CN104233566A - 回纬碳纤维电热织物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回纬碳纤维电热织物，属于纺织材料技术领域。包括：一种包含碳纤维和一种或多种辅助纤维的组合的物质，其中，辅助纤维选自预氧丝纤维；芳纶纤维；大豆纤维；甲壳胺纤维；麻纤维；木棉纤维；牛奶纤维；羊毛纤维；及其组合。本发明的有益效果是：以辅助纤维作经向材料，以碳纤维作纬向材料的碳纤维电热织物，因为碳纤维是导电发热的，故而用这一织物所具备的特性，解决了大面积的地热系统、壁热系统和预热系统以及各领域的需求。

Description

回纬碳纤维电热织物

技术领域

本发明涉及纺织材料技术领域，尤其是涉及一种回纬碳纤维电热织物。

背景技术

二十一世纪是材料的纪元。碳纤维是由碳元素组成的一种特殊纤维，分子结构介于石墨与金刚石之间，含碳量随种类不同而异，其是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500℃所形成的高分子无机纤维材料，其含碳量在95%以上。所以广泛应用于飞机制造等军工领域、风力发电等工业领域、高尔夫球棒等体育用品领域、人造骨骼等医疗领域以及纺织领域。

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的四分之一，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为23000-43000MPa，亦高于钢。

因此，CFRP（碳纤维增强复合材料）的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa（g/cm3）,而A3钢的比强度仅为59MPa（g/cm3）左右，其比模量也比钢高。材料的比强度越高，则构件的自重越小，比模量越高，则构件的刚度越大，从这个意义在已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。

碳纤维具有一般碳素材料的特性，诸如耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料又不同，有着显著的特异性，柔软，可加工成各自织物，更主要的是微晶结构沿纤维轴有择优取向，从而沿纤维轴方向有很到的抗张强度和杨氏模量。碳纤维的比重小，把它做成复合材料，便成了全世界的全能者。

将碳纤维运用于农业、工业和家装民用领域具有较强的市场前景。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种回纬碳纤维电热织物。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

回纬碳纤维电热织物，其特征在于，包括：

一种包含碳纤维和一种或多种辅助纤维的组合的物质，其中，辅助纤维选自预氧丝纤维；芳纶纤维；大豆纤维；甲壳胺纤维；麻纤维；木棉纤维；牛奶纤维；羊毛纤维；及其组合。

其中，回纬碳纤维电热织物以梭织形式形成的。

其中，碳纤维形成回纬碳纤维电热织物的纬纱；

辅助纤维形成回纬碳纤维电热织物的经纱。

其中，碳纤维选自长丝、短纤维或短切纤维。

其中，所述碳纤维选自3K、6K、12K或24K碳纤维。

回纬碳纤维电热织物中，经向密度为140～180根/10厘米；

纬向密度为40～70根/10厘米。

其中，回纬碳纤维电热织物中的纬纱处于连续状态。

其中，回纬碳纤维电热织物具有绝缘层。

如本文所述，碳纤维，主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨与金刚石之间，含碳量随种类不同而已，是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500℃所形成的高分子无机纤维材料，其碳含量在95%以上。按状态碳纤维可分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型。碳纤维的轴向强度和模量高、无蠕变、耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小、耐腐蚀性好、纤维的密度低、X射线透过性好。它具有一般碳素材料的特性，耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀性等；但于一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性，柔软、可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度，基本是钢铁的3倍还多，重量却只有钢铁的1/3。碳纤维还具有极好的纤度（纤度的表示方法之一是9000米长纤维的克数），一般仅约为19克，拉力高达300kg/mm2。

如本文所述，麻纤维，其种类甚多，有的来自植物的韧皮，如苎麻、亚麻、黄麻、洋麻等等，有的来自于植物的叶，诸如龙舌兰麻、蕉麻等等。麻纤维的特点是纤维长、强度高、浸水后拉伸强度更高，耐腐蚀，吸收和散发水分快，散热快，具有绝缘性。麻纤维除了含有纤维素外，还含有半纤维素、果胶、木质素、灰分等。

如本文所述，大豆纤维，其属于再生性植物蛋白纤维，它是采用生物工程技术从大豆的豆粕中提炼出来的蛋白质与聚乙烯醇或其他高分子共混，再以湿法纺丝而成，由于大豆蛋白质是球状蛋白，能溶于水，所以形成纤维过程也是一种交联过程，交联剂的加入，可提高大豆蛋白质的强度和耐热性，本技术可以从100kg豆粕中提取40kg的大豆蛋白质，大豆蛋白纤维具有天然蚕丝的优良特性，又具有合成纤维的机械性能，故而，其与碳纤维共同制作的复合材料极大地提高了材料与人体接触的舒适性。

如本文所述，甲壳胺纤维，其大分子结构与人体内的氨基葡萄糖的构成相同，而且是具有类似于人体骨胶原组织结构，这种双重结构赋予它极好的生物元素特性，对人体无毒、无刺激，可被人体的溶菌酶分解而吸收，与人体组织有良好的生物相容性，具有抗菌、消炎、止血、镇痛、促进伤口愈合等功能。甲壳胺纤维的分期无可生物降解，所以被称之为绿色纤维。

如本文所述，棉纤维，其中，棉为种子纤维，我们使用的是陆地棉，纤维长度为26-30mm，正常成熟的棉纤维横截面呈腰圆形，纵向有天然转曲，棉纤维为不良导体，手感松软。棉纤维有空隙，而且主要成分是含较多数量极性基团的纤维素，所以对染料水溶液有吸收，扩散及固定作用，着色性良好。

如本文所述，牛奶纤维属于再生蛋白纤维，这是一种工业化生产的酪素蛋白质纤维，它具有天然蚕丝的光泽，有较好的吸湿性能。牛奶纤维在用蛋白酶进行蛋白质水解时，组成蛋白质的各种氨基酸不会被破坏，另外蛋白酶具有专一性，不同的酶只能使蛋白质水解到一定阶段，由于酶本身是蛋白质，它自身水解后的产物也将混入产物中，此项技术可利用不同的酶对蛋白质进行水解而得到不同的中间产物，在医药生产中会很有用处，可以制作不同水解程度的医药用品。

如本文所述，羊毛纤维属于天然蛋白质纤维，本材料利用改性羊毛，经变性后，羊毛变细，变软，卷曲度增加，定向摩擦效应有所提高，明显地提高其纺纱性能和成纱质量。主要用的变性方法有：氯化-氧化法、氯化-还原法、氯化-酶法、氧化法、还原法、氨-碱法。羊毛有很好的弹性和蓬松感，吸色性好，有良好的保暖性和排湿性，与碱纤维复合是理想的保暖型功能材料。

在用以纬向的技术上用了回纬技术，使碳纤维在纬向保持连续性。

纤维布织造设备的打纬装置，将原有的断纬系统改制成了回纬系统，并保证了打纬和经向开口时间的精确性。

碳纤维布制造机原理：由纱架装置放置经纱，合理的张力均匀输送所需经向纤维，织造中，以齿轮啮合，织平由卷送来完成，纬向有一打纬装置，在织机综框上下运动中，经向纤维在综箱处开口，纬向纤维精确穿入，综箱打纬，便完成了经纬纤维的交织。

本发明关键在于纬向纤维穿入后，设计的特殊打纬系统使得纬向纤维连续性绕行完成设计的要求，从而完成通畅导电、导热系统。

本发明是以辅助纤维作经向材料，以碳纤维作纬向材料的碳纤维电热织物，因为碳纤维是导电发热的，故而用这一织物所具备的特性，解决了大面积的地热系统、壁热系统和预热系统以及各领域的需求。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明可根据需求设定碳纤维布的经向幅宽。

（2）本发明可在回纬碳纤维布与纬向平行截裁。

（3）本能发明经向纤维密度和纬向回纬密度可根据需求设定。

（4）本能发明用玻纤芳纶作绝缘层材料。

（5）本发明发热效率高达96.5%。

（6）本发明发热迅速，通电3秒钟后开始发热。

（7）发热时，不会产生可见光。

（8）发热时，电阻固定，不随温度变化。

（9）正常发热时，恒流、恒温。

（10）发热时，辐射出有益健康的远红外线，波长8-15μm。

（11）重量非常轻，非常柔软，可折叠卷曲。

（12）不易氧化，不易老化，寿命可达半世纪。

（13）电阻在±200℃内，只有2%变化，可低温、低压启动。

（14）电阻分布特性均匀，非常容易控制。

（15）直流、交流均可驱动。

（16）加热电压可选用15V到380V。

（17）发热能力可随回纬长短、电压来调整。

（18）水中耐压3000V，可以直接放入水中加热。

（19）多种纬向碳纤维规格，最高发热至500℃。

（20）耐腐蚀，酸碱状态下都可以使用。

（21）传统的电热元件大多采用铁、铬、铝、镍铬、钨、铜等金属材料和PTC电热元件制作，由于这些材料本身存在不可弥补的性能缺陷，导致在使用过程中出现了许多难以解决的性能方面的技术问题，例如：电转换效率低、耗电量大、金属电热易氧化，影响使用寿命，PTC电热元件容易局部击穿，出现加热功率逐年衰落等等，这些缺陷和不足直接影响了电热产品的安全和可靠使用，本发明解决了传统电热装置的问题，对绝缘环保是一革命，本发明适合大面积的农业、工业和家装民用。

（22）碳纤维混合辅助纤维形成的回纬碳纤维织物能够形成不同的面料，单纯的碳纤维织物是无法完成染色作业的，而对于纺织领域而言，其运用领域是会受到很大局限的。而本发明所具备的织物恰恰可以实现染色作业。

附图说明

图1为回纬碳纤维织物中经纱和纬纱的排列方式。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，回纬碳纤维电热织物，其包括：一种包含碳纤维和一种或多种辅助纤维的组合的物质，其中，辅助纤维选自预氧丝纤维；芳纶纤维；大豆纤维；甲壳胺纤维；麻纤维；木棉纤维；牛奶纤维；羊毛纤维；及其组合。

碳纤维可选用3K、6K、12K、24K碳纤维，各自的性能参数如下表：

表1   3K碳纤维性能参数

表2    6K碳纤维性能参数

表3   12K碳纤维性能参数

表4    24K碳纤维性能参数

参见图1，回纬碳纤维电热织物在纬向纱线A（碳纤维）的设计过程中，须保持其连续性，从而实现整个幅面的织物能够导电而发热。略去切割机构的多臂剑杆回纬织机进行梭织可形成本发明所需的回纬碳纤维电热织物。

经纱的数量与整个织物的幅面相关，经纱B1、B2、B3、B4、B5、、、、、Bn横向展开。

经向纱线需要具备织物必备的要素，包括但不限于预氧丝纤维；芳纶纤维；大豆纤维；甲壳胺纤维；麻纤维；木棉纤维；牛奶纤维；羊毛纤维。

辅助纤维可以单独使用，也可以两种、三种或者更多种的组合以混合或成股状态使用。例如，可以制备两种或者更多辅助纤维，然后混合成股到一起形成供回纬碳纤维电热织物使用的经向纱线。

麻纤维可以是苎麻纤维、黄麻纤维、青麻纤维、大麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维或罗布麻纤维。

考虑到经济性，在回纬碳纤维电热织物中，辅助纤维在经向是16根/厘米，纬向碳纤维6根/厘米。

为保证整个回纬碳纤维电热织物的使用效果，其可以作为其它织物的内置面料。

以回纬碳纤维电热织物作为诸如衣服等面料来使用，是需要在织物表面设计绝缘层结构的。

本文略去对公知技术的描述。

Claims (8)

1.回纬碳纤维电热织物，其特征在于，包括：

一种包含碳纤维和一种或多种辅助纤维的组合的物质，其中，辅助纤维选自预氧丝纤维；芳纶纤维；大豆纤维；甲壳胺纤维；麻纤维；木棉纤维；牛奶纤维；羊毛纤维；及其组合。

2.根据权利要求1所述的回纬碳纤维电热织物，其特征在于，其中，回纬碳纤维电热织物以梭织形式形成的。

3.根据权利要求1所述的回纬碳纤维电热织物，其特征在于，其中，碳纤维形成回纬碳纤维电热织物的纬纱；

辅助纤维形成回纬碳纤维电热织物的经纱。

4.根据权利要求1或3所述的回纬碳纤维电热织物，其特征在于，其中，碳纤维选自长丝、短纤维或短切纤维。

5.根据权利要求1或3所述的回纬碳纤维电热织物，其特征在于，其中，所述碳纤维为3K、6K、12K或24K碳纤维。

6.根据权利要求2或3所述的回纬碳纤维电热织物，其特征在于，回纬碳纤维电热织物中，经向密度为140～180根/10厘米；

纬向密度为40～70根/10厘米。

7.根据权利要求2或3所述的回纬碳纤维电热织物，其特征在于，其中，回纬碳纤维电热织物中的纬纱处于连续状态。

8.根据权利要求2或3所述的回纬碳纤维电热织物，其特征在于，其中，回纬碳纤维电热织物具有绝缘层。