-76.

LIU Y W， CONG H L， ZHAO B Y. Development and application of smart knitted structural products［J］. Journal of Textile Science and Engineering， 2021， 38（4）： 72-76.

［10］馬丕波， 劉青， 牛麗， 等. 針織傳感器在運動健康服裝領域的研究進展［J］. 服裝學報， 2021， 6（2）： 112-118.

MA P B， LIU Q， NIU L， et al. Research progress of knitting sensors in the clothing field of sports and health［J］. Journal of Clothing Research， 2021， 6（2）： 112-118.

［11］劉嬋嬋， 繆旭紅， 李煜天. 基于針織的肘部彎曲傳感器傳感性能研究［J］. 絲綢， 2019， 56（12）： 16-21.

LIU C C， MIAO X H， LI Y T. Research on sensing performance of knitted elbow bending sensor［J］. Journal of Silk， 2019， 56（12）： 16-21.

［12］張鈺晶， 龍海如. 嵌花添紗針織應變傳感器的制備與性能［J］. 東華大學學報（自然科學版）， 2020， 46（6）： 889-895.

ZHANG Y J， LONG H R. Preparation and properties of intarsia-plated knitting strain sensor［J］. Journal of Donghua University（Natural Science）， 2020， 46（6）： 889-895.

［13］劉暢， 沈為， 徐天華， 等. 手部功能評估用針織添紗組織傳感器的傳感性能探討［J］. 產業用紡織品， 2020， 38（1）： 35-38.

LIU C， SHEN W， XU T H， et al. Discussion on the sensing properties of sensors with plating stitch for evaluating hand functions［J］. Technical Textiles， 2020， 38（1）： 35-38.

［14］吳磊， 李凱林， 李龍. 柔性傳感針織物用不銹鋼紗線與鍍銀紗線的性能［J］. 上海紡織科技， 2021， 49（3）： 43-46.

WU L， LI K L， LI L. The properties of stainless steel yarn and silver-plated yarn for knitted fabric-based sensors［J］. Shanghai Textile Science & Technology， 2021， 49（3）： 43-46.

［15］盧華山. 電腦橫機局部變針距編織方法與工藝研究［J］. 針織工業， 2021（2）： 10-14.

LU H S. Local variable stitch distance knitting method of compu-terized flat knitting machine［J］. Knitting Industries， 2021（2）： 10-14.

［16］謝勇， 杜磊， 張嘉楠， 等. 影響鍍銀纖維長絲導電性能的因素分析［J］. 絲綢， 2013， 50（11）： 36-40.

XIE Y， DU L， ZHANG J N， et al. Analysis the factors affecting the conductibility of silver-plated filament［J］. Journal of Silk， 2013， 50（11）： 36-40.

［17］ISMAR E， ZMAN S， TAO X Y， et al. Effect of water and chemical stresses on the silver coated polyamide yarns［J］. Fibers and Polymers， 2019（20）： 2604-2610.

Performance of silver-plated yarns for knitted structure temperature sensors

GUO Mingjinga， WANG Lijuna，b，c

（

a.School of Fashion Design & Engineering; b.Zhejiang Provincial Engineering Laboratory of Fashion Digital Technology;

c.Key Laboratory of Silk Culture Heritage and Products Design Digital Technology， Ministry of Culture and Tourism，

Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：With the development of peoples active health awareness， fabric temperature sensors have received extensive attention as a smart textile that can monitor human body temperature in real time to obtain physical health status. Among them， the temperature sensor of knitted structure can ensure the stability of the sensor when the fabric is deformed due to its unique coil structure， and is more suitable for measuring human body temperature. The conductive area woven by silver-plated yarns is the core of the knitted structure sensor， and determines the performance of the sensor. However， most of the research on it focuses on the design of structural parameters. There are few studies on the design of silver-plated yarns for sensors， and there is a lack of research on the performance of yarns under the bending state of simulated coil and other external conditions.

To ensure the sensing performance of the knitted structure temperature sensor， the resistance values of 10 kinds of typical silver-plated yarns under the bending state of the straight and simulated coils were tested by FLUKE289 digital multimeter and V-2030T microcomputer heating platform. The effects of light oxidation and washing conditions on the electrical conductivity of the yarns were analyzed. The mechanical properties of the yarns were tested and analyzed by a computer servo system tensile tester. The relationship between the linear density， yarn state， temperature， light oxidation time， washing times and resistance was obtained. The experimental results show that the unit resistance of 10 kinds of silver-plated yarns is between 1.245 Ω and 18.788 Ω， and all of them have good electrical conductivity. The higher the linear density and the more multifilaments are， the smaller the unit resistance is; the bending of the yarn will reduce the conductivity to a certain extent. The larger the longitudinal/transverse density is， the greater the resistance of the yarn is affected， and the maximum influence degree is between 0.42% and 6.60%. The fitting R2 of the temperature-resistance relationship of silver-plated yarns in different states is between 0.894 25 and 0.990 40， and the temperature sensing performance is good. The bending state of the yarn does not change the law that the resistance is negatively correlated with the temperature change， but it will slightly reduce its temperature sensitivity linearity. The yarn with a moderate linear density and small linear density has better temperature sensitivity. Specifically， the temperature sensitivity linearity of 155.56 dtex silver-plated yarns is the best， followed by 77.78 dtex and 111.11 dtex silver-plated yarns. Except that 22.22 dtex silver-plated yarns can not meet the requirements of knitted fabric weaving， the other silver-plated yarns with a linear density have good mechanical properties， among which the yarn strength of twist structure is relatively better. Both light oxidation and washing will lead to the deterioration of the conductivity of silver-plated yarns. The yarn with a smaller linear density is more obviously affected by light oxidation， and the yarn resistance is increased to twice the original in only four weeks. The effect of washing on yarn resistance is relatively small. After 10 times of washing， the resistance change of 111.11 dtex silver-plated yarns is the smallest， being 1.92%. Based on the comprehensive analysis of the performance of the yarn， a silver-plated yarn with a medium linear density， a small number of multi-filaments and a twisted yarn structure can be designed to prepare a knitted temperature sensor.

The comprehensive analysis and evaluation of the electrical conductivity， temperature sensitivity， mechanical properties and durability of 10 kinds of silver-plated yarns can provide reference for the design of silver-plated yarns for knitted structure temperature sensors with stable performance.

Key words：

silver-plated yarn; knitted flexible sensor; electrical conductivity; temperature susceptibility; mechanical properties; durability