Analysis of the Necessary Mechanical Properties of Embroiderable Conductive Yarns for Measuring Pressure and Stretch Textile Sensor Electrodes

생체 신호 측정 압력 및 인장 직물 센서 전극용 자수가 가능한 전도사의 필요 물성 분석

In this study, we investigated the necessary mechanical properties of conductive multifilament yarns for fabricating the electrodes of biosignal measurement pressure and stretch textile sensors using embroidery. When electrodes and circuits for smart wearable products are produced through the embroidery process using conductive multifilament yarns, unnecessary material loss is minimized, and complex electrode shapes or circuit designs can be produced without additional processes using a computer embroidering machine. However, because ordinary missionary threads cannot overcome the stress in the embroidery process and yarn cutting occurs, herein, we analyzed the S-S curve, thickness, and twist structure, which are three types of silver-coated multifilament yarns, and measured the stress in the thread of the embroidery simultaneously. Thus, the required mechanical properties of the yarns in the embroidery process were analyzed. In the actual sample production, cutting occurred in silver-coated multifilament rather than silver-coated polyamide/polyester, which showed the lowest S-S curve. In the embroidery process, the twist was unwound through repetitive vertical movement. Further, we fabricated a piezoresistive pressure/tension sensor to measure gauge factor, which is an index for measuring biological signals. We confirmed that the sensor can be applied to the fabrication of embroidery electrodes, which is an important process in the mass production of smart wearable products.

본 연구의 목적은 생체 신호 측정 압력 및 인장 직물 센서의 전극을 자수 공정을 이용하여 제작할 때 전도사의 필요 물성을 파악하는 것이다. 스마트 웨어러블 제품의 전극을 전도사를 이용한 자수 공정을 통해 전극 및 회로 등을 제작하면 불필요한 재료 손실이 없고 복잡한 전극 모양이나 회로 디자인을 컴퓨터 자수기를 이용하여 추가 공정 없이 제작할 수 있다. 하지만 보통의 전도사는 자수 공정 내의 부하를 못 이기고 사절 현상이 발생하기에 본 연구에서는 silver coated multifilament yarn 3종류의 기계적 물성인 S-S curve, 두께, 꼬임 구조 등을 분석하고 동시에 자수기의 실의 부하를 측정하여 자수 공정 내 전도사의 필요 물성을 분석하였다. 실제 샘플 제작에서 S-S curve의 측정 결과가 가장 낮은 silver coated polyamide/polyester가 아닌 silver coated multifilament의 사절이 발생하였으며 그 차이는 실의 꼬임 구조와 사절이 일어난 부분을 관찰한 결과 수직으로 반복적인 부하가 일어나는 자수 공정에서 꼬임이 풀리면서 사절이 일어나는 것을 알 수 있었다. 추가적으로 압저항 압력/인장 센서를 제작하여 생체 신호 측정용 지표인 gauge factor를 측정하였으며 스마트 웨어러블 제품의 대량 생산화에 중요한 부분인 자수 전극 제작으로의 적용 가능성을 확인하였다.