CN100427670C

CN100427670C - 一种纳米智能控温导电面料及其制备方法和应用

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Publication number: CN100427670C
Application number: CNB2005100294449A
Authority: CN
Inventors: 潘跃进; 姜伟伟; 吴东来
Original assignee: Shanghai Zhongda Science & Technology Development Co Ltd
Current assignee: Shanghai Zhongda Science & Technology Development Co Ltd
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: CN1730810A

Abstract

本发明关于一种纳米智能控温导电面料及其制备方法和应用。该面料由以下方法制得：(1)导电面料中加入镀银或镀锡紫铜导电丝；(2)导电面料进行纳米温度记忆材料浸轧整理；(3)阻燃涂层整理形成保护膜。本发明所公开一种纳米智能控温导电面料其优点表现在：采用纳米温度记忆材料浸轧处理的智能控温导电面料，工艺先进，可操作性强；导电面料经过纳米温度记忆材料浸轧整理后，其面料两面经聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯和三氧化二锑或氮磷类阻燃剂涂层整理，形成一种保护膜，黑色部分被覆盖在里面，不影响外观。

Description

一种纳米智能控温导电面料及其制备方法和应用

技术领域

本发明关于一种控温导电面料，特别关于一种纳米智能控温导电面料及其制备方法和应用。

背景技术

有机导电纤维产生于20世纪60年代末期，最早问世的是表面涂覆碳黑的有机导电纤维。帝人公司、BASF公司相继开发了此类纤维。碳黑涂覆型导电纤维的导电成分都分布在纤维表面，因此导电性能好，但纤维在受到摩擦或弯折时碳黑易于脱落，导电性能会下降。随后出现的是表面镀覆金属的导电纤维。Rohm and Haas公司用化学镀层方法在尼龙纤维表面镀银制成的导电纤维X-Static，东洋纺公司用低温融态金属浸渍制成具有金属皮层的导电纤维。Statex公司的Ex-Stat则是采用非电解镀银技术制成的导电纤维。纤维表面金属化的导电纤维，机械性能与普通纤维差异较大，使混纺较为困难，因而并未得到广泛的应用。

1975年Du Pont公司采用复合纺丝技术制成含有碳黑导电芯的复合导电纤维Antron III，从此，各大化纤公司纷纷开始以碳黑为导电成分的复合纤维的研究与开发。孟山都公司制成并列型Utron导电纤维，钟纺公司开发了Belltron锦纶导电纤维，尤尼吉卡公司开发了Me3gana III导电纤维，可乐丽公司开发了Kuracarbo，东洋纺织开发了KE-9导电纤维。这一时期碳黑复合型导电纤维得到了广泛的发展，到了80年代末期，日本碳黑复合型导电纤维的年产量达到200吨。但由于碳黑复合型导电纤维以碳黑为导电成分，因此纤维通常为灰黑色，使应用范围受到限制。

80年代开始了导电纤维的白色化研究。普通采用的方法是用铜、银、镍和镉等金属的硫化物、碘化物或氧化物与普通高聚物共混或复合纺丝而制成的导电纤维。如Rhone-poulence公司利用化学反应制成CuS导电层的Rhodiastat导电纤维；帝人公司制成表面含有CuI的导电纤维T-25；钟纺公司制成ZnO₂导电的Belltron 632、Belltron 638；尤尼吉卡公司开发了Megana。以金属化合物或氧化物为导电物质的白色导电纤维导电性能较碳黑复合型导电纤维差，但其应用不受颜色的影响。

国内对导电纤维的研究与开发比较晚。80年代开始生产金属纤维和碳纤维，但产量很小。不锈钢丝等金属纤维在油田工作服、抗静电工作服等特种防护面料中有较广泛的应用。近年来，国内也开发成功了多种有机导电纤维。例如表面镀Cu、Ni的金属化PET导电纤维、CuI导电的晴纶导电纤维、CuI/PET共混纺丝制成的导电纤维、碳黑复合导电纤维等等。以上导电纤维已有商品化产品，但产量低，质量不稳定，价格常高于国外同类产品。

发明内容

本发明利用纳米温度记忆材料应用于导电面料中，其显著特点是：制成的半导电面料施加一定的交流或直流电压后，该材料消耗电能迅速发热升温，电能转化为热能。当温度升高或降低，电阻随温度呈非线性变化，而且具有可回复性，并能自动进行调节，形成一种具有“智能化”的调温功能和灵敏“开关”效应的材料。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供(1)一种纳米智能控温导电面料；(2)一种纳米智能控温导电面料制备方法；(3)纳米智能控温导电面料应用。

本发明的目的是通过以下技术方法来实现的：首先是导电面料的编织及其原材料的选择，应采用棉或混纺纱线，要求不含有任何杂质和异物，不得用上浆、带油污和受潮变质的材料，面料不需上浆和染色，选用镀银或镀锡紫铜导电丝，编织要求各电极边缘的编织线紧缩，以防止电极导线脱边，经纬线一定要横平竖直和平整，否则会影响涂层后的电阻。

其次是对导电面料的纳米温度记忆材料浸轧整理，先对导电面料进行检验并去皱和平整，去掉一切杂质及线头，采用浸轧法，把纳米温度记忆材料充分搅拌均匀，然后浸轧，浸轧时应注意将导电面料充分浸透均匀，后上机烘干整理，烘干整理后的面料，其两面经聚氨酯(PU)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和三氧化二锑或氮磷类阻燃剂涂层，形成一种保护膜。

纳米智能控温导电面料的制作方法：

(1)导电面料中加入镀银或镀锡紫铜导电丝

采用纯棉或棉与化纤混纺的原料12s～30s纱线或股线，面料80～550g/m²要求纱线无杂质和异物，无油污和受潮变质；镀银或镀锡紫铜导电丝采用直径为0.10-0.75mm，抗拉强度300-1400N/mm²，面料径向中导线分布为8-500根/米，各电极边缘的编织线紧缩，以防止电极导线脱边，电极间保持1-2cm，电极接片为冲压紫铜镀银接片，经纬线一定要横平竖直，保持面料平整，以免影响涂层后的电阻。

(2)导电面料进行纳米温度记忆材料浸轧涂层整理

纳米温度记忆材料的制法：5～70％的纳米碳黑粉体加入0.1％～3％的表面改性剂(表面改性剂选自钛酸酯或硬脂酸)通过高速搅拌机进行表面改性，搅拌速度2500转～3000转/分钟，时间3～6小时。然后进行分散处理，分散处理前，加入1％-7％的水溶性粘合剂(含固量30-50％，粘度800～4000mpa.s水溶性粘合剂选自聚氨酯、丙稀酸聚合物、乙烯氯乙烯聚合物、聚酰胺聚合物、聚酯聚合物、丁苯聚合物)与纯净水(余量)进行混合均匀，再加入分散剂0.1～3％(分散剂选自聚羧酸钠盐型共聚物、聚羧酸铵盐型共聚物、含氧基共聚物中的一种或其混合物)，将上述的混合物(改性后的纳米碳黑浆料、粘合剂与水、分散剂)一齐置于振动球磨机中，采用振动球磨机分散，振动球磨机转速3000转～4000转/分钟，时间15～20小时。制成水溶性的纳米温度记忆材料，该材料呈黑色水溶性液体，粘度100～500mpa.s。

纳米温度记忆材料采用浸轧法涂层，先把导电面料进行检验并去皱和平整，不需上浆和染色，去掉一切杂质及线头，纳米温度记忆材料应充分搅拌均匀，然后浸轧，将面料均匀浸透，时间5～10s，后上机烘干整理，烘干温度130～145℃，车速8～10m/min，上胶量＞150％(按重量比)，干燥后重量50～175g/m²。

(3)阻燃涂层整理

经过浸轧整理后的导电面料，其两面经聚氨酯(PU)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和三氧化二锑或氮磷类阻燃剂涂层整理，温度125～145℃，车速8～10m/min，涂层厚度为100μm～300μm，形成一种保护膜。

本发明所公开一种纳米智能控温导电面料其优点表现在：

1.采用纳米温度记忆材料涂层的智能控温导电面料，工艺先进，可操作性强。

2.利用本工艺制成的智能控温导电面料价格低廉，综合费用成本低。

3.导电面料经过纳米温度记忆材料浸轧整理后，其面料两面再经聚氨酯(PU)或聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和三氧化二锑或氮磷类阻燃剂涂层整理，形成一种保护膜，既阻燃又绝缘，使用安全可靠，黑色部分被覆盖在里面，不影响外观。

4.电热转换率高，导热性能好，升温快、导热均匀、能耗低、热效率高，可替代水暖、气暖和空调，可用于温控服装服饰及在室内外安装使用此材料，用途广泛。

5.能自动控温和定时开关，节能效果显著，能耗是空调的50％，有很好的蓄热功能，保温时间是加热时间的4倍，无废水废气，安全可靠无污染、无毒无味，有远红外和负离子的功能，远红外发射率＞80％，有益健康。

附图说明

图1是本发明纳米智能控温导电面料使用示意图之一

图2是本发明纳米智能控温导电面料使用示意图之二

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

(1)导电面料中加入镀银紫铜导电丝

采用纯棉或棉与化纤混纺的原料12s纱线，面料400g/m²要求纱线无杂质和异物，无油污和受潮变质；镀银紫铜导电丝采用直径为0.10mm，抗拉强度300N/mm²。面料径向中导线分布为48根/米，各电极边缘的编织线紧缩，以防止电极导线脱边，电极间保持1cm，电极接片为冲压紫铜镀银接片，经纬线一定要横平竖直，保持面料平整，以免影响涂层后的电阻。

(2)导电面料进行纳米温度记忆材料涂层浸轧整理

纳米温度记忆材料(碳黑含量5～70％)，采用浸轧法涂层，先把导电面料进行检验并去皱和平整，不需上浆和染色，去掉一切杂质及线头，纳米温度记忆材料应充分搅拌均匀，粘度150mpa.s，然后浸轧，将面料均匀浸透，时间5～10s，后上机烘干整理，烘干温度130～145℃，车速8m/min，上胶量＞150％(按重量比)，干燥后重量80g/m²。

(3)阻燃涂层整理

经过浸轧整理后的导电面料，其两面经聚氨酯(PU)和三氧化二锑阻燃剂涂层整理，温度125～145℃，车速8m/min，涂层厚度为100μm，形成一种保护膜。

实施例2

(1)导电面料中加入镀锡紫铜导电丝

采用纯棉或棉与化纤混纺的21s纱线，面料240g/m²要求纱线无杂质和异物，无油污和受潮变质；镀锡紫铜导电丝采用直径为0.20mm，抗拉强度＞300N/mm²。面料径向中导线分布为300根/米，各电极边缘的编织线紧缩，以防止电极导线脱边，电极间保持2cm，电极接片为冲压紫铜镀银接片，经纬线一定要横平竖直，保持面料平整，以免影响涂层后的电阻。

(2)导电面料进行纳米温度记忆材料涂层浸轧整理

纳米温度记忆材料(碳黑含量5～70％)，采用浸轧法涂层，先把导电面料进行检验并去皱和平整，不需上浆和染色，去掉一切杂质及线头，纳米温度记忆材料应充分搅拌均匀，粘度300mpa.s，然后浸轧，将面料均匀浸透，时间5～10s，后上机烘干整理，烘干温度130～145℃，车速8-10m/min，上胶量＞150％(按重量比)，干燥后重量140g/m²。

(3)阻燃涂层整理

经过浸轧整理后的导电面料，其两面经聚乙烯(PE)和氮磷类阻燃剂涂层整理，温度125～145℃，车速10m/min，涂层厚度为300μm，形成一种保护膜。

实施例3

(1)导电面料中加入镀银紫铜导电丝

采用纯棉或棉与化纤混纺的30s合股纱，面料100g/m²要求纱线无杂质和异物，无油污和受潮变质；镀银紫铜导电丝采用直径为0.40mm，抗拉强度＞400N/mm²。面料(径向)中导线分布为150根/米，各电极边缘的编织线紧缩，以防止电极导线脱边，电极间保持2cm，电极接片为冲压紫铜镀银接片，经纬线一定要横平竖直，保持面料平整，以免影响涂层后的电阻。

(2)导电面料进行纳米温度记忆材料涂层浸轧整理

纳米温度记忆材料(碳黑含量5～70％)，采用浸轧法涂层，先把导电面料进行检验并去皱和平整，不需上浆和染色，去掉一切杂质及线头，纳米温度记忆材料应充分搅拌均匀，粘度300mpa.s，然后浸轧，将面料均匀浸透，时间5～10s，后上机烘干整理，烘干温度130℃～145℃，车速9m/min，上胶量＞150％(按重量比)，干燥后重量150g/m²。

(3)阻燃涂层整理

经过浸轧整理后的导电面料，其两面经聚丙烯(PP)和三氧化二锑阻燃剂涂层整理，温度125～145℃，车速10m/min，涂层厚度为200μm，形成一种保护膜。

实施例4

(1)导电面料中加入镀锡紫铜导电丝

采用纯棉或棉与化纤混纺的25s合股线，面料220g/m²要求纱线无杂质和异物，无油污和受潮变质；镀锡紫铜导电丝采用直径为0.30mm，抗拉强度＞300N/mm²。面料中导线分布为200根/米，各电极边缘的编织线紧缩，以防止电极导线脱边，电极间保持1cm，电极接片为冲压紫铜镀银接片，经纬线一定要横平竖直，保持面料平整，以免影响涂层后的电阻。

(2)导电面料进行纳米温度记忆材料涂层浸轧整理

纳米温度记忆材料(碳黑含量5～70％)，采用浸轧法涂层，先把导电面料进行检验并去皱和平整，不需上浆和染色，去掉一切杂质及线头，纳米温度记忆材料应充分搅拌均匀，粘度500mpa.s，然后浸轧，将面料均匀浸透，时间5～10s，后上机烘干整理，烘干温度130～145℃，车速8-10m/min，上胶量＞150％(按重量比)，干燥后重量170g/m²。

(3)阻燃涂层整理

经过浸轧整理后的导电面料，其两面经聚氨酯(PU)和氮磷类阻燃剂涂层整理，温度125～145℃，车速9m/min，涂层厚度为250μm，形成一种保护膜。

实施例5

纳米智能控温导电面料的使用之一：

请参阅图1

图1中有开关1、电极接片(电源)2、温控器3、面料4、导线5、导电缘6、面料中导电丝7。经“纳米温度记忆材料”浸轧涂层的面料4中径向分布导电丝7，织造时面料筒状卷取，使用时根据需要制成大小不等的规格(长×宽)，面料截断处，导电缘6也同时被剪断，剪断处应用同样规格的导电丝与面料中剪断处导电缘6焊接，使其形成一个完整的回路，用导线5连接开关1、电极接片2、温控器3即形成导电面料。

智能导电面料可采用交直流电或进行变压，采用温度控制器和定时器以便控温和定时开关，温控器和定时开关市场有售。温控器采用耐高温或突跳式温控器、或智能化数码显示温控器电压200～250V，电流0.5～20A。接地方式通过温控器金属外壳与器件接地金属部件相接触，或安装触电保护器，总线带漏电保护开关，导电面料使用温度＜70℃。温控型式采用常闭型或常开型及手动复位型温控。当温度上升，触点断开或接通；温度下降，触点接通或断开来控温。加上导电面料采用了纳米温度记忆材料其本身也有自动控温的作用。服装和服饰类导电面料可采用微型数码温控器。两位数码管显示温度，可用电压12V或24V、36V的充电电池或干电池、太阳能电池，导电面料的使用温度控制在10～25℃，远红外发射率＞80％。

定时开关是采用定时器对时间的控制，可选用继电器、单片机、PLC控制器等，电压200～250V，电流0.5～10A。定时范围0～24h，计时误差±10秒/天，定时开关可根据需要自动编程。服装服饰类导电面料可采用微电脑时控开关，电压为12V或24V、36V的充电电池或干电池、太阳能电池。

实施例6

纳米智能控温导电面料的使用之二：

请参阅图2

图2中有开关1、电极接片(电源)2、温控器3、导线4、面料中导电丝5、导电缘6、面料7。经“纳米温度记忆材料”浸轧涂层的面料7中径向分布导电丝5，织造时面料筒状卷取，使用时根据需要制成大小不等的规格(长×宽)，面料截断处，导电缘6也同时被剪断，剪断处应用同样规格的导电丝与面料中剪断处导电缘6焊接，用并联方式与导线4、开关1、电极接片(电源)2、温控器3连接即形成导电面料。

实施例7

纳米智能控温导电面料的应用：

生产出的产品不要折叠、拉拽，可卷装通风干燥存放，该产品可用于室内外工程装饰材料，应有防潮措施，替代空调、水暖、气暖，使用电压220v，电功率10-450w/m²，上限温度＜70℃，用于服装及服饰的可采用电压为12v或24V、36V的充电电池或干电池、太阳能电池，温度控制在10～25℃，远红外发射率＞80％，产品无毒无味无腐蚀性，安全环保。导电面料可采用温控器和定时开关，温控器使用耐高温或突跳式及智能数码显示的温控器，电压200～250V，电流0.5～20A，温控器本身耐高温＜200℃，接地方式通过温控器金属外壳与器件接地金属部件相接触。或安装触电保护器，总线带漏电保护开关。服装和服饰类导电面料可采用微型数码可显示的温控器，控温范围10～25℃，可用电压12V或24V、36V的充电电池或干电池、太阳能电池。定时开关是采用定时器对时间的控制，可选用继电器、单片机、PLC控制器等，电压200～250V，电流0.5～20A。定时范围0～24h，计时误差±10秒/天，定时开关可根据需要自动编程。服装服饰类智能导电面料可采用微电脑时控开关，电压为12V、24V、36V的充电电池或干电池、太阳能电池。

Claims

1、一种纳米控温智能导电面料，其特征在于它是在导电面料中嵌入镀银或镀锡紫铜导电丝；并涂覆纳米温度记忆材料；其表面有阻燃涂层形成保护膜；其中

所述的镀银或镀锡紫铜导电丝采用直径为0.10-0.75mm，面料径向中导线分布为8-500根/米，电极间保持1-2cm，经纬线横平竖直；

所述的保护膜选用聚氨酯、或聚乙烯、或聚丙烯和三氧化二锑、或氮磷类阻燃剂涂层，其中涂层厚度为50μm-400μm，

所述的纳米温度记忆材料是将5～70％的纳米碳黑粉体加入0.1％～3％的表面改性剂浸轧整理而成的，表面改性剂选自钛酸酯或硬脂酸。

2、一种纳米智能控温导电面料的制备方法，其特征在于：其具体步骤如下：(1)导电面料中加入镀银或镀锡紫铜导电丝；(2)导电面料进行纳米温度记忆材料浸轧整理；(3)阻燃涂层整理形成保护膜，

其中，步骤(1)中的镀银或镀锡紫铜导电丝采用直径为0.10-0.75mm，抗拉强度300-1400N/m m²，

步骤(2)中纳米温度记忆材料浸轧整理工艺为：

将5～70％的纳米碳黑粉体加入0.1％～3％的表面改性剂，表面改性剂选自钛酸酯或硬脂酸，通过高速搅拌机进行表面改性，搅拌速度2500转～3000转/分钟，时间3～6小时；然后进行分散处理，分散处理前，加入1％-7％的水溶性粘合剂，含固量30-50％，粘度800～4000mpa.s水溶性粘合剂选自聚氨酯、丙烯酸聚合物、乙烯氯乙烯聚合物、聚酰胺聚合物、聚酯聚合物、丁苯聚合物，与纯净水余量进行混合均匀，再加入分散剂0.1～3％，分散剂选自聚羧酸钠盐型共聚物、聚羧酸铵盐型共聚物、含氧基共聚物中的一种或其混合物，将改性后的纳米碳黑浆料、粘合剂与水、分散剂的混合物一齐置于振动球磨机中，采用振动球磨机分散，振动球磨机转速3000转～4000转/分钟，时间15～20小时，制成水溶性的纳米温度记忆材料，该材料呈黑色水溶性液体，粘度100～500mpa.s；再对导电面料浸轧整理，时间5～10s，后上机烘干整理，烘干温度130～145℃，车速8～10m/min，按重量比上胶量＞150％，干燥后重量50～175g/m²。

3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中经过浸轧整理后导电面料的两面选用聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯和三氧化二锑或氮磷类阻燃剂涂层整理。