一种弹性导电的衣用复合膜的制作方法

本实用新型涉及可穿戴监测系统技术领域，尤其是涉及一种可穿戴、用于监测生理信号的衣用复合膜。

背景技术：

近年来，可穿戴电子服装越来越受到重视，特别是人体健康的监测服装，其轻便、功能化、有效性和创新性的特点越来越受到人们的欢迎。可穿戴电子服装很好的解决了当下中国就医难的局面，使得很多人群在社区或家庭环境中就能了解自身的身体状况，特别是对某些慢性疾病的监测和累计情况做到心中有数，及时的就医可避免很多不幸的中风或猝死的悲剧发生。

目前，可穿戴电子服装(如心电带和脑电帽)的研发遇到了几个瓶颈，除了电极的舒适性和信号监测稳定外，连接电极和电路板/芯片的之间的导线，一直制约着电子服装的发展。原因在于，目前电子监测服装多采用紧身结构，这样可以做到电极等传感器的贴肤穿戴，以保证信号的监测稳定。然而，紧身服装要求采用的面料须为弹性面料，而我们日常用的漆包线或带绝缘功能的导线都非弹性。因此目前电子服装常用的做法是在导线排线的地方采用非弹性的硬质面料，这样反而限制了电子服装的设计和紧身的灵活性。

于是，弹性导电纱的研究成果越来越多。采用金属纤维与常规纤维混纺制备的导电纱(US3288175,US5288544,US6341504)导电效果良好，但是弹性应变很小。在弹性体表面镀导电金属(CN1813087B)，皮层导电粒子加芯层弹性聚合物纤维(CN102121192B)，皮芯复合聚酯导电纤维(CN104726959A)都制得了导电效果良好的纤维，某些纤维的弹性应变也较大，但是在实际使用中，纤维导电部分外部较难加绝缘层，因此监测信号噪音较多且更不稳定。实验证明，常规的带绝缘层导线信号稳定性最好。

概括起来，现有生理信号监测电子服装的导线主要有以下几点问题：

(1)常规带绝缘层的柔性导线没有弹性，较难跟弹性面料复合；

(2)带有弹性的导线外部没有绝缘层或信号屏蔽层保护，导致监测信号噪音大，基线漂移现象严重；

(3)导线在电子服装内的位置和面料的空间关系不稳定，相互活动的概率大，造成信号不稳定。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种弹性导电的衣用复合膜。本实用新型弹性导电复合膜，能够改善可穿戴系统的电路排版的灵活性、可穿戴系统设计的多样性、信号监测系统的硬件可靠性和生理信号采集监测的稳定性，为轻便柔性的可穿戴监测系统提供有效的硬件保障。

本实用新型的技术方案如下：

一种弹性导电的衣用复合膜，该复合膜由高熔点的弹性聚氨酯层(1)、导线层(2)、低熔点的热塑性聚氨酯层(3)和衣用面料层(4)顺次叠加而成；

所述导线层(2)由蛇形弯曲的导线组成，导线带有绝缘或屏蔽层外皮；

所述复合膜利用热压原理，通过低熔点的热塑性聚氨酯层(3)将高熔点的弹性聚氨酯层(1)、导线层(2)和衣用面料层(4)粘接在一起。

所述高熔点的弹性聚氨酯层(1)的厚度为0.5～3mm。

所述导线层(2)的导线直径为0.2～1.5mm。

所述低熔点的热塑性聚氨酯层(3)的厚度为1～3mm。

所述衣用面料层(4)为弹性面料层。

所述高熔点的弹性聚氨酯层(1)所用聚氨酯为聚氨基甲酸酯类，通过软段与硬段相结合，分子量在5000～50000g/mol之间，熔点范围为100～140℃。

所述导线层(2)的导线为皮芯结构，芯为金属丝、碳纤维、金属涂层纤维或导电高分子纤维，皮为聚氯乙烯、聚烯烃、氟塑料、聚全氟乙丙稀、聚苯乙烯或聚酯制成的绝缘或屏蔽层；所述导线的芯占整体导线体积的80％左右。

所述低熔点的热塑性聚氨酯层(3)中热塑性聚氨酯的数均分子量3000～10000g/mol，通过芳族聚异氰酸酯与聚酯二醇以NCO:OH之比为0.7～0.9:1制备而成。

将低熔点的热塑性聚氨酯层(3)置于衣用面料层(4)之上，将带绝缘/屏蔽层外皮的导线以蛇形弯曲的形态放置形成的导线层(2)置于低熔点的热塑性聚氨酯层(3)上，然后导线层(2)上放置高熔点的弹性聚氨酯层(1)，利用热压原理将一定压力的加热块沿着蛇形弯曲的导线方向热压复合膜，使得低熔点的热塑性聚氨酯层(3)融化黏合，熔融态热塑性聚氨酯一边深入面料孔隙使得复合膜与面料固定，另一边粘合蛇形导线到高熔点的弹性聚氨酯层(1)上，冷却固化后，高熔点的弹性聚氨酯层(1)/导线层(2)/衣用面料层(4)粘结到一起，形成面料导电膜一体的结构材料。

本实用新型有益的技术效果在于：

本实用新型与现有的弹性导电复合纱或弯曲导线在电子服装内的使用相比，引入弹性聚氨酯膜固定弯曲的导线在弹性衣用面料上，可以有效的解决了当下电子服装发展的瓶颈，既使用了传统导电性能和屏蔽效果都良好的导线，又巧妙地设计和固定了导线弹性拉伸的结构，使得导电弹性复合膜的变形行为与贴合的服装面料变形一致，两者弹性回复能力和速率一致，最终增强了电子服装采集信号传递的稳定性。

本实用新型复合膜的弹性应变范围为1％～100％，弹性回复率98％以上；复合膜在导线方向上的电阻小于1Ω/cm，复合膜使用时，抗撕裂强度大于100N。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型结构形成原理图；

其中：1、高熔点的弹性聚氨酯层；2、导线层；3、低熔点的热塑性聚氨酯层；4、衣用面料层。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进行具体描述。

如图1所示，一种弹性导电的衣用复合膜，该复合膜由高熔点的弹性聚氨酯层1、导线层2、低熔点的热塑性聚氨酯层3和衣用面料层4顺次叠加而成；

所述导线层2由蛇形弯曲的导线组成，导线带有绝缘或屏蔽层外皮；

所述复合膜利用热压原理，通过低熔点的热塑性聚氨酯层(3)将高熔点的弹性聚氨酯层1、导线层2和衣用面料层4粘接在一起。

所述高熔点的弹性聚氨酯层1的厚度为0.5～3mm。

所述导线层2的导线直径为0.2～1.5mm。

所述低熔点的热塑性聚氨酯层3的厚度为1～3mm。

所述衣用面料层4为弹性面料层。

所述高熔点的弹性聚氨酯层1所用聚氨酯为聚氨基甲酸酯类，通过软段与硬段相结合，分子量在5000～50000g/mol之间，熔点范围为100～140℃。

所述导线层2的导线为皮芯结构，芯为金属丝、碳纤维、金属涂层纤维或导电高分子纤维，皮为聚氯乙烯、聚烯烃、氟塑料、聚全氟乙丙稀、聚苯乙烯或聚酯制成的绝缘或屏蔽层；所述导线的芯占整体导线体积的80％左右。

所述低熔点的热塑性聚氨酯层3中热塑性聚氨酯的数均分子量3000～10000g/mol，通过芳族聚异氰酸酯与聚酯二醇以NCO:OH之比为0.7～0.9:1制备而成。

将低熔点的热塑性聚氨酯层3置于衣用面料层4之上，将带绝缘/屏蔽层外皮的导线以蛇形弯曲的形态放置形成的导线层2置于低熔点的热塑性聚氨酯层3上，然后导线层2上放置高熔点的弹性聚氨酯层1，利用热压原理将一定压力的加热块沿着蛇形弯曲的导线方向热压多层膜结构，使得低熔点的热塑性聚氨酯层3融化黏合，熔融态热塑性聚氨酯一边深入面料孔隙使得多层膜结构与面料固定，另一边粘合蛇形导线到高熔点的弹性聚氨酯层1上，冷却固化后，高熔点的弹性聚氨酯层1/导线层2/衣用面料层4粘结到一起，形成面料导电膜一体的复合膜材料。

使用时，将该复合膜一端连接生理信号采集的传感器，通过钮扣固定导线和传感器，复合膜的另一端与监测装置的输入口相连，通过焊接或钉扣的方式结合，复合膜本体与可穿戴载体面料松弛状态的长度相一致，即复合膜是沿着面料的方向铺展，利用热压模块将面料和复合膜热压粘合固定在一起。当面料伸长时，复合膜(含导线)与面料伸长应变率一致，不会影响导线传输采集信号的稳定性。

实施例1

参照图1，一种弹性导电的衣用复合膜，该复合膜由高熔点的弹性聚氨酯层1、导线层2、低熔点的热塑性聚氨酯层3和衣用面料层4顺次叠加而成；

所述导线层2由蛇形弯曲的导线组成，导线带有PVC绝缘层，芯为直径为1mm的铜丝；

所述复合膜利用热压原理，通过低熔点的热塑性聚氨酯层3将高熔点的弹性聚氨酯层1、导线层2和衣用面料层4粘接在一起；

所述高熔点的弹性聚氨酯层1的厚度为2mm，所用聚氨酯的数均分子量为10000g/mol，弹性伸长可达原长的5倍；

所述低熔点的热塑性聚氨酯层3中热塑性聚氨酯的数均分子量5000g/mol，通过芳族聚异氰酸酯与聚酯二醇以NCO:OH之比为0.7:1制备而成，厚度为2mm；

所述衣用面料层4为氨纶含量5％的锦纶复合长丝(60dtex)纬平针面料(50g/m²)，厚度为0.7mm，该面料的应变率50％时，弹性回复率98％以上。

所述复合膜各层的拉伸应变的变化率一致，变化速率也一致，不会出现层间分离的现象。

经测试，本实施例制得复合膜的拉伸断裂伸长率为150％。

以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型的规格并不局限于具体实施方式中提到的标准规格，也有适用于其它需求的规格。本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。