加捻是传统纺纱过程中的重要步骤，可以提高纱线内部纤维的抱合力、摩擦力，赋予其一定的力学性能。目前常见的加捻结构纱线包括螺旋结构和双螺旋结构。螺旋结构具有独特的物理和化学性质，与传统平面结构相比，具有更强的拉伸性能，将螺旋结构用于纱线，能够弥补当前智能可穿戴产品在力学性能尤其是弹性、拉伸应变范围方面的不足。

螺旋和超螺旋结构纱线

利用碳纳米管（CNT）薄膜的高柔性，研究人员等提出了一种弹簧状CNT纱线的可控制造方法。该纱线的弹簧状圆弧排列均匀，在微观条件下可以观察到纱线内部的CNT纤维束具有轻微取向性。在拉伸期间，由于“弹簧”的展开和拉直而表现出突出的高达285%的应变拉伸性，断裂韧性也高达28.7 J/g。更重要的是，这种CNT纱线的电导率在初始状态下接近440 S/cm，并且在重复加载循环之后没有下降。随后，研究团队修改了旋转策略，精确控制了环的位置和数量，成功制备了部分螺旋结构。与全螺旋结构相比，部分螺旋结构在高达25%的应变下表现出更好的弹性以及线性电阻－应变关系。

另一方面，研究人员等利用静电纺丝和喷涂的方式，制备了超高可伸缩导电螺旋纱。首先通过静电纺丝法制备PU纳米纤维，并将其收集在一个旋转的圆筒形接收器上。收集到的纳米纤维膜被切成条带状，随后将CNTs/乙醇悬浮液喷洒在条带上，喷涂后，将CNTs/PU纳米纤维复合条带扭曲成纱线，然后再进一步过度扭曲形成螺旋纱线。在软聚合物链、纳米纤维螺旋结构的协同作用下，CNTs/PU螺旋纱线打破了固有刚性对材料可弯曲性的限制，不仅表现出与直纱相似的高强度，而且表现出极高的拉伸能力，应变接近1900%，同时具有稳定的电导率和回复能力，在智能可穿戴纺织品、大应变传感器、软机器人等方面的竞争潜力巨大。

双螺旋结构纱线

受到DNA和双股线结构的启发，研究人员设计了一种具有DNA双螺旋结构的纱线，并在此基础上制备了具有超快响应和回复能力的弹性压阻传感器。为了使传感器在灵敏度、重复使用性、线性、弹性滞后性、响应时间等方面实现平衡，研究者从传感器底层结构进行设计，首先制备了核壳结构的导电纤维，随后利用加捻技术获得双螺旋结构纱线，通过对比加捻和不加捻两种纱线，发现双螺旋结构提升了材料的导电性、弹性滞后性等性能，同时还可以增加纱线的力学性能。最后采用针织形成完整的织物。该研究设计了自下而上的分层纺织结构，通过设计纤维、纱线、织物的几何结构，制备了高性能的压阻传感器。

另有研究人员采用环锭纺和摩擦纺丝技术，制备了一种具有新型分层结构的柔性、可拉伸、导电的双螺旋结构纱。为使纱线具有稳定的导电性，研究者将液态金属注入硅胶管中，随后其被进一步加捻形成双螺旋纱。然后，将加捻后的硅胶管作为芯纱放入商用摩擦纺纱机中，利用摩擦纺的方式将锦纶包裹在其外部，该方式可以大量生产连续纱线（超过600 m）。螺旋－核壳的特殊结构，使这种纱线具备良好的导电性、耐久性、透气性、稳定性，能够用于人体运动监测、能量采集等，该成果有助于促进纺织可穿戴设备在医疗保健、人工智能和软机器人等领域的快速应用。

更多内容，请关注《纺织导报》2024年第4期“纱线基智能可穿戴设备的几何结构设计研究进展”一文。