На примере тканей и трикотажа из смеси природных и синтетических полимерных волокон показана возможность получения полимерных композиций, предназначенных для изготовления электропроводящих элементов для авиации, робототехники и так называемой «носимой электроники» медицинского назначения. Исследованы механические и электрические свойства волокнистых композиций, наполненных дисперсиями углерода в различных аллотропных формах в сочетании и растворимыми и нерастворимыми высокомолекулярными соединениями в виде порошков или растворов. Дисперсии различных форм углерода с близким распределением частиц по размерам выбраны из числа коммерчески доступных марок полиграфических пигментов и ингредиентов резинотехнических и электротехнических изделий. Исследованы дисперсии углерода: графит, технический углерод и одностенные нанотрубки в виде стабилизированной водной суспензии. Рассмотрены известные и обоснованы оптимальные технологические приёмы введения электропроводящих ингредиентов в состав композиционных материалов с учетом структуры и состава тканей. Показано преимущество напыления электропроводящих частиц графита на поверхность волокон и нитей в сочетании с нанесением растворов и дисперсий, позволяющее получить композиции для резисторов и датчиков деформации с достаточным уровнем прочности и эластичности. Диаграмма растяжения датчиков и зависимость электросопротивления композиции от удлинения с высокой степенью достоверности может быть разделена на два линейных участка. Первый участок в интервале относительной деформации растяжения от 2 до 30% в наибольшей степени соответствует практическому применению. Коэффициент чувствительности к деформации (GF) тензодатчика на основе ткани не превышает 10 в диапазоне деформации в диагональном направлении до 20 %, а коэффициент чувствительности к деформации на трикотаже вне зависимости от направления высечки образцов из полотна на два порядка выше и составляет около 950 до относительного удлинения 30 % и 90 в интервале относительного удлинения 30÷45 %. Максимальная тензочувствительность (QF) лабораторных образцов на основе трикотажного полотна, при деформации менее 30% составляет около1350 кПа-1 и 4900 кПа-1при предельных удлинениях%. Гистерезисе электрических свойств при многократных деформациях не превышает 4%.

1. Bose A., Zhang X., Maddipatla D., ScreenPrinted Strain Gauge for Micro-Strain Detection Applications // IEEE Sensors Journal том: 20, выпуск: 21, 11. 2020. 12652–12660. DOI: 10.1109/JSEN.2020.3002388

2. Leseman, ZC. Design of the Microscale Optomechanical Load Cell for Micro-Nanostructured Materials Testing Arabian Journal for Science and Engineering volume 47, p. 1053–1067. DOI: 10.1007/s13369–021–06019–2

3. Liu Y., Pharr M., Salvatore G.A. Lab-on-Skin: A Review of Flexible and Stretchable Electronics for Wearable Health Monitoring // ACS Nano. 2017. Vol. 11, № 10. P. 9614–9635. DOI:10.1021/acsnano.7b04898

4. Lozitskaya, A.V., Kondratov, A.P., Baranov, V.A., Cherkasov, E.P., Printed Load Cells on Clothing Made of Fire-Protective Fabric // Всборнике: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019 Workshopon Materialsand Engineering in Aeronautics. 2020. С. 012017. DOI:10.1088/1757–899X/714/1/012017

5. Zhang Wenliang., Riccardo Frisenda., Qinghua Zhao., Felix Carrascoso. Paper-supported WS2 StrainGauges //Preprints 2021, P. 20210–70021

6. Ogunleye, R.O.; Rusnakova, S. A review of prestressed fibre-reinforced polymer matrix composites. Polymers. 2022, 14(1), 60. DOI:10.20944/preprints202107.0021.v1

7. Sinha Manish; Luke Achenie, E.K. Systematic design of blanket wash solvents with recovery. AdvancesinEnvironmental Research. 2001, 5(3), 239–249. DOI:10.1016/S1093–0191(00)00058–7

8. Xu C., Yang Y., Gao W. Skin-Interfaced Sensors in Digital Medicine: from Materials to Applications // Matter. 2020. Vol. 2, № 6. P. 1414–1445. DOI:10.1016/j.matt.2020.03.020

9. Zhang C. et al. Rational Design of a Flexible CNTs@PDMS Film Patterned by Bio-Inspired Templates as a Strain Sensor and Supercapacitor // Small. John Wiley & Sons, Ltd, 2019. Vol. 15, № 18. P. 1805493. DOI:10.1002/smll.201805493

10. Jang K. – I. et al. Rugged and breathable forms of stretchable electronics with adherent composite substrates for transcutaneous monitoring // Nat. Commun. 2014. Vol. 5, № 1. P. 4779. DOI:10.1038/ncomms5779

11. Kondratov, A.P., Nagornova, I.V., Varepo, L.G. Tenso-resistive printed sensors for flexible elements of systems and mechanisms // Journal of Physics: Conference Series, DOI:10.1088/1742 – 6596/1210/1/012067

12. Марков В. А, Кандырин Л. Б, Марков А.В., // Конструкции из композиционных материалов (КМ), 2013, 4, стр. 40 – 44. DOI: 10.32362/2410–6593–2019–14–2–60–69

13. S. Han Mina, A.M. Asrulnizamb, M. Atsunoric and M. Mariattid Properties of Stretchable and Flexible Strain Sensor Based on Silver/PDMS Nanocomposites //Materials Today: Proceedings Vol. 17, Part 3, 2019, P. 616–622. DOI:10.1016/j.matpr.2019.06.342

14. J. Lee, S. Kim, J. Lee, D. Yang, B.C. Park, S. Ryu, I. Park, Highly sensitive and selective multidimensional resistive strain sensors based on a stiffness-variant stretchable substrate // Nanoscale, 6, 2014, Р. 11932–11939. DOI:10.1039/C7NR08118A

15. Krutyakov Y., Kudrinskij A., Method of application of silver nanoparticles to textile materials // Pat. RU 2680078, D06B 1/00, 14.02.2019. № 5. https://patenton.ru/patent/RU2680078C2/en. (дата обращения: 15.07.2021)

16. Hu Z., Xin Y. & Fu Q. Ultrahigh sensitivity and wide strain range of porous pressure sensor based on binary conductive fillers by in-situ polymerization, J. Polymer Research, 2021, 28, 134. DOI:10.1007/s10965–021–02484–3

17. Müller M.; Kolář V.; Piš, D. Low-cycle fatigue behavior of 3D-printed PLA reinforced with natural filler. Polymers. 2022, 14(7), 1301. DOI:10.3390/polym14071301

18. Hamlaoui O.; Klinkova O.; Tawfiq I.; Elleuch R. Effect of the glass fiber content of a polybutylene. Polymers. 2022, 14(1), 17. DOI: 10.3390/polym14010017

19. Sukcharoen. K.; Noraphaiphipaksa N.; Kanchanomai C.; Hasap A. Experimental and numerical evaluations of localized stress relaxation for vulcanized rubber. Polymers. 2022, 14(5), 873. DOI: 10.3390/polym14050873

20. Jorda J.; Kain G.; Barbu M.C.; Köll B.; Petutschnigg A.; Kra I.P. Mechanical properties of cellulose and flax fiber unidirectional reinforced plywood. Polymers. 2022, 14(4), 843. DOI: 10.3390/polym14040843

21. Gottstein G. Physical Foundations of Materials Science. Publisher: Springer Berlin, Heidelberg 2004; 502 p. DOI:10.1007/978–3–662–09291–0

22. Zhao C.; Li J.; Jiang Z.; Chen C. Measurement of the infinite dilution diffusion coefficients of small molecule solvents in silicone rubber by inverse gas chromatography. European Polymer Journal. 2006, 42(3), 615–624. DOI:10.1016/J.EURPOLYMJ.2005.08.019.