CN104674573B - 一种柔性导线及其制备方法、导电织物、发热织物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性导线、导电织物、发热织物，其中在柔性纱线表面附着导电微粒而形成的柔性导线，柔韧性好，导电性能好。本发明还公开了该柔性导线的制备方法，包括提供柔性纱线；提供染料，染料包括导电微粒、树脂和溶剂；将染料附着于柔性纱线表面；固化形成柔性导线。

Description

一种柔性导线及其制备方法、导电织物、发热织物

技术领域

本发明涉及柔性导线领域，尤其涉及一种柔性导线及其制备方法、导电织物、发热织物。

背景技术

导线是日常生活中常常用到的部件。就其材质而言，大部分是金属材质，如铝线和铜线等；也有部分特殊材质导线，如碳纤维等。但这些材质的导线阻值高、易老化、柔韧性、质感差，很难用于制作与皮肤接触的柔性材料。不同的场合下需要不同性能的导线。一种柔韧性好、导电性能好的柔性导线就是其中一个重要的研究课题。

发明内容

本发明的实施例所要解决的一个技术问题是，现有技术中导线的柔韧性和导电性有待提高。

为了解决上述技术问题，本发明的一个方面提供了一种柔性导线，包括：柔性纱线、导电微粒和树脂，所述导电微粒通过所述树脂粘附于所述纱线表面，所述纱线包括绝缘纤维。

本发明的另一方面还提供了上述柔性导线的制备方法，包括提供所述柔性纱线；提供染料，所述染料包括所述导电微粒、所述树脂和溶剂；将所述染料附着于所述柔性纱线表面；固化形成所述柔性导线。

本发明的另一方面还提供了一种导电织物，包括上述的柔性导线。

本发明的另一方面还提供了一种发热织物，包括上述的柔性导线和第二导线和第三导线，所述第二导线和第三导线与所述柔性导线电连接，所述第二导线和第三导线的电导率大于所述柔性导线。

相对于现有技术而言，本发明的实施例所提供的柔性导线及其制备方法、导电织物、发热织物中在柔性纱线表面附着导电微粒而形成的柔性导线，柔韧性好，导电性能好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的柔性导线的轮廓示意图；

图2为图1所示柔性导线的截面示意图；

图3为导电微粒采用碳纳米管的柔性导线表面的显微图；

图4为本发明实施例提供的柔性导线的制备方法流程图；

图5为本发明实施例提供的染料的制备方法流程图；

图6为本发明实施例提供的导电织物结构示意图；

图7为本发明实施例提供的发热织物结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是在柔性纱线表面附着导电微粒而形成的柔性导线，柔韧性好，导电性能好。

图1为本发明实施例提供的柔性导线的轮廓示意图，图2为图1所示柔性导线的截面示意图。如图1和图2所示，该柔性导线1，包括：柔性纱线101、导电微粒102和树脂103。该导电微粒102通过该树脂103粘附于该柔性纱线101表面。需要说明的是，图1和图2所示的柔性导线只是示意图，其轮廓和截面的边界均示意为光滑界面，但实际上柔性纱线101本身包括绝缘纤维，通常是由绝缘纤维纺纱而成，因此柔性纱线101的表面通常并不是光滑的。另外，导电微粒102的表面，树脂103的表面，导电微粒102与树脂103的交界面，树脂103与柔性纱线101的交界面等可以是不光滑的。

柔性纱线101中的绝缘纤维可以有多种不同的选择，例如可以是植物纤维、动物纤维、合成纤维中、复合纤维中的一种或几种的组合。其中，植物纤维可以包括棉、麻中的一种或几种的组合；动物纤维可以包括毛发、蚕丝中的一种或几种的组合；合成纤维可以包括尼龙、涤纶、腈纶、丙纶、锦纶、氯纶中的一种或几种的组合。这些材质的柔性纱线不仅具有良好的柔韧性，还有利于后续通过喷涂、浸渍等方式(或称之为染线工艺)将导电微粒附着于其表面上。另外，这些材质的柔性纱线还有利于后续通过编制的方式将柔性导线制成导电织物。具体见后文。

导电微粒102的选择非常关键。通常导电微粒102可以包括碳纳米管、石墨烯、碳纤维、富勒烯、石墨中的一种或几种的组合。导电微粒102彼此之间相互电连接形成附着于柔性纱线101表面的导电层，使得柔性导线1的一端至另一端是电性导通的。碳纳米管、石墨烯、碳纤维、富勒烯、石墨等材质构成的表面导电层在通电的情况下可以产生热量，且以远红外波的形式向外辐射。其辐射的远红外波长为几微米到几十微米，正好是远红外生命光谱，具有理疗、保健功效。发明人经过大量的实验筛选，先后选择试验过的材料还包括金属、金属氧化物、以BaZrO3、SrZrO3、CaZrO3为母体的质子导体等，通过比较最后选择了导电发热性能好的碳纳米管、石墨烯、石墨、富勒烯、碳纤维等材料。碳纳米管、石墨烯、碳纤维、富勒烯、石墨等材料具有耐高温性、耐热性、耐介质性优异的材料；可以长时间在工作温度下不产生物理化学变化。

为了使得导电微粒102能够很好的附着于柔性纱线101表面，需要采用树脂103。图3示出了导电微粒102采用碳纳米管，并通过树脂103粘附于柔性纱线101表面的显微图(使用扫描电子显微镜拍照得到)。树脂103的材质选取也是本发明的一个重要方面。为了适于染线工艺以及环保要求，发明人经过大量实验筛选，其标准如下1、出于环保方面考虑，树脂必须为水性；2、树脂成膜后必须具有较好的力学性能如拉伸强度、对线体好的附着力、韧性等；3、树脂成膜后具有较好的耐化学介质性能、适合长期在一定温度下使用的耐老化性；4、树脂成膜后，玻璃化转变温度要低，在零度以下不发生脆断。经过实验发现树脂103可以为水性的单组分树脂。该单组分树脂可以包括单组分聚氨酯、单组分丙烯酸中的一种或几种的组合。该单组分树脂具体可以包括HA8820、WL—160、WL—5180、HD2535、S—20、BA—2100中的一种或几种的组合。这些材质的水性单组份树脂对棉线等柔性纱线具有较高的附着力。

如图4和图5所示，上述的柔性导线的制备方法通常可以包括如下步骤：

1、提供柔性纱线101，该柔性纱线的材质可以采用上文所述的材料。

2、提供染料10，该染料10包括导电微粒102、树脂103和溶剂104。导电微粒102和树脂103的材质可以采用上文所述的材料。溶剂104可以包括水、有机溶剂中的一种或多种的组合。

该染料10的制备方法可以包括如下步骤：

2.1、提供导电微粒102、树脂103和溶剂104；

2.2、将导电微粒102、树脂103和溶剂104进行球磨形成混合溶液。

3、将染料10附着于柔性纱线101表面。具体方法可以包括：涂覆、喷涂、浸渍中的一种或多种的组合。

4、固化形成柔性导线1。可以采用自然晾干，也可以采用烘焙固化。

经过比较发现，适合染线的树脂若选取水性单组份树脂，其在固化前具有以下特性中的一种或多种：a、离子型，阴离子型居多，同时也包括部分阳离子型；b、固含量为25—60％；c、PH值为3—10；d、黏度为50—3000mpa·s；e、最低成膜温度为-5—50℃。

通过上述方法制备的柔性导线1具有良好的导电性能和柔韧性，且工艺简单。但经过发明人大量实验，发现上述方法制备的柔性导线1存在不均匀的现象。为了提高柔性导线1的均匀性，可以通过提供染料10的均匀性得到解决。发明人在染料10中添加了一种或多种水性分散剂来解决导电涂料导电性均匀的问题。分散剂可以包括硅酸盐或碱金属磷酸盐或如下有机物：三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯的一种或几种的组合。发现当选用以下规格的分散剂时可以很好的解决导电涂料导电性均匀的问题，如BYK—190、760W、7160W等。这类分散剂具有如下特征中的一种或多种：1、为一种嵌段共聚物分散剂，能吸附在颜料表面，利用空间位阻效应防止颜料絮凝，使涂料的色相和着色力稳定；2、非离子型有机衍生物——含高颜料亲和基团聚合物和表面活性物的水溶液或带颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液；3、阴离子型聚合物分散剂。该分散剂经过固化步骤后可以粘附于柔性纱线101表面。

另外，为了解决柔性导线1在应用的过程中，容易出现掉色、甚至部分导电微粒102和树脂103从柔性纱线101上脱落的问题。经发明人研究发现，可以通过增强导电微粒102和树脂103对柔性纱线101的附着力得以解决。经过大量实验筛选，发明人在染料10中添加了水性附着力促进剂，成功的解决了导电微粒102和树脂103对柔性纱线101的附着力差的问题。该水性附着力促进剂可以包括树脂类、钛酸酯偶联剂类和硅烷偶联剂类中的一种或多种的组合，如6151、A—151、EP-DS 1300、4509中的一种或几种的组合。附着力促进剂具有如下特性中的一种或多种：a、硅烷偶联剂或改性硅烷偶联剂；b、具有两亲性的小分子改性树脂。该附着力促进剂经过固化步骤后可以粘附于柔性纱线101表面。

另外，除了水性附着力促进剂外，还可以在染料10中添加促染剂、固色剂、消泡剂中的一种或多种。该促染剂可以包括dp、dp—1中一种或几种的组合。固色剂可以为阳离子活性季铵盐、反应型无醛有机固色剂、阳离子型无醛固色剂中的一种或几种的组合，例如运泽/YZ固色剂。该消泡剂可以为烷基有机盐类、有机硅化合物类中的一种或几种的组合，例如BYK-024。这些促染剂、固色剂、消泡剂经过固化步骤后可以粘附于柔性纱线101表面。

上述染料中可以包括多种成分，下面根据染料中的成分的不同给出各成分的质量百分比。

配方一：染料包括导电微粒、树脂和溶剂，染料中各成分的质量百分比为：导电微粒10％-80％、树脂5％-45％、溶剂0％-40％。

配方二：染料包括导电微粒、树脂、溶剂和分散剂，染料中各成分的质量百分比为：导电微粒10％-80％、树脂5％-45％、溶剂0％-40％、分散剂0％-5％。

配方三：染料包括导电微粒、树脂、溶剂、分散剂、附着力促进剂、消泡剂，染料中各成分的质量百分比为：导电微粒10％-78％、树脂5％-45％、溶剂0％-40％、分散剂0％-5％、附着力促进剂1％-8％、消泡剂1％-5％。

配方四：染料包括导电微粒、树脂、溶剂、分散剂、附着力促进剂、消泡剂、固色剂，染料中各成分的质量百分比为：导电微粒10％-78％、树脂5％-45％、溶剂0％-40％、分散剂0％-5％、附着力促进剂1％-8％、消泡剂1％-5％、固色剂1％-5％。

配方五：染料包括导电微粒、树脂、溶剂、分散剂、附着力促进剂、固色剂、促染剂，染料中各成分的质量百分比为：导电微粒10％-78％、树脂5％-45％、溶剂0％-40％、分散剂0％-5％、附着力促进剂1％-8％、促染剂1％-5％。

本发明的实施例还提供了一种导电织物100，包括上述的柔性导线1。如图6所示，该导电织物100还包括第二柔性纱线2。柔性导线1与第二柔性纱线2编织在一起形成导电织物100。第二柔性纱线2可以采用柔性导线1中的柔性纱线101相同的材质。第二柔性纱线2也包括绝缘纤维，通常由绝缘纤维纺纱而成。其材质可以是植物纤维、动物纤维、合成纤维中、复合纤维中的一种或几种的组合。其中，植物纤维可以包括棉、麻中的一种或几种的组合；动物纤维可以包括毛发、蚕丝中的一种或几种的组合；合成纤维可以包括尼龙、涤纶、腈纶、丙纶、锦纶、氯纶中的一种或几种的组合。这种特殊的织物可以以棉线等纤维为载体，材料质软，与皮肤亲和性好。其表面导电微粒导电性能优越，其电阻率低、耐老化性好。另外，柔性导电线材1可以与常规纤维材料进行混合纺织成布料，还可以单独进行机织、针织、编结成布材。

若在导电织布两端以铜线织出两个电极，并通电，则可使织布发热，使其具有发热的作用。本发明的实施例还提供了一种发热织物200，包括上述的柔性导线1和第二导线3和第三导线4。图7中以柔性导线1形成导电织物为例进行说明。第二导线3和第三导线4与柔性导线1电连接，第二导线3和第三导线4的电导率大于柔性导线1。第二导线3和第三导线4通常为金属材质，例如铜、铝、铁等。另外，发热织物200通常还包括电源5。该电源5的两端分别电连接于第二导线3和第三导线4，使得电流能够在第二导线3、柔性导线1、第二导线4、电源5形成的闭合回路中运行。电流流经柔性导线1时使得柔性导线1发热。该电源5的电压可以有多种选择，一般电压范围为：12V—220V。根据不同的应用场合、调整应用电压，控制发热温度。一般与人体接触的领域推荐36V以下电压，非与人体接触的领域推荐36—220V电压。该导电织物200可以为电热毯，也可以是理疗毯、装饰毯、汽车内饰(如坐垫、靠背)、保暖衣服、大棚保温毯、种植加热毯、保暖帐篷、保温苫布等。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种柔性导线，包括：柔性纱线、导电微粒和树脂，所述导电微粒通过所述树脂粘附于所述纱线表面，所述纱线包括绝缘纤维；所述柔性导线还包括粘附于所述纱线表面的分散剂；所述分散剂为嵌段共聚物分散剂，或非离子型有机衍生物，或阴离子型聚合物；所述导电微粒包括碳纳米管、石墨烯、碳纤维、富勒烯、石墨中的一种或几种的组合；所述柔性导线还包括粘附于所述纱线表面的附着力促进剂，所述附着力促进剂具有如下特性中的一种或多种：a、硅烷偶联剂或改性硅烷偶联剂；b、具有两亲性的小分子改性树脂；c、钛酸酯偶联剂；所述树脂为水性的单组分树脂，单组分树脂具体包括HA8820、WL—160、WL—5180、HD2535、S—20、BA—2100中的一种或几种的组合；所述分散剂包括硅酸盐或碱金属磷酸盐或如下有机物：三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯的一种或几种的组合。

2.根据权利要求1所述的柔性导线，其特征在于，所述绝缘纤维包括植物纤维、动物纤维、合成纤维、复合纤维中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求2所述的柔性导线，其特征在于，所述植物纤维包括棉、麻中的一种或几种的组合，所述动物纤维包括毛发、蚕丝中的一种或几种的组合，所述合成纤维包括尼龙、涤纶、腈纶、丙纶、氯纶中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的柔性导线，其特征在于，所述柔性导线还包括粘附于所述纱线表面的促染剂、固色剂、消泡剂中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的柔性导线，其特征在于，所述固色剂为阳离子活性季铵盐、反应型无醛有机固色剂、阳离子型无醛固色剂中的一种或几种的组合，所述消泡剂为烷基有机盐类、有机硅化合物类中的一种或几种的组合。

6.权利要求1-5任一项所述的柔性导线的制备方法，包括

提供所述柔性纱线；

提供染料，所述染料包括所述导电微粒、所述树脂和溶剂；

将所述染料附着于所述柔性纱线表面；

固化形成所述柔性导线。

7.根据权利要求6的所述制备方法，其特征在于，将所述染料附着于所述柔性纱线表面的方法包括涂覆、喷涂、浸渍中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水、有机溶剂中的一种或多种的组合。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述染料的制备方法包括：提供所述导电微粒、树脂和溶剂，将所述导电微粒、树脂和溶剂进行球磨形成混合溶液。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述染料中各成分的质量百分比为：导电微粒10％-80％、树脂5％-45％、0<溶剂≤40％。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述染料还包括分散剂、附着力促进剂、消泡剂，所述染料中各成分的质量百分比为：导电微粒10％-78％、树脂5％-45％、0<溶剂≤40％、0<分散剂≤5％、附着力促进剂1％-8％、消泡剂1％-5％。

12.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述染料还包括分散剂、附着力促进剂、固色剂、促染剂，所述染料中各成分的质量百分比为：导电微粒10％-78％、树脂5％-45％、0<溶剂≤40％、0<分散剂≤5％、附着力促进剂1％-8％、促染剂1％-5％。

13.一种导电织物，包括权利要求1-5任一项所述的柔性导线。

14.根据权利要求13所述的导电织物，其特征在于，所述导电织物还包括第二柔性纱线，所述柔性导线与所述第二柔性纱线编织在一起。

15.一种发热织物，包括权利要求1-5任一项所述的柔性导线和第二导线和第三导线，所述第二导线和第三导线与所述柔性导线电连接，所述第二导线和第三导线的电导率大于所述柔性导线。

16.根据权利要求15所述的发热织物，其特征在于，所述发热织物还包括电源，所述电源的两端分别电连接于所述第二导线和第三导线。