监护服用电子织物的制备及性能研究*

南通大学纺织服装学院，江苏 南通 226019

随着微电子技术、通信技术、纺织材料及其技术的发展，人们越来越重视自身的健康，追求美好品质的生活。于是，各科研机构加大了在医疗健康领域产品的研发投入，可穿戴式的监护服应运而生。监护服将电子织物嵌入穿戴系统，可在满足人们日常生活需要的同时，实现对人体生理系统功能的医疗诊治、健康情况跟踪等功能[1]。其中，电子织物属智能织物，主要通过针织编织、缝制、柔性丝网印刷等方法来制备，要求其可穿戴、外观柔顺且不刺激皮肤，可以监测穿着者生理信号并实现无线通信。电子织物为智能服装的发展开创了新局面[2-3]。电子功能组件、模块互联和电源器件等基于电子织物被植入穿戴系统如服装中，形成了如婴儿SIDS监护衣、神经电刺激治疗衣等产品，在健康监护领域应用广泛[4-6]。

1 监护服用电子织物的制备

1.1 基础织物的制备与测试

监护服用电子织物的基础织物以棉织物为主，其穿着柔软舒适、吸汗透气、防过敏。加有氨纶的棉织物弹力舒适、尺寸稳定、吸湿快干、抗皱性好，且布面平整、悬垂，手感柔软、滑爽，后整理容易[7]。故本文选择棉/氨纶针织物作为基础织物，其中棉的质量分数为96.0%、氨纶的质量分数为4.0%。

健康监护领域用监护服需具备抗菌功能，故本文选用银离子抗菌整理剂SCJ-956，采用浸渍法处理得到抗菌基础织物。具体整理工艺：漂染后的基础织物用水洗涤至完全干净→脱水→浸渍→排放(不必水洗)→脱水→烘干(温度100～160 ℃)。其中浸渍工艺：去离子纯水化料，SCJ-956抗菌剂(质量分数1.5%～2.5%)，浴比1 ∶10，温度40～60 ℃，静置30～40 min。

测试抗菌基础织物的抑菌性。参照GB/T 20944.1—2007《纺织品 抗菌性能的评价 第1部分：琼脂平皿扩散法》标准，测试抗菌基础织物对大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果[8]。测试结果发现，抗菌基础织物对大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均达到95%以上(图1和图2)，抗菌基础织物具有抑菌效果。

图1 抗菌基础织物对大肠埃希菌的抑菌效果

图2 抗菌基础织物对金黄色葡萄球菌的抑菌效果

1.2 电子织物的制备

采用缝制法，缝入镀银导电线。镀银导电线以尼龙6为基体，线密度为7.7 tex，4股捻线，含银量为17.0%(质量分数)。综合考虑各线迹与抗菌基础织物融合的平整性和导电性，确定选用NV35P缝纫机(Brother品牌)曲折缝J05型线迹(图3)。抗菌基础织物的经纬向以1 cm的间隔平行缝制，线迹隐于抗菌基础织物中，可实现对数据的监测且穿脱方便。

图3 J05型线迹示意

2 监护服用电子织物的性能测试与分析

2.1 性能测试

除导电性外，服用性能(如保暖性、顶破性、弯曲性、尺寸稳定性等)是监护服用电子织物研究中的重要部分，它影响着人体的穿着舒适性。为减少所需的试验次数并确保试验的可行性和典型性，本文针对影响监护服用电子织物性能的3项缝制工艺参数即面线张力、线迹长度及线迹宽度设计了正交试验，因素水平表及正交试验方案如表1和表2所示。

表1 因素水平表

表2 正交试验方案

电子织物的导电性、保暖性、顶破性、弯曲性、尺寸稳定性等分别依据JB/T 6319—2010《电阻器 基本技术要求》、GB/T 11048—2008《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定》、GB/T 19976—2005《纺织品 顶破强力的测定 钢球法》、GB/T 18318.1—2009《纺织品 弯曲性能的测定 第1部分：斜面法》、GB/T 8629—2001《纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序》标准，在温度为(20±2)℃、相对湿度为(65±2)%的恒温恒湿环境下完成，涉及的测试仪器有优利德UT61E自动量程手持式数字万用表、YG606N型平板式织物保暖性能测试仪、YG(B)O3IPC型台式电子织物顶破强力机、FAST-2弯曲性能仪、 XQB50-M1268自动洗衣机和HD101A电热鼓风烘箱[9-10]。为避免人为因素导致的系统误差，测试采用随机抽取1#～9#试样的方法[11]，测试结果归纳于表3。

2.2 极差分析

基于正交试验结果，根据R=max{K1,K2,K3}-min{K1,K2,K3}对表3的测试结果进行极差分析(表4～表8)，利用R值分析各因素对各性能指标影响的主次顺序及各因素的优方案[12]。其中，K1、K2、K3分别表示该因素取三个水平时所得试验结果的算术平均值。

表4 电阻极差分析结果

表5 传热系数极差分析结果

表6 顶破强力极差分析结果

表7 抗弯刚度极差分析结果

表8 水洗缩率极差分析结果

根据表4～表8的分析可以得出：导电性最优的因素水平组合是B3C1A1，保暖性最优的因素水平组合是B3C2A3，顶破性最优的因素水平组合是C1B2A2，弯曲性最优的因素水平组合是B3C2A2，尺寸稳定性最优的因素水平组合是C1B3A3。

2.3 方差分析

极差分析不能精准地评估各因素对试验结果影响的重要程度，特别是水平数大于等于3的试验，因此利用方差分析不同因素对各性能指标的影响显著水平，可弥补极差分析的不足。表9～表13为各性能指标的方差分析结果，当F值>F0.01(2,2)=99.000 0时，该因素有极显著影响；当F值>F0.05(2,2)=19.000 0时,该因素有显著影响；当F值>F0.10(2,2)=9.000 0时，该因素有较显著影响；当F值>F0.25(2,2)=3.000 0时，该因素有影响。

根据表9～表13的分析可以得出：就监护服用电子织物而言，线迹长度(因素B)对保暖性影响极显著，对导电性影响较显著，对弯曲性和尺寸稳定性有影响；线迹宽度(因素C)对保暖性影响极显著，对尺寸稳定性影响显著，对导电性、顶破性有影响；面线张力(因素A)只对保暖性有影响。这与极差分析各因素对电子织物各性能指标影响的主次顺序结果基本一致。

表9 电阻方差分析结果

表10 传热系数方差分析结果

表11 顶破强力方差分析结果

表12 抗弯刚度方差分析结果

表13 水洗缩率方差分析结果

2.4 综合平衡分析

基于极差分析得到的各因素对各性能指标影响的主次顺序及各因素的优方案，以及方差分析得到的各因素对各性能指标影响的显著性，可得：因素B是影响最大的因素，因素C次之，因素A的影响最小。根据多数倾向原则及电子织物导电性最佳原则，结合综合平衡法对比分析[13]，得到监护服用电子织物的最佳缝制工艺参数组合是A1B3C1。

3 结论

选用棉/氨纶针织物(棉质量分数为96.0%、氨纶质量分数为4.0%)作为基础织物，选择银离子抗菌整理剂SCJ-956对基础织物进行抗菌处理，再将7.7 tex镀银导电线缝入织物中，变化缝制工艺参数组合,制备监护服用电子织物。基于正交试验结果及分析发现，缝制工艺参数对电子织物的服用性能均有影响，线迹长度的影响最大、线迹宽度的影响次之、面线张力的影响最小，并通过综合平衡分析确定最优缝制工艺参数组合为面线张力选用0.10 N、线迹长度选用3.5 mm、线迹宽度选用3.0 mm。制备的监护服用电子织物能够获得稳定的电子信号。