CN104995344A

CN104995344A - 导电织物

Info

Publication number: CN104995344A
Application number: CN201480008820.3A
Authority: CN
Inventors: F·德里德; F·兰克曼斯
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: EP2971302B1; EP2971302A2; CN104995344B; BE1021658B1; WO2014139825A2; WO2014139825A3; RU2015143622A

Abstract

一种导电织物，包括：经向上的一组导电纱线、一组不导电纱线和均匀分布的一组捆扎纱线；纬向上的一组导电纱线和一组不导电纱线，其中，经向和纬向上的各组导电纱线具有大致相同的密度，并且这些组中的纱线具有相同的电导率；所述一组捆扎纱线经由与所述经向上的一组导电纱线的纱罗编织来提供所述经向上的一组导电纱线和所述纬向上的一组导电纱线之间的连接。

Description

导电织物

技术领域

本发明涉及一种在经向和纬向上以及在与经向和纬向成一角度的方向上导电的编织导电织物。这样的导电织物可以例如用于电加热元件、用于纺织电子器件、用作传感器以及用于电磁屏蔽，该纺织电子器件是基本上由纺织结构构成的电组件(例如，诸如服装中的导电纺织品)。

背景技术

用于电加热元件或者用于纺织电子组件的导电织物是已知的。例如，US2004/173028描述了汽车座椅中的导电织物用于汽车座椅加热和用作传感器的组合使用。

US 3,472,289描述了金属长丝纱线用作电导体的若干纺织织物。该公开物描述了这样的织物作为加热元件的应用。然而，这些织物并不是对于所有应用都是最佳的，并且显示出若干缺点。

EP2206813A1涉及一种包括纱罗编织的织物的纺织产品，该纱罗编织的织物包含在两个方向上延展的导电纱线。根据编织技术，用于将织物的导电纱线连接到电流源或电路；以及与导电纱线电接触的导电连接纱线的一部分的长度被集成在织物中。通过分段集成在织物中的导电浮纱形成连接纱线。

发明内容

本发明的目的是提供一种满足如下要求的组合的导电织物：

-在经向和纬向上、而且还在与经向和纬向成一角度的方向上具有足够的各向同性的电导率(还在且尤其是在使用该织物的状况下具有足够的各向同性的电导率)。优选地，与经向和纬向成45°角的方向上的表面电阻率最大为经向和纬向上的表面电阻率的平均值的6倍。足够的各向同性在使用织物的如下状况下尤其重要：在这些状况下，以电极之间的直接连接不在经向或纬向上的这样的方式将电极连接到织物。

-织物必须具有纺织特性。纺织特性意指织物必须感觉像纺织织物，更具体地说是纺织纤维感觉，就像通过具有天然纤维(棉花、羊毛)或合成纤维或长丝(聚酯、聚酰胺……)的织物所获得的那样。

-在循环荷载(loading)(例如，循环弯曲荷载)中具有优良的耐久性，并且在循环荷载之后足够地维持电导率，以及

-优选地，抗腐蚀。

优选的织物具有良好的透气性和/或提供优良的电磁屏蔽。

这些目的通过一种导电织物来达成，所述导电织物包括：

-织物的经向上的一组导电纱线，这些纱线在织物的宽度上均匀地分布；

-织物的纬向上的一组导电纱线，优选地这些纱线在织物的长度上均匀地分布；

-织物的经向上的一组不导电纱线，优选地这些纱线在织物的宽度上均匀地分布；

-织物的纬向上的一组不导电纱线，优选地这些纱线在织物的长度上均匀地分布；

-织物的经向上的一组捆扎纱线，这些捆扎纱线在织物的宽度上均匀地分布；这些纱线优选地不导电，

其中

-经向上的一组导电纱线的密度与纬向上的一组导电的纱线的密度大致相等；

-当以纱线的每一长度单位考虑时，经向上的导电纱线和纬向上的导电纱线具有相同的电导率；

-一组捆扎纱线经由与经向上的一组导电纱线的纱罗编织来提供织物中经向上的一组导电纱线和纬向上的一组导电纱线之间的连接。

当在不同方向上测量表面电阻率时，这样的织物提供表面电阻率的足够的各向同性。

织物的表面电阻率意指通过将两个电极放置在织物上而测量的电阻。这两个电极被定位为以距离D彼此平行。电极的宽度也等于D，使得各边等于D的方形的织物被电极包围。用于确定表面电阻率的长度D为10cm。

传统的纺织织物(诸如编织织物或针织织物)具有由导电纱线的结构和定位引起的表面电阻率的高的固有各向异性：表面电阻率强烈地取决于它被测量的方向。当电极被定位为使得电极之间的最短距离在经纱或纬纱的方向上时(当这些纱线导电时)，那么表面电阻率比当电极之间的最短距离与经纱和纬纱成一角度(例如，45°角)时低得多。然而，当在不同方向上测量表面电阻率时，本发明的织物具有足够程度的各向同性。目标是45°方向上的表面电阻率与经向和纬向上的表面电阻率的平均值的比率最大为6。

本发明的导电织物通过其特征的协同组合而具有若干特定性质：

-织物的表面电阻率在经向和纬向上是各向同性的。优选地，经向上的表面电阻率最多比纬向上的表面电阻率高10％或低10％。

-其它方向上的表面电阻率的各向异性受限(例如，当在其它方向上(例如，在45°方向上)测量表面电阻率并且将该表面电阻率与经向和/或纬向上的表面电阻率进行比较时)，使得表面电阻率足够地各向同性。

-在织物的机械荷载(包括在循环动态荷载时，例如，在一个或多个方向上的拉伸荷载中、在剪切中以及在弯曲中)时和该机械荷载之后，保持电导率和电导率的各向同性。

-织物在循环弯曲中具有耐久性，以保持其电性质，包括(用表面电阻率表示的)电导率的各向同性。

-织物的可悬垂性良好，使得除了扁平形状之外的形状可以被织物覆盖。

-织物具有纺织特性。

优选地，相同的纱线用于经向上的一组导电纱线以及纬向上的一组导电纱线。尤其是在织物的机械荷载中获得了更好的各向同性。

优选地，经向上的一组不导电纱线的密度(每cm纱线的数量)为经向上的一组导电纱线的密度(每cm纱线的数量)的至少五倍，优选地，至少10倍。

优选地，纬向上的一组不导电纱线的密度(每cm纱线的数量)为纬向上的一组导电纱线的密度(每cm纱线的数量)的至少五倍，优选地，至少10倍。

优选地，经向上的导电纱线在织物中的卷曲小于5％，更优选地，小于2％。

优选地，经向上的捆扎纱线在织物中的卷曲比经向上的导电纱线在织物中的卷曲至少高5％(绝对百分比)。

优选地，经向上的捆扎纱线在织物中的卷曲在2％和20％之间；更优选地，在7％和20％之间。

优选地，经向上的不导电纱线的卷曲在2％和10％之间。

优选地，纬向上的不导电纱线的卷曲在2％和10％之间。

更优选地，纬向上的导电纱线在织物中的卷曲小于10％，更优选地，小于5％，甚至更优选地，小于2％。

可以获得具有高透气性的织物。优选地，织物的透气性大于1000升/(dm².min)，其中，测量是在100Pa的低压(under pressure)下、根据BS5636:1990执行的。更优选地，透气性大于2000升/(dm².min)并且例如小于3000升/(dm².min)。

此外，可以制造电导率相当低(例如，在经向上测量时的表面电阻率在0.1至10Ohm的范围内、优选地在1和10Ohm之间的范围内、更优选地在5和10Ohm之间的范围内的织物)并且仍然具有所提及的有利性质的织物。

优选地，纱罗编织通过将一组捆扎纱线中的每根纱线相对于经向上的一组导电纱线中的一根纱线捻转而形成，每次纬向上的一组导电纱线中的一根纱线在它们之间。

本发明的具体目的是提供这样的织物，当在织物的经向上测量时表面电阻率的范围在0.1和10Ohm之间(优选地在1和10Ohm之间，更优选地在5和10Ohm之间)，因为这样的织物对于例如用于加热汽车座椅的加热元件的应用是令人关注的。

在优选实施例中，经向上的一组不导电纱线和纬向上的一组不导电纱线通过经典的编织而彼此连接(经典的编织意指编织不是纱罗编织；可以使用的编织的例子是平纹编织、斜纹编织和缎纹编织，或从这些编织衍生的编织)。优选地，在多于两根的纱线上不存在浮纱。

在具体实施例中，经向上的一组导电纱线和纬向上的一组不导电纱线之间的连接通过经典的编织而获得(经典的编织意指编织不是纱罗编织；可以使用的编织的例子是平纹编织、斜纹编织和缎纹编织，或从这些编织衍生的编织)。优选地，在多于两根的纱线上不存在浮纱。

在本发明的实施例中，经向上的一组不导电纱线和纬向上的一组导电纱线之间的连接通过经典的编织(例如，平纹编织、斜纹编织或缎纹编织，或者衍生的编织)而获得。优选地，在多于两根的纱线上不存在浮纱。

在实施例中，纬向上的一组不导电纱线和经向上的一组捆扎纱线之间的连接通过经典的编织(例如，平纹编织、斜纹编织或缎纹编织，或者衍生的编织)而获得，优选地，在多于两根的纱线上不存在浮纱。

这些实施例独自地以及组合地提供当机械地荷载织物时更好地保持织物性质的益处(包括电性质和电导率的各向同性以及它们在动态荷载中、还有弯曲荷载中的耐久性(durability))。

在优选实施例中，经向上的一组不导电纱线和纬向上的一组不导电纱线通过纱罗编织而彼此连接。为此，经向上的附加的一组捆扎纱线可以是可用的；该附加的一组可以与经向上的不导电纱线组合构成纱罗编织，纬向上的不导电纱线在它们之间。优选地，纬向上的导电纱线还经由纱罗编织连接到经向上的不导电纱线，该纱罗编织由经向上的不导电纱线与经向上的附加的一组捆扎纱线组合构成。优选地，该附加的一组捆扎纱线中的纱线在结构和组成上和与经向上的一组导电纱线构成纱罗编织的一组捆扎纱线相同。

这些实施例独自地以及组合地提供当机械地荷载织物时更好地保持织物性质的益处(包括电性质和电导率的各向同性以及它们在动态荷载中、还有弯曲荷载中的耐久性)。

优选地，经向上的一组不导电纱线和/或纬向上的一组不导电纱线包括单丝纱线、或多丝纱线、或从纤维纺成的纱线，优选地，用聚合材料制成。

更优选的是用聚酯或聚酰胺(例如细于600dtex(分特)，例如，细于200dtex)制成的多丝纱线。这样的纱线有益于织物的耐久性。

在纬向上的一组不导电纱线中使用纹理化多丝纱线和/或在经向上的一组不导电纱线中使用纹理化多丝纱线对于获得导电织物的良好的透气性是优选的。

优选地，热稳定(热定型)纱线用于各组不导电纱线的组中的一组或两组。

优选地，热稳定(热定型)纱线用于一组捆扎纱线，例如，50-2000dtex范围内(例如100-600dtex范围内，例如100-500dtex范围内，例如165dtex，或例如550dtex)的纹理化聚酯多丝。在本发明的实施例中，当在织物的经向上测量时导电织物的表面电阻率在1和10Ohm之间。

在本发明的实施例中，当捆扎同一纬纱纱线时，一组捆扎纱线中的捆扎纱线的一部分在S方向上具有纱罗编织，而该一组捆扎纱线中的捆扎纱线的另一部分在Z方向上具有纱罗编织。优选地，当在织物的宽度单位上考虑(并且针对导电纬纱考虑)时，在S方向上构成纱罗编织的捆扎纱线的数量基本上等于在Z方向上构成纱罗编织的捆扎纱线的数量。随着织物在机械荷载时保持更稳定，随着织物更均匀地变形，在织物的机械荷载时该实施例的表征的特征协同地进一步保持织物(在纬向和经向上，而且还在其它方向上)的(表面电阻率的)电导率的各向同性。

在本发明的实施例中，经向上的一组导电纱线中的导电纱线和纬向上的一组导电纱线中的导电纱线包括金属纤维和/或金属长丝；优选地包括不锈钢纤维和/或不锈钢长丝。优选地，使用金属单丝或金属多丝，因为它们在机械荷载时(例如，在织物的拉伸荷载中)的电导率的变化小。然而，还可以使用纺纱，例如，用不导电纤维(例如，包括棉花和/或聚酯)和金属纤维(例如，用不锈钢制成)制成的混纺纱。

金属长丝(意味着具有几乎无限的长度)的使用优于金属纤维(其具有特定长度)的使用。纤维被纺成纱线。长丝(独自地(单丝)或被组合(捻转、弯折、用缆线捆绑)成一根纱线(或多根纱线))提供表面电阻率的各向同性得到改进的织物。

优选地，使用由不锈钢制成的长丝。不锈钢多丝纱线的使用提供织物的循环荷载中的耐久性的协同改进。可以例如使用集束拉拔技术来制作用不锈钢制成的多丝。这样的多丝具有表征的六边形截面。

作为经向和纬向上的导电纱线的金属多丝纱线的捻转优选地为每米至少40匝，以及优选地每米少于200匝。这样的捻转改进织物的电导率的各向同性。

在优选实施例中，经向和纬向上的导电纱线是用不锈钢制成的多丝纱线，例如，集束拉拔的不锈钢长丝。优选地，这样的纱线的捻转为每米至少40匝，以及优选地每米少于200匝。这样的捻转改进织物的电导率的各向同性。

金属纤维或金属长丝作为导电纱线的使用或者在导电纱线中的使用提供如下附加益处：导电织物提供对于电磁辐射的良好的屏蔽性质。

在实施例中，织物的覆盖因子高于0.5，优选地高于0.7。覆盖因子意指被织物的纱线覆盖的表面与织物的表面的比率。覆盖因子等于1意味着：织物的整个表面被覆盖，并且在织物中纱线之间不存在空隙。在覆盖因子等于0.5时，因为在织物中纱线之间存在空隙，所以一半表面被织物的纱线覆盖而一半表面不被覆盖。该实施例的这个附加特征有助于并且提高在机械荷载时织物的各向同性的电导率的保持。

在本发明的具体实施例中，织物在经向上的表面电阻率最多比纬向上的表面电阻率高10％或低10％。

在优选实施例中，与经向上的一组导电纱线成45°角的方向上的表面电阻率最大为经向和纬向上的表面电阻率的平均值的六倍。优选地最大为经向和纬向上的表面电阻率的平均值的五倍，更优选地最大为三倍，甚至更优选地最大为两倍。

在本发明的所描述的任何实施例中的具体实施例中，织物包括电连接器，电流和/或电压可以经由该电连接器施加于织物。

导电织物提供对于大于织物中导电纱线之间的距离的尺寸十倍的波长的电磁辐射的有效屏蔽。因此，为了适当地屏蔽电磁辐射，连续的导电纱线之间的距离优选地最大为3cm，更优选地最大为1cm，甚至更优选地最大为6mm。由于该特征的协同效应，(连续导电纱线之间的距离有限的)这样的织物具有织物的表面电阻率的改进的各向同性。

本发明的第二方面是本发明的第一方面的导电织物作为传感器、电容器、电子组件(例如，纺织电子组件)中的一部分、或电加热元件的使用。

根据本发明的织物可以例如用于加热元件，例如，用于服装(外套、内衣、围巾或披肩)，用于汽车座椅加热或用于加热家用座椅，或者用于纺织电子组件或用作纺织电子组件(例如用于服装(电或电子织物)中的过程控制，例如用作传感器)。

具体实施方式

本发明的示例性织物包括以下的多组纱线：

-经向上的一组捻转的不锈钢多丝纱线(例如，如下的多丝纱线，这些多丝纱线是200束拉拔的不锈钢长丝，每束直径为40μm，以每米200匝在Z方向上捻转在一起)，其密度为每厘米两根纱线。这些纱线在织物中的卷曲为1％。

-经向上的用聚酯制成的一组捆扎纱线，例如，单丝480/1dtex，其密度为每厘米两根纱线。这些纱线在织物中的卷曲为7％。

-经向上的一组聚酯多丝纱线(例如，167/1dtex或550/1dtex)，其密度为每厘米14根纱线。这些纱线在织物中的卷曲为5％。

-纬向上的一组捻转的不锈钢多丝纱线(例如，如下的多丝纱线，这些多丝纱线包括200束拉拔的不锈钢长丝，每束直径为14微米，以每米200匝在Z方向上捻转在一起)，其密度为每厘米两根纱线。这些纱线在织物中的卷曲为2％。

-纬向上的一组聚酯多丝纱线(例如，167/1dtex，或者例如550/1dtex)，其密度为每厘米14根纱线。这些纱线在织物中的卷曲为5％。

经向和纬向上的各组聚酯多丝纱线通过平纹编织连接。

纬向上的一组导电纱线可以通过平纹编织与经向上的一组聚酯多丝纱线连接。

经向上的一组导电纱线和经向上的一组捆扎纱线不与纬向上的一组聚酯纱线交织，但是一个组在纬向上的该组聚酯多丝纱线的上方延展，另一个组在该组聚酯多丝纱线的下方延展。

每根捆扎纱线与经向上的一组捻转的不锈钢多丝纱线中的一根纱线构成纱罗编织，每次纬向上的一组捻转的不锈钢多丝纱线中的一根纱线在它们之间。

织物的表面电阻率在经向上为0.2Ohm，在纬向上为0.2Ohm，在与经向和纬向成45°角的方向上为1Ohm。

透气性为1370l/(dm².min)，其中，测量是在100Pa的低压下、根据BS5636:1990执行的。该织物可以容易地弯曲(例如，直到小的弯曲半径)，并在机械荷载时(包括在超过180°的循环弯曲荷载时)具有优良的耐久性。当织物被机械地荷载时，织物的表面电阻率的变化是有限的。

在以1mm的弯曲半径弯曲之后，被测试的织物样品的表面电阻率最多增大10％。

作为替代，还可以通过纱罗编织来连接经向和纬向上的各组聚酯多丝纱线。为此，经向上的附加的一组捆扎纱线可以是可用的，例如，该附加的捆扎纱线就结构和组成而言可以和与经向上的一组导电纱线构成纱罗编织的一组捆扎纱线相同。该附加组可以与经向上的不导电纱线组合构成纱罗编织，纬向上的不导电纱线在它们之间。优选地，纬向上的导电纱线也经由纱罗编织连接到经向上的不导电纱线，该纱罗编织由经向上的不导电纱线与经向上的附加的一组捆扎纱线组合构成。这样的织物也提供优良的性能结果。

不同实施例和例子的特征可以组合，其中，这样的组合被本发明的范围所覆盖。

Claims

1.一种导电织物，包括：

-织物的经向上的一组导电纱线，该组中的纱线在织物的宽度上均匀地分布；

-织物的纬向上的一组导电纱线；

-织物的经向上的一组不导电纱线；

-织物的纬向上的一组不导电纱线；

-织物的经向上的一组捆扎纱线，所述捆扎纱线在织物的宽度上均匀地分布，

其中

-所述经向上的一组导电纱线的密度和所述纬向上的一组导电纱线的密度大致相等；

-经向和纬向上的导电纱线具有相同的电导率；

-所述一组捆扎纱线通过与所述经向上的一组导电纱线的纱罗编织来提供织物中所述经向上的一组导电纱线和所述纬向上的一组导电纱线之间的连接。

2.根据权利要求1所述的导电织物，其中，所述经向上的一组不导电纱线和所述纬向上的一组不导电纱线通过纱罗编织彼此连接。

3.根据权利要求1所述的导电织物，其中，所述经向上的一组不导电纱线和所述纬向上的一组不导电纱线通过经典的编织彼此连接。

4.根据前面的任一项权利要求所述的导电织物，其中，当在织物的经向上测量时，织物的表面电阻率在0.1至10Ohm之间。

5.根据前面的任一项权利要求所述的导电织物，其中，所述一组捆扎纱线中的捆扎纱线的一部分在S方向上构成纱罗编织，而所述一组捆扎纱线中的捆扎纱线的另一部分在Z方向上构成纱罗编织。

6.根据前面的任一项权利要求所述的导电织物，其中，所述经向上的一组导电纱线中的导电纱线和所述纬向上的一组导电纱线中的导电纱线包括金属纤维和/或金属长丝。

7.根据权利要求6所述的导电织物，其中，所述经向上的一组导电纱线中的导电纱线的电导率和所述纬向上的一组导电纱线中的导电纱线的电导率通过这些纱线中的金属长丝而获得。

8.根据前面的任一项权利要求所述的导电织物，其中，织物的覆盖因子大于0.5。

9.根据前面的任一项权利要求所述的导电织物，其中，织物在经向上的表面电阻率最多比纬向上的表面电阻率高10％或低10％。

10.根据前面的任一项权利要求所述的导电织物，其中，与所述经向上的一组导电纱线成45°角的方向上的表面电阻率最大为经向和纬向上的表面电阻率的平均值的6倍。

11.根据前面的任一项权利要求所述的导电织物，其中，织物包括电连接器，电流和/或电压可以经由该电连接器施加于织物。

12.根据前面的任一项权利要求所述的导电织物在电加热元件中的使用、和/或作为电子组件的一部分的使用、和/或作为传感器的使用，该电子组件例如是纺织电子组件。