南通大學紡織服裝學院，江蘇 南通 226019

隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)、紡織材料及其技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視自身的健康，追求美好品質(zhì)的生活。于是，各科研機構(gòu)加大了在醫(yī)療健康領域產(chǎn)品的研發(fā)投入，可穿戴式的監(jiān)護服應運而生。監(jiān)護服將電子織物嵌入穿戴系統(tǒng)，可在滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枰耐瑫r，實現(xiàn)對人體生理系統(tǒng)功能的醫(yī)療診治、健康情況跟蹤等功能[1]。其中，電子織物屬智能織物，主要通過針織編織、縫制、柔性絲網(wǎng)印刷等方法來制備，要求其可穿戴、外觀柔順且不刺激皮膚，可以監(jiān)測穿著者生理信號并實現(xiàn)無線通信。電子織物為智能服裝的發(fā)展開創(chuàng)了新局面[2-3]。電子功能組件、模塊互聯(lián)和電源器件等基于電子織物被植入穿戴系統(tǒng)如服裝中，形成了如嬰兒SIDS監(jiān)護衣、神經(jīng)電刺激治療衣等產(chǎn)品，在健康監(jiān)護領域應用廣泛[4-6]。

1 監(jiān)護服用電子織物的制備

1.1 基礎織物的制備與測試

監(jiān)護服用電子織物的基礎織物以棉織物為主，其穿著柔軟舒適、吸汗透氣、防過敏。加有氨綸的棉織物彈力舒適、尺寸穩(wěn)定、吸濕快干、抗皺性好，且布面平整、懸垂，手感柔軟、滑爽，后整理容易[7]。故本文選擇棉/氨綸針織物作為基礎織物，其中棉的質(zhì)量分數(shù)為96.0%、氨綸的質(zhì)量分數(shù)為4.0%。

健康監(jiān)護領域用監(jiān)護服需具備抗菌功能，故本文選用銀離子抗菌整理劑SCJ-956，采用浸漬法處理得到抗菌基礎織物。具體整理工藝：漂染后的基礎織物用水洗滌至完全干凈→脫水→浸漬→排放(不必水洗)→脫水→烘干(溫度100～160 ℃)。其中浸漬工藝：去離子純水化料，SCJ-956抗菌劑(質(zhì)量分數(shù)1.5%～2.5%)，浴比1 ∶10，溫度40～60 ℃，靜置30～40 min。

測試抗菌基礎織物的抑菌性。參照GB/T 20944.1—2007《紡織品 抗菌性能的評價 第1部分：瓊脂平皿擴散法》標準，測試抗菌基礎織物對大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌的抑菌效果[8]。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抗菌基礎織物對大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均達到95%以上(圖1和圖2)，抗菌基礎織物具有抑菌效果。

圖1 抗菌基礎織物對大腸埃希菌的抑菌效果

圖2 抗菌基礎織物對金黃色葡萄球菌的抑菌效果

1.2 電子織物的制備

采用縫制法，縫入鍍銀導電線。鍍銀導電線以尼龍6為基體，線密度為7.7 tex，4股捻線，含銀量為17.0%(質(zhì)量分數(shù))。綜合考慮各線跡與抗菌基礎織物融合的平整性和導電性，確定選用NV35P縫紉機(Brother品牌)曲折縫J05型線跡(圖3)?？咕A織物的經(jīng)緯向以1 cm的間隔平行縫制，線跡隱于抗菌基礎織物中，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的監(jiān)測且穿脫方便。

圖3 J05型線跡示意

2 監(jiān)護服用電子織物的性能測試與分析

2.1 性能測試

除導電性外，服用性能(如保暖性、頂破性、彎曲性、尺寸穩(wěn)定性等)是監(jiān)護服用電子織物研究中的重要部分，它影響著人體的穿著舒適性。為減少所需的試驗次數(shù)并確保試驗的可行性和典型性，本文針對影響監(jiān)護服用電子織物性能的3項縫制工藝參數(shù)即面線張力、線跡長度及線跡寬度設計了正交試驗，因素水平表及正交試驗方案如表1和表2所示。

表1 因素水平表

表2 正交試驗方案

電子織物的導電性、保暖性、頂破性、彎曲性、尺寸穩(wěn)定性等分別依據(jù)JB/T 6319—2010《電阻器 基本技術(shù)要求》、GB/T 11048—2008《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》、GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》、GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的測定 第1部分：斜面法》、GB/T 8629—2001《紡織品 試驗用家庭洗滌和干燥程序》標準，在溫度為(20±2)℃、相對濕度為(65±2)%的恒溫恒濕環(huán)境下完成，涉及的測試儀器有優(yōu)利德UT61E自動量程手持式數(shù)字萬用表、YG606N型平板式織物保暖性能測試儀、YG(B)O3IPC型臺式電子織物頂破強力機、FAST-2彎曲性能儀、 XQB50-M1268自動洗衣機和HD101A電熱鼓風烘箱[9-10]。為避免人為因素導致的系統(tǒng)誤差，測試采用隨機抽取1#～9#試樣的方法[11]，測試結(jié)果歸納于表3。

2.2 極差分析

基于正交試驗結(jié)果，根據(jù)R=max{K1,K2,K3}-min{K1,K2,K3}對表3的測試結(jié)果進行極差分析(表4～表8)，利用R值分析各因素對各性能指標影響的主次順序及各因素的優(yōu)方案[12]。其中，K1、K2、K3分別表示該因素取三個水平時所得試驗結(jié)果的算術(shù)平均值。

表4 電阻極差分析結(jié)果

表5 傳熱系數(shù)極差分析結(jié)果

表6 頂破強力極差分析結(jié)果

表7 抗彎剛度極差分析結(jié)果

表8 水洗縮率極差分析結(jié)果

根據(jù)表4～表8的分析可以得出：導電性最優(yōu)的因素水平組合是B3C1A1，保暖性最優(yōu)的因素水平組合是B3C2A3，頂破性最優(yōu)的因素水平組合是C1B2A2，彎曲性最優(yōu)的因素水平組合是B3C2A2，尺寸穩(wěn)定性最優(yōu)的因素水平組合是C1B3A3。

2.3 方差分析

極差分析不能精準地評估各因素對試驗結(jié)果影響的重要程度，特別是水平數(shù)大于等于3的試驗，因此利用方差分析不同因素對各性能指標的影響顯著水平，可彌補極差分析的不足。表9～表13為各性能指標的方差分析結(jié)果，當F值>F0.01(2,2)=99.000 0時，該因素有極顯著影響；當F值>F0.05(2,2)=19.000 0時,該因素有顯著影響；當F值>F0.10(2,2)=9.000 0時，該因素有較顯著影響；當F值>F0.25(2,2)=3.000 0時，該因素有影響。

根據(jù)表9～表13的分析可以得出：就監(jiān)護服用電子織物而言，線跡長度(因素B)對保暖性影響極顯著，對導電性影響較顯著，對彎曲性和尺寸穩(wěn)定性有影響；線跡寬度(因素C)對保暖性影響極顯著，對尺寸穩(wěn)定性影響顯著，對導電性、頂破性有影響；面線張力(因素A)只對保暖性有影響。這與極差分析各因素對電子織物各性能指標影響的主次順序結(jié)果基本一致。

表9 電阻方差分析結(jié)果

表10 傳熱系數(shù)方差分析結(jié)果

表11 頂破強力方差分析結(jié)果

表12 抗彎剛度方差分析結(jié)果

表13 水洗縮率方差分析結(jié)果

2.4 綜合平衡分析

基于極差分析得到的各因素對各性能指標影響的主次順序及各因素的優(yōu)方案，以及方差分析得到的各因素對各性能指標影響的顯著性，可得：因素B是影響最大的因素，因素C次之，因素A的影響最小。根據(jù)多數(shù)傾向原則及電子織物導電性最佳原則，結(jié)合綜合平衡法對比分析[13]，得到監(jiān)護服用電子織物的最佳縫制工藝參數(shù)組合是A1B3C1。

3 結(jié)論

選用棉/氨綸針織物(棉質(zhì)量分數(shù)為96.0%、氨綸質(zhì)量分數(shù)為4.0%)作為基礎織物，選擇銀離子抗菌整理劑SCJ-956對基礎織物進行抗菌處理，再將7.7 tex鍍銀導電線縫入織物中，變化縫制工藝參數(shù)組合,制備監(jiān)護服用電子織物?；谡辉囼灲Y(jié)果及分析發(fā)現(xiàn)，縫制工藝參數(shù)對電子織物的服用性能均有影響，線跡長度的影響最大、線跡寬度的影響次之、面線張力的影響最小，并通過綜合平衡分析確定最優(yōu)縫制工藝參數(shù)組合為面線張力選用0.10 N、線跡長度選用3.5 mm、線跡寬度選用3.0 mm。制備的監(jiān)護服用電子織物能夠獲得穩(wěn)定的電子信號。