Page 74 - 《精细化工》2023年第9期

·1922· 精细化工 FINE CHEMICALS
（其中：R 为织物电阻，Ω；ρ 为织物电阻率，Ω·cm；
L 为织物长度，cm；S 为织物截面积，cm ）可知，
织物电阻与应变几乎呈线性关系。当应变增至 40%
时，聚苯胺导电网络发生部分断裂，部分聚苯胺之
间失去有效连接，导电性能进一步下降。当应变
>40%时，聚苯胺导电网络断裂过程已基本结束，应
变增加时，已断裂的聚苯胺导电网络间距进一步增
大，因而电阻变化率增大速率极慢。
为进一步考察聚苯胺尼龙导电织物应变传感的
线性及灵敏度，在不同应变范围内（5%、10%、15%、
20%、30%、40%、50%）对聚苯胺尼龙导电织物的
电阻变化率与应变进行线性拟合，斜率即为传感器
灵敏度，结果如表 1 所示。
表 1 聚苯胺尼龙导电织物的电阻变化率与应变的拟合
方程
Table 1 Fitting equation between resistance change rate
and strain of polyaniline nylon conductive fabric
应变/% 拟合方程
5 y=6.8658x–0.0045
10 y=4.7591x+0.0431
15 y=3.3811x+0.0962
20 y=2.5129x+0.1439
30 y=1.5386x+0.2204
40 y=1.0284x+0.2776
50 y=0.7213x+0.3223
由表 1 可知，聚苯胺尼龙导电织物在 0~5%应变
范围内，灵敏度为 6.87，拟合曲线相关系数（R ）=
0.9968，说明此范围内织物电阻变化率与应变具有
高度线性相关性；当应变增至 15%时，聚苯胺尼龙
导电织物灵敏度降至 3.38，拟合曲线相关系数降至
0.9492，随着应变进一步增加，聚苯胺颗粒间逐步
失去有效连接，电阻变化率增加速率减缓，聚苯胺尼
龙导电织物灵敏度及拟合曲线线性相关程度降低。
图 5 为聚苯胺尼龙导电织物在应变依次为 5%、
10%、15%、20%、30%、40%、50%时电阻变化率
曲线。
图 5 聚苯胺尼龙导电织物的 RC 与应变的关系
Fig. 5 Relationship between RC and strain of polyaniline
nylon conductive fabric
第 40 卷
由图 5 可知，当对聚苯胺尼龙导电织物施加一
2
系列阶梯增加应变时，聚苯胺尼龙导电织物能稳定
地对应变做出响应。
总体来看，在 0~15%应变范围内，聚苯胺尼龙
导电织物电阻变化率与应变有较好的线性关系，通
过电阻的变化能够反映拉伸的程度，可用于监测人
体的关节运动。因此，当人体的运动在此范围内时，
聚苯胺尼龙导电织物能够反馈人体的运动信息。
2.2.3 拉伸次数
耐久性是测试人体信号传感器性能的一个重要
指标，为了测试聚苯胺尼龙导电织物的耐久性，对
织物以 480 mm/min 的速率在 0~15%应变范围进行
拉伸-回复循环测试 3500 次，用电化学工作站记录
织物电阻变化，聚苯胺尼龙导电织物的导电性与拉
伸次数的关系见图 6。
2
R
0.9968
0.9764
0.9492
0.9212
0.8678
0.8163
0.7625
图 6 聚苯胺尼龙导电织物的导电性与拉伸次数的关系
2
Fig. 6 Relationship between conductivity and stretching
cycles of polyaniline nylon conductive fabric
根据式（2）计算聚苯胺尼龙导电织物的稳定性：
S/%=(R 0 –R 1 )/R 0 ×100 （2）
式中：S 为聚苯胺尼龙导电织物的稳定性，%；R 1
为聚苯胺尼龙导电织物受到拉伸-回复循环后的电
阻，Ω；R 0 为聚苯胺尼龙导电织物初始电阻，Ω。
由图 6 可以看出，当聚苯胺尼龙导电织物受到
3500 次拉伸-回复循环后，其电阻变化较小，稳定性
为 96.2%。随着拉伸次数的增加，聚苯胺尼龙导电
织物电阻变化率逐渐降低，这是因为，织物发生不
可逆的黏性流动，无法恢复原长，聚苯胺导电网络
间有效连接受到破坏，织物电阻有所下降。对比前
后两组插图可以看出，聚苯胺尼龙导电织物经过多
次拉伸后电阻变化率波形和变化范围几乎无变化。
2.2.4 拉伸速率
分别以 30~720 mm/min 设置梯度拉伸速率对聚
苯胺尼龙导电织物在 15%应变下进行拉伸-回复循
环测试，结果如图 7 所示。由图 7 可见，拉伸速率
对聚苯胺尼龙导电织物应变传感性能影响较小，且
不同拉伸速率时聚苯胺尼龙导电织物均具有较好的
稳定性。