KR101885130B1 - Method for Manufacturing Sensor Fiber for Strain Gage - Google Patents
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- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
Abstract
Description
본 발명은 스트레인 게이지(Strain gauge)의 특성인 기계적인 미세한 변화(Strain)를 전기적 신호로 검출하는 센서(Sensor)기능을 발현하는 센서섬유를 제조하는 방법으로서, 섬유의 구성을 신축성이 우수한 스판덱스(Spandex)를 심사(Core)로 사용하고 스트레인 변형율에 따라 전기저항이 변화되는 전도성 물질이 함유된 전도성 원사를 제1차 커버링사로 하며 일반 섬유사를 제2차 커버링사로 하여 스트레인 게이지 특성이 발현되는 센서섬유의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a sensor fiber that exhibits a sensor function for detecting a mechanical fine strain, which is a characteristic of a strain gauge, by an electrical signal. The composition of the fiber is composed of a spandex Spandex is used as a core and conductive yarn containing conductive material whose electrical resistance changes according to strain strain is regarded as a first covering yarn and a general fiber yarn is used as a second covering yarn to produce a strain gauge characteristic sensor And a method for producing the fiber.
전도성 섬유소재를 제조하는 방법은 크게 7가지 정도로 구분된다.There are roughly 7 different methods of manufacturing conductive fiber materials.
첫번째로 스테인리스 스틸(Stainless steel), 구리(Copper), 니켈(Nickel) 등과 같은 순수 금속 또는 합금을 연신시켜 아주 가느다란 섬유형태의 금속으로 뽑아내어 이를 일반 섬유와 혼합하여 혼방 방식으로 전도성 원사를 제조하는 방적사 제조방식의 전도성 섬유소재이다.First, pure metals or alloys such as stainless steel, copper, nickel and the like are stretched and drawn into a very thin fiber type metal and mixed with ordinary fibers to produce conductive yarn by blending method Is a conductive fiber material of a spinning yarn manufacturing method.
둘째, 금속 와이어를 원사의 중심에 위치하고 외곽에 다양한 색상의 섬유 원사를 감아 섬유 원사와 같은 상태의 전도성 섬유소재를 제조하는 합연 또는 커버링(Covering)방식으로 제조하는 전도성 섬유소재가 있다.Second, there is a conductive fiber material which is manufactured by a jointing method or a covering method in which a metal wire is placed in the center of a yarn and a fiber yarn of various colors is wound around the outer side to produce a conductive fiber material in the same condition as a fiber yarn.
세 번째로 일반 섬유원사에 금속을 코팅하는 방식으로 습식공정인 무전해도금법(Electroless plating)이 있다. 이는 섬유표면에 금속 핵을 부착 고정시킨 후 코팅하고자하는 금속염 용액에 침지한 후 섬유표면에 부착 고정된 금속 핵을 중심으로 금속염의 환원이 유도되어 금속 박막이 형성되는 공정이다. 무전해도금법에 의한 전도성섬유소재 제조공정의 장점은 습식공정이기 때문에 용액 흡수율이 매우 큰 섬유에 적용할 경우 섬유의 표면뿐만 아니라 내부까지 금속이 침투하여 코팅이 될 수가 있어 원사뿐만 아니라 직조된 원단까지도 적용할 수 있다. 반면 초기에 사용되는 금속 핵의 종류가 대부분 고가의 금속이므로 비용이 많이 들고 제조공정이 복잡하다는 점과 친환경적 공법이 아니라는 점이 단점이 있다.Thirdly, there is electroless plating which is a wet process in which metal is coated on a plain fiber yarn. This is a process in which a metal nucleus is adhered and fixed on a surface of a fiber, and then a metal thin film is formed by dipping the metal in a metal salt solution to be coated and then reducing the metal salt around the metal nucleus fixed on the surface of the fiber. The advantage of the electroless plating process is that it is a wet process. Therefore, when applied to a fiber having a very high water absorption rate, the metal can penetrate not only the surface but also the inside of the fiber, Can be applied. On the other hand, most of the metal nuclei used at the early stage are expensive metals, which is expensive, complicated in the manufacturing process, and is not environmentally friendly.
넷째, 일반 섬유원사에 금속을 코팅하는 방식인 건식공정인 진공증착법(Vacuum plating)이 있다. 이 방법은 진공 챔버(Chamber) 내 금속모제를 놓고 높은 에너지를 공급하여 증기화시킨 후 증기화된 금속을 섬유원사의 표면에 증착시켜 코팅시키는 방법이다. 순도가 매우 높은 금속을 균일하게 섬유의 표면에 코팅할 수 있는 장점은 있으나 증기화된 금속 모재의 70%이상이 손실된다는 점과 진공유지에 필요한 챔버로 인해 초기시설비용이 매우 높고, 습식공정과 다르게 섬유표면에만 코팅이 가능하여 구겨짐, 꺾임 등과 같은 외력에 의한 코팅된 금속막의 기계적 내구성이 약하다는 단점이 존재한다.Fourth, there is Vacuum plating, which is a dry process which is a method of coating a metal fiber on a plain fiber yarn. This method is a method of depositing a vapor of a metal on a surface of a fiber yarn by placing a metal powder in a vacuum chamber and supplying it with high energy to vaporize it. Although it has the advantage of coating the highly pure metal on the surface of the fiber uniformly, the loss of more than 70% of the vaporized metal base material and the chamber required for vacuum maintenance make the initial facility cost very high, It is possible to coat only the fiber surface differently, and there is a disadvantage that the mechanical durability of the coated metal film due to external force such as wrinkling and bending is weak.
다섯째, 금속사를 일반 원사를 중심으로 외곽에 전기전도성이 좋은 구리, 은, 금 등의 금속포일(Foil)로 감싸는 방식으로 전도성 섬유소재를 만드는 방법이 있다. 금속포일로 제조된 전도성 섬유소재는 섬유원사 표면에 금속포일을 비교적 촘촘하게 감싸게 되므로 전기 전도성은 매우 좋으나 부드러운 특성보다는 금속특성의 뻣뻣한 특성으로 인해 활용분야가 다양하지 않고 외력에 의한 내구성 문제가 존재한다.Fifth, there is a method of making a conductive fiber material by wrapping a metal yarn with a metal foil such as copper, silver, gold, etc., which has good electric conductivity, around an ordinary yarn. The conductive fiber material made of the metal foil has a relatively high electrical conductivity because the metal foil is wrapped tightly on the surface of the fiber yarn. However, due to the stiffness characteristic of the metal characteristic rather than the soft characteristic, there is a problem in durability due to external force.
여섯째, 전도성 고분자가 코팅된 구조의 전도성 섬유소재이다. 이는 섬유소재에 전도성을 지닌 고분자를 코팅하는 방법을 적용하므로 섬유소재 표면에 부착성이 매우 좋고 외력에 의한 기계적 내구성과 세탁 내구성도 매우 우수하나 복잡한 공정이 필요하다는 점과 태양광 및 외부에너지의 노출로 인한 고분자 경화 등의 내구성 저하가 일어난다는 것이 단점이다.Sixth, it is a conductive fiber material with a conductive polymer coating structure. This is because the method of coating the conductive polymer with the fiber material is very good because it adheres very well to the surface of the fiber material and the mechanical durability and the durability due to the external force are very excellent. However, the complicated process is required and the exposure of the sunlight and external energy It is disadvantageous that the durability such as polymer hardening is caused due to the increase of the temperature.
일곱째, 고분자섬유사로 구성된 전도성 섬유소재이다. 전도성 고분자기술로 만들어진 고분자 원료소재를 전기방사(Electro-spinning) 공정에 적용하여 전도성 고분자 섬유원사를 방사하는 섬유소재이다. 이때 전도성 고분자 원료소재에 다양한 전도성 필러(Filler) 등을 혼합하여 전도성소재의 전도성을 향상시킬 수가 있다. 해당공정에 의해 제조되는 전도성 섬유소재의 기계적 내구성 및 세탁성이 매우 우수한 반면 전도성고분자의 가격이 매우 비싸서 상용화에 어려움이 있으며 외부 환경에 대한 내구성이 좋지 않다는 것이 단점이다.Seventh, it is a conductive fiber material composed of polymer fiber yarn. It is a fiber material that radiates conductive polymer fiber yarn by applying a polymer raw material made of conductive polymer technology to Electro-spinning process. At this time, various conductive fillers and the like may be mixed with the conductive polymer raw material to improve the conductivity of the conductive material. The conductive fiber material produced by the process has excellent mechanical durability and washability, while the conductive polymer is very expensive, which makes it difficult to commercialize and the durability against the external environment is poor.
그러나 상기와 같은 전도성 섬유소재의 경우 기존 제조환경에서 벗어난 특수한 조건에서 제조하는 공정이므로 다양한 웨어러블 스마트의류 제조를 위한 소재적용에는 한계가 있다.However, in the case of the conductive fiber material as described above, since it is a process of manufacturing under a special condition deviating from the existing manufacturing environment, application of materials for manufacturing various wearable smart clothes is limited.
종래의 신축성을 갖는 도전성 합연사 제조방법은 대한민국등록특허공보 제10-1439379호에 개시된 바와 같이 도전성 및 항균성을 유지하면서 신축될 때 금속사의 변형 및 단선을 방지할 수 있는 신축성을 갖는 도전성 합연사 및 그 제조방법을 제공하면서 신축성 원단의 고신축시에도 금속사의 단선 및 변형을 방지할 수 있어 다양한 신축성 원단의 제직 및 편직이 가능하여 사용 가능한 원단의 범위를 넓힐 수 있는 신축성을 갖는 도전성 합연사 및 그 제조방법을 제공하고 있다.Conventional conductive composite yarn manufacturing methods having stretchability include a conductive composite twist yarn having elasticity capable of preventing deformation and disconnection of metal yarns when stretching and shrinking while maintaining conductivity and antibacterial property as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1439379 A conductive composite yarn having elasticity capable of widening the range of usable fabrics by being able to prevent the disconnection and deformation of the metal yarn even when the stretchable fabric is stretched or shrunk while providing the manufacturing method thereof, Thereby providing a manufacturing method.
하지만, 상기 도전성 합연사 제조방법은 신축성과 금속사의 단선을 방지하는 기능을 부여하지만 웨어러블 스마트의류 사용 중 외부의 마찰 등에 의해 단선이 발생할 우려가 있으며 패션제품으로서 색상을 부여하는데 어려운 문제를 안고 있다.However, although the conductive composite yarn manufacturing method has a function of preventing stretchability and disconnection of the metal yarn, there is a possibility that disconnection may occur due to external friction during use of the wearable smart clothing, and it is difficult to give a color as a fashion product.
상기 전도성물질로 사용하는 금속선은 0.025~2.0mm 사이의 아주 가는 금속 와이어로 구성되었으며 강도는 상대적으로 높으나 신도는 아주 낮아서 제조공정 중 마찰이나 장력으로 인한 절단이 일어나기 쉬운 재료이며, 탄소섬유 또한 비교적 굵은 섬유이나 제조공정 중 마찰에 아주 민감하여 분섬(Fibrillation) 현상이 발생하기 쉬운 섬유이다.The metal wire used as the conductive material is composed of a very thin metal wire between 0.025 and 2.0 mm. The strength is relatively high but the elongation is very low, so that it is likely to be cut due to friction or tension during the manufacturing process. The carbon fiber is also relatively thick It is a fiber which is very sensitive to the friction during the fiber or the manufacturing process and prone to fibrillation phenomenon.
또한, 상기 제조방법은 1차, 2차 합연방식이므로 최소 2번 이상의 배치식(Batch-type) 공정을 수행해야하는 공정이므로, 금속사가 사도(Yarn guide)를 지나가는 공정이 많기 때문에 마찰이나 장력으로 인한 단선 또는 분섬현상이 발생할 확률이 매우 높은 문제점이 있다.In addition, since the manufacturing method is a first-order and second-order merging method, it is necessary to perform at least two batch-type processes, and therefore, there are many processes in which a metal yarn passes through a yarn guide. There is a problem that the probability of occurrence of disconnection or splitting phenomenon is very high.
따라서 금속사나 탄소섬유를 이용한 합연이나 커버링방식을 이용하여 전도성 원사를 제조하는 공정에서는 공정수와 사도 접촉수를 가능한 최소화할 필요성이 요구되고 있고, 또한 스트레인 게이지용 센서섬유를 제조하기 위해서는 전기저항이 10~500Ω/㎝ 사이의 전도성원사를 사용하는 것이 요구된다.Therefore, in the process of producing conductive yarn using a joint method using a metal or carbon fiber or a covering method, it is required to minimize the number of process water and the number of apodization contacts. In order to manufacture a sensor fiber for a strain gauge, It is required to use conduction charges between 10 and 500? / Cm.
따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점인 마찰이나 장력으로 인한 단선 또는 분섬현상의 발생을 최소화하기 위하여 신축성이 우수한 고무사의 외곽에 전도성 금속사나 탄소섬유를 감싸고 난 후 그 외곽층에 일반 섬유사를 감쌈으로서 외부환경의 마찰 등으로 인한 전도성 금속사나 탄소섬유의 단선을 방지하고, 연속적으로 전도성 커버링사를 제조할 수 있어서 스트레인 게이지용 센서섬유의 품질향상, 생산수율 향상, 제품의 제조원가를 낮추는 한편, 패션제품에 필요한 신축 특성과 색상부여가 가능한 염색이 가능한 소재를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.Accordingly, in order to minimize the occurrence of disconnection or splitting due to friction or tensile force, which is a problem of the prior art, the present invention is characterized in that a conductive metal or carbon fiber is wrapped around a rubber yarn excellent in elasticity, It is possible to prevent the disconnection of the conductive metal or carbon fiber due to the friction of the external environment and to continuously produce the conductive covering yarn, thereby improving the quality of the sensor fiber for the strain gauge, improving the production yield, It is a technical object to provide a dyeable material which can be stretched and color imparted to a fashion product.
그러므로 본 발명에 의하면, 커버링사의 제조방법에 있어서,Therefore, according to the present invention, in the method for producing the covering yarn,
코어사인 스판덱스사를 연신하면서 공급하고 상기 코어사의 외부를 은코팅사, 스테인리스 스틸사, 탄소섬유를 제1압박사로 제1차 커버링한 후, 일반 섬유사를 제2압박사로 제2차 커버링한 다음, 스팀세트(Steam set)에서 80~85℃에서 열과 스팀으로 셋팅하는 스트레인 게이지용 센서섬유의 제조방법이 제공된다.The core yarn spandex yarn is supplied while being stretched, the outside of the core yarn is first covered with silver coating yarn, stainless steel yarn, and carbon fiber with a first pressing yarn, followed by second covering with a second pressing yarn A method of manufacturing sensor fibers for strain gauges is provided that sets heat and steam at 80 to 85 ° C in a steam set.
이하, 본 발명을 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Fig.
도 1에는 본 발명의 스트레인 게이지용 센서섬유를 제조하는 공정이 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 schematically shows a process for producing a sensor fiber for a strain gauge according to the present invention.
본 발명은 심사(Core)로 사용되는 스판덱스사를 중심으로 외층면을 따라 은코팅사, 스테인리스 스틸사, 탄소섬유 중 어느 하나인 제1압박사를 나선형태로 제1차 커버링을 하고, 일반 섬유사인 제2압박사를 이용하여 제1차 커버링의 반대방향으로 제2차 커버링하여 스트레인 게이지용 센서섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.In the present invention, the first pressing yarn, which is any one of silver coated yarn, stainless steel yarn, and carbon fiber, is firstly spirally wound around the outer layer surface of the spandex yarn used as a core, And a method for manufacturing a sensor fiber for a strain gauge by covering the second cover in a direction opposite to the first covering.
코어사는 스판덱스사를 사용하여 커버링사 전체로서 신축성을 부여하게 되는데, 공급시 연신하면서 상기 코어사의 외부를 은코팅사, 스테인리스 스틸사, 탄소섬유 중 어느 하나인 제1압박사로 제1차 커버링한다.The core yarn is firstly covered with a first pressing yarn which is one of a silver coating yarn, a stainless steel yarn, and a carbon fiber while the outside of the core yarn is stretched while being stretched when supplied.
상기 코어사는 통상 150%~700%의 신도를 갖는 스판덱스사를 사용하기 때문에상기 코어사 공급시 연신비를 1.5~4.5배, 바람직하게는 2.5~3.5배로 조정하여 사용하는 것이 중요한데, 코어사의 연신비가 1.5배 미만이면 코어사사인 스판덱스의 불균일성이 잔존하여 제1차 커버링사의 커버링 주기가 불균일한 상태가 나타나서 센서섬유의 특성인 정교성이 떨어지는 경향이 나타나고, 코어사의 연신비가 4.5배 초과 시에는 센서섬유 완성시 제1차 커버링사의 커버링 주기가 너무 가까이 근접하여 센서섬유의 불량이 발생할 확률이 높아지기 때문이다.Since the core yarn usually uses a spandex yarn having an elongation of 150% to 700%, it is important to adjust the stretching ratio to 1.5 to 4.5 times, preferably 2.5 to 3.5 times when the core yarn is fed. If the stretching ratio of the core yarn is 1.5 , The non-uniformity of the core yarn spandex remains, and the covering cycle of the first covering yarn is uneven, so that the elaborateness characteristic of the sensor fiber tends to be lowered. When the stretching ratio of the core yarn is 4.5 times or more, This is because the covering cycle of the first covering yarn comes too close and the probability of failure of the sensor fiber increases.
또한, 심사로 사용하는 탄성사의 공급(Feeding) 방식을 보빈(Bobbin) 형태 그대로 사용하게 되면 원사가 풀리면서 1회전에 1꼬임씩 꼬임이 가해지게 된다.In addition, if the feeding method of the elastic yarn used in the examination is used in the form of a bobbin, the yarn is unwound and twisted by one twist per rotation.
즉, 원사가 원하지 않는 방향으로 꼬임이 주어지게 되어 결과적으로 완성된 원사에 토크(Torque)가 발생하게 되며, 따라서 완성된 커버링사에서 자연 상태에서 스날(Snarl) 현상이 발생하게 되어 이후 공정에 심각한 문제점을 발생시키게 된다.That is, the yarn is twisted in an undesired direction, and as a result, a torque is generated in the finished yarn, so that the finished covering yarn causes a snarl phenomenon in a natural state, Causing a problem.
이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 탄성사의 공급방식을 보빈 공급방식이 아닌 구동롤러를 통한 일정한 공급방식으로 함으로써 전도성 원사인 제1압박사의 탄성비율 조절과 마찰을 낮출 수 있는 효과가 발현될 수 있는 방법을 제시하였다.In order to prevent this, in the present invention, a method of supplying the elastic yarn to the first pressing yarn as the conductive yarn by controlling the feeding method of the elastic yarn through the driving roller instead of the bobbin feeding method may be used to control the elastic ratio and lower the friction. Respectively.
상기 제1차 커버링사는 스트레인 게이지의 특성발현이 우수한 실버페이스트(Silver paste)가 부착된 은코팅사, 스테인리스 스틸사, 탄소섬유 중 어느 하나를 사용한다.The first covering covering yarns may be any of silver coated yarn, stainless steel yarn, and carbon fiber with silver paste having excellent characteristics of strain gauge.
상기 제1커버링 후 일반 섬유사를 제2압박사로 커버링하되 제1압박사의 반대방향으로 제2차 커버링하는데, 상기 제2압박사는 심사에 스프링(Spring) 형태로 감겨진 제1압박사를 고정시켜 주는 작용을 하는 것으로서 탄성 5~10%인 천연섬유나 합섬섬유인 일반 섬유사를 사용한다.After the first covering, the normal fiber yarn is covered with the second pressing yarn, and the second pressing yarn is secondarily covered in the direction opposite to the first pressing yarn. The second pressing yarn fixes the first pressing yarn wound in the form of spring in the examination It is a natural fiber with 5 ~ 10% elasticity or synthetic fiber which is synthetic fiber.
그리고 상기 제2차 커버링에 의해 전도성 원사인 제1압박사의 마찰 내구력을 보강하고 색상의 부여를 할 수 있으며, 도 2 및 도 4와 같이 제1차 및 제2차 커버링사의 색상을 달리하여 섬유의 색상을 여러 가지로 연출할 수도 있다.As shown in FIGS. 2 and 4, the color of the first and second covering yarns may be different from that of the first and second covering yarns to enhance the frictional endurance of the first pressing yarn, You can also create a variety of colors.
상기 제1커버링 및 제2커버링은 각각의 커버링용 보빈을 연속적으로 구성하여 연속적으로 커버링하도록 한다.The first cover ring and the second cover ring continuously cover the respective covering bobbins to cover the bobbins continuously.
본 발명에서 상기 제1차 커버링의 꼬임수는 450~650tpm, 상기 제2차 커버링의 꼬임수는 400~500tpm인 것이 바람직한데, 코어사인 스판덱스사의 중심축을 따라 스프링구조를 갖게 된다. 이는 적은 꼬임수이지만 커버링이 완료되어 권취가 되면서 원사가 수축되어 적은 꼬임으로도 2배 이상의 꼬임 효과를 갖게 되기 때문에 연사 공정 중에 굳이 많은 꼬임을 주지 않아도 된다.In the present invention, it is preferable that the twist number of the first cover ring is 450 to 650 tpm and the twist number of the second cover ring is 400 to 500 tpm, and the spring structure is formed along the central axis of the core spandex. This is a small number of twists, but since the covering is completed, the yarn is shrunk as the winding is completed, and even if the twist is small, the twist is more than 2 times.
또한, 상기 각각의 커버링공정 시 각 사의 장력이 중요한데, 제2차 커버링시 제2압박사의 장력은 2.0~3.5gf인 것이 원사의 형태 안정적 측면에서 바람직하다. 제2압박사는 탄성이 적으므로 장력을 비교적 많게 주는 것이 원사 구조의 횡압에 따른 형태안정성 유지에 바람직하다.In addition, the tension of each yarn is important in the respective covering processes, and the tension of the second pressing yarn in the second covering is preferably 2.0 to 3.5 gf in view of the morphological stability of the yarn. Since the second pressing yarn has low elasticity, it is preferable to provide a relatively large tensile force to maintain the shape stability according to the lateral pressure of the yarn structure.
이때, 제1차, 제2차 커버링 시 꼬임방향이 같을 경우 원사의 뒤틀림 현상이 발생되기 때문에 제1차 꼬임이 Z방향이면 제2차 꼬임은 S방향으로 꼬임을 주고, 이때 제2차 꼬임수는 제1차 꼬임수의 10~20%정도 적게 주는 것이 바람직하다.At this time, when the first and second coverings have the same twist direction, warping of the yarn occurs. Therefore, if the first twist is in the Z direction, the second twist gives a twist in the S direction, Is preferably 10 to 20% less than the first twist number.
이후 스팀세트(Steam set)에서 80~85℃에서 열셋팅하여 커버링을 안정화한다.After that, set the steam at 80 ~ 85 ℃ in the steam set to stabilize the covering.
본 발명에 의한 스트레인 게이지용 센서섬유는 신축력이 좋은 심사의 외주면에 코일스프링이 감겨진 상태와 같이 유지하고 있다가 커버링사에 장력이 걸리면 심사가 늘어남에 따라 코일처럼 감겨진 제1압박사가 늘어남으로써 전도성사의 절사가 발생하지 않는 구조이다.The sensor fiber for a strain gauge according to the present invention maintains the coil spring in a state where the coil spring is wound on the outer circumferential surface of a good stretching force. When the tension is applied to the covering ring, the first pressing yarn wound like a coil is stretched It is a structure that does not cause cutting of conductive yarn.
또한, 압사로 감겨진 제2압박사는 전도성사를 감싸고 있어서 심사와 제1압박사의 포합력을 주는 역할과 외부의 마찰이나 충격으로부터 보호하고, 패션상품으로 전개 시 색사를 사용하여 제조하든지, 추가 염색공정을 통하여 색상을 부여할 수가 있다.In addition, the second presser wrapped in a rolled-up envelope surrounds the rolled-up roll to protect the rollers from external friction or impact, to provide a binding force of the first presser, Color can be imparted through the process.
이처럼 한 번의 커버링 공정으로 스트레인 게이지용 센서섬유를 간편하게 제조함으로써 저원가 구조로 다방면의 운동량 측정 및 자세교정용 웨어러블 스마트의류 전개가 가능하다.The sensor fiber for strain gauges can be manufactured easily with a single covering process, so that it is possible to measure wear of multi-directional momentum and develop wearable smart clothing for posture correction with low cost structure.
따라서 본 발명에 따르면, 전도성사의 단선을 방지하면서도 스트레인 게이지용 센서 특성을 발현하여 다양한 운동량 측정 및 자세교정용 웨어러블 스마트의류 제조가 가능한 직물 및 편물과 혼용이 가능한 센서섬유를 제공할 수 있으며, 현존하는 다양한 전자센서를 사용하지 않고도 길이방향 인장 또는 압축 시 미세한 전기저항 변화를 쉽게 측정할 수 있어서 웨어러블 스마트 의류에 적합한 센서소재 공급이 가능하게 된다.Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a sensor fiber capable of measuring a variety of momentum and developing a wearable smart garment for attitude correction, which can exhibit sensor characteristics for strain gauges while preventing disconnection of conductive yarns and can be mixed with fabrics and knitted fabrics. It is possible to easily measure minute changes in electric resistance during longitudinal tensile or compression without using various electronic sensors, and it becomes possible to supply sensor material suitable for wearable smart clothes.
또한, 기존의 스트레인 게이지용 전자센서를 사용할 때에는 전자센서와 배선용 전기전도성 원사의 2가지를 사용하고 상기 소자와 소재 2가지를 연결하는 인터커넥션 기술이 별도로 필요하였으나, 본 발명에서는 이를 한 번의 작업공정으로 단축할 수 있고 웨어러블 스마트 의류 사용시 인터커넥션 부근에서 단선이 발생하는 문제를 감소시킬 수 있다.Further, when using the conventional strain gage electronic sensor, two kinds of electronic sensors and electrically conductive yarns for wiring are used, and an interconnection technology for connecting the two elements to each other is separately required. In the present invention, however, And it is possible to reduce the problem of disconnection near the interconnection when using wearable smart clothes.
도 1은 본 발명의 스트레인 게이지용 센서섬유를 제조하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 스트레인 게이지용 센서섬유의 측면 확대사진이다.
도 3은 본 발명의 은도금원사를 사용한 스트레인 게이지용 센서섬유의 신장율에 따른 저항변화를 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명에서 제시한 스트레인 게이지용 센서섬유 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram for producing a sensor fiber for a strain gauge according to the present invention. FIG.
2 is an enlarged side view of the sensor fiber for a strain gauge according to the present invention.
3 is a graph showing a change in resistance of a sensor fiber for a strain gauge using the silver plated yarn according to the present invention.
4 is a photograph of a sensor fiber for a strain gauge according to the present invention.
다음의 실시예에서는 본 발명의 신축성이 우수한 전도성 커버링사를 제조하는 방법의 비한정적인 예시를 하고 있다.The following examples illustrate non-limiting examples of methods for making the conductive covering yarns of the present invention having excellent stretchability.
<실시예 1>≪ Example 1 >
스핀들직경 Φ21mm, 스핀들피치 230mm, 커버링 범위가 250~3,400tpm, 속도범위 150~16,000rpm의 제원을 갖는 더블커버링기(일신기계; IS-5)에 제2의 커버링스핀들과 보빈을 장착하여 제2차 커버링작업을 가능하게 하여 사용하였다. 평균 섬도가 840데니어(denier)인 폴리우레탄 원사(태광산업)를 심사로 사용하고 연신비 300%로 연신하면서 공급하였다.A second covering spindle and a bobbin were attached to a double covering machine (IS-5 machine) having a spindle diameter of? 21 mm, a spindle pitch of 230 mm, a covering range of 250 to 3,400 tpm and a speed range of 150 to 16,000 rpm And used to enable car covering work. Polyurethane yarn (Tae Kwang Industry) having an average fineness of 840 denier was used for examination and was supplied while stretching to a stretching ratio of 300%.
이때 장력은 3.5gf을 부하가 걸리도록 유지하였다. 제1압박사로 사용하는 사는 지름이 70데니어 나이론 소재에 실버페이스트가 코팅된 원사 1가닥을 사용하였다. 이때 무장력 상태를 유지하였으며 꼬임수는 650tpm을 주었다.At this time, the tension was kept to be 3.5 gf. As the first pressing yarn, a yarn having a diameter of 70 denier nylon coated with a silver paste was used. At this time, the tension was maintained and the number of twists was 650 tpm.
제2압박사로 사용하는 압사는 일반 PET 150denier DTY를 1가닥을 사용하였다. 이때 제2커버링 장력은 2.5gf를 부여하였으며 꼬임수는 500tpm을 주어서 원사의 외부마찰 내구성과 색상부여가 가능하게 하였다. 제1압박사의 절사를 방지하면서 커버링사의 스날(Snarl)이나 네프(Nep) 현상이 발생하지 않는 커버링연사기의 속도는 6,000rpm 으로 하였다.As the second presser, one strand of general PET 150 denier DTY was used. At this time, the second covering tension was given 2.5gf and the number of twists was 500tpm, which made it possible to impart durability and color to the outer friction of the yarn. The speed of the covering machine during which the first pressing yarn was prevented from being cut off while the nipping phenomenon of the covering yarn was not generated was 6,000 rpm.
<실시예 2>≪ Example 2 >
상기 실시예 1에서 심사는 동일한 폴리우레탄 840데니어 원사를 사용하고, 제1압박사로 탄소섬유(도레이사의 T300B타입의 1000-50B, 순중량 0.5kg, 길이 7,580meter)를 사용하였다.The same polyurethane 840 denier yarn was used for the examination in Example 1, and carbon fiber (T300B type 1000-50B by Doreya Co., Ltd., net weight 0.5 kg, length 7,580 meter) was used as the first pressing yarn.
이때의 꼬임수는 제1커버링 꼬임수는 600tpm, 제2커버링 꼬임수는 450tpm을 주었다. 커버링연사기의 속도는 5,000rpm 작업한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 커버링사를 제조하였다. 실시예 1 및 2에 의해 제조된 스트레인 게이지용 센서섬유의 물성비교는 하기 표 1과 같다.The number of kinks at this time was 600 tpm for the first coverring twist, and 450 tpm for the second coverring twist. A covering yarn was prepared in the same manner as in Example 1, except that the speed of the covering and twisting machine was changed to 5,000 rpm. The physical properties of the sensor fiber for strain gauges prepared in Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below.
본 발명의 스트레인게이지용 센서섬유는 길이방향의 신장 또는 압축에 따라 저항의 변화로 표현되고 이때의 측정단위는 옴/센티미터(Ω/㎝) 또는 옴/미터(Ω/m)를 사용한다.The sensor fiber for a strain gauge of the present invention is represented by a change in resistance according to elongation or compression in the longitudinal direction, and the unit of measurement at this time is ohm / centimeter (? / Cm) or ohm / meter (? / M).
압박사1st
Presser
압박사Second
Presser
꼬임수1st
Number of twists
꼬임수Second
Number of twists
속도Covering machine
speed
저항Electricity
resistance
상기 표 1에 나타나 바와 같이, 제1차 커버링사와 제2차 커버링사의 꼬임수, 연사속도를 달리하여 신도, 전기저항값을 조절할 수 있어서 이를 의류에 적용 시 용도에 맞는 스트레인 측정이 가능함을 알 수 있다.As shown in Table 1, the elongation and electrical resistance of the first and second coverings can be adjusted by varying the twist number and the twist rate of the first and second coverings. have.
도 3을 보면, 센서섬유의 초기 길이가 20.0㎝일 때는 초기 전기저항값이 662.0Ω이었으나 센서섬유 길이가 200% 신장된 40.0㎝ 상태에서는 전기저항값이 694Ω으로서 초기 전기저항값 대비 4.83% 증가하는 것으로 나타났다.3, when the initial length of the sensor fiber was 20.0 cm, the initial electrical resistance value was 662.0?, But when the sensor fiber length was 200% elongated, the electrical resistance value was 694 ?, which was 4.83% higher than the initial electrical resistance value Respectively.
또한, 신축성이 우수한 고무사의 외곽에 전도성 제1차 커버링사가 감싸고 그 외곽층에 일반 섬유사가 감싸는 구성이므로, 롤러 등에 의한 마찰이 제1차 커버링사에 직접 영향을 주는 것을 제2차 커버링사가 방지함으로써 전도성 제1차 커버링사의 단선이 억제되어 연속운전이 가능한 장점이 있다.Also, since the conductive first covering yarn is wrapped around the outer surface of the rubber yarn having excellent elasticity and the general fiber yarn is wrapped around the outer covering layer, the second covering yarn prevents the friction by the roller and the like directly affects the first covering yarn There is an advantage that disconnection of the conductive first covering yarn is suppressed and continuous operation can be performed.
Claims (6)
코어사인 스판덱스사를 연신비 1.5~4.5배로 연신하면서 공급하는 단계,
상기 코어사의 외부를 은코팅사, 스테인리스 스틸사, 탄소섬유 중 어느 하나의 전도성 원사를 제1압박사로 하여 제1차 커버링하는 단계,
상기 제1차 커버링사 외부를 일반 섬유사를 제2압박사로 하여 제1압박사의 꼬임방향과 반대방향으로 장력 2.0~3.5gf로 제2차 커버링하는 단계 및
상기 제2차 커버링사를 80~85℃의 열과 스팀압력으로 원사구조를 고정시키는 단계를 포함하며,
상기 제1압박사의 꼬임수는 450~650tpm이고, 상기 제2압박사의 꼬임수는 400~500tpm 범위에서 제1압박사의 꼬임수보다 10~20% 적은 스트레인 게이지용 센서섬유의 제조방법.A method of manufacturing a sensor fiber for a strain gage,
A step of supplying core-spun spandex yarn while being stretched at a draw ratio of 1.5 to 4.5,
Covering the outside of the core yarn with a conductive yarn of any one of a silver coating yarn, a stainless steel yarn, and a carbon fiber as a first pressing yarn,
Secondarily covering the outside of the first cover covering with a normal fiber yarn as a second pressing yarn in a direction opposite to the twisting direction of the first pressing yarn at a tension of 2.0 to 3.5 gf;
Fixing the yarn structure to the second covering yarn with heat and steam pressure of 80 to 85 DEG C,
Wherein the twist number of the first pressing yarn is 450 to 650 tpm and the twist number of the second pressing yarn is 10 to 20% less than the twist number of the first pressing yarn in the range of 400 to 500 tpm.
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