CN105479887B - 一种具有调节体温功能的热敏服装材料及其制备方法 - Google Patents

一种具有调节体温功能的热敏服装材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有调节体温功能的热敏服装材料及其制备方法，通过在热敏材料中应用基于PTC效应制备的电路层使热敏材料具有调节体温的功能，同时在电路层中设置微型压力感测器，检测因发热而膨胀的发热电阻带来的侧方压力，输出控制信号，主动减小施加给发热电阻的电压。通过这样的设置，更好地利用了电源的能源，有利于环保和节约。

Description

一种具有调节体温功能的热敏服装材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及热敏服装材料领域，尤其涉及一种具有调节体温功能的热敏服装材料及其制备方法。
背景技术
通过使用发热布料或在服装中放置发热片，从而增加服装的保暖能力，达到抵御寒冷的效果，已经在现有技术中被广泛应用。最典型的就是生活中常见的暖宝宝，具有使用方便、价格便宜、发热充分的优点。然而，暖宝宝存在发热量过高的可能，并且属于一次性用品，用后丢弃会对环境带来污染。
现有技术中还使用了通电发热的发热布料或发热片，这种方式使得发热布料或发热片可以重复使用，但由于电路基于丝状、线状电阻构造，可能存在电阻丝断开或短路等故障风险，并且发热量也不易控制，存在一定的安全隐患。
近来，基于PTC(Positive Temperature Coefficient)效应制备的热敏服装材料正在兴起。通电之后，PTC热敏材料的电阻值随着温度的升高而增加，也就是说，温度越高，电阻值越高，电流被限流，发热量也就逐渐被控制，因此可以起到将温度限定在一定范围之内的效果。这样的热敏材料具有良好的调节体温功能。
然而，PTC热敏材料虽然很好地限制了材料过度发热，调节了体温，但由于这种材料在工作过程中提高了电阻值，造成了一定的能量浪费。同时，由于通常需要利用小体积的便携电池为服装加热，造成的能量浪费会加速电池消耗，导致电池需要频繁更换，也不利于环保和节约。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有调节体温功能的热敏服装材料，其特征在于，热敏材料直接用于或缝制于服装的腰部和后心位置，对腰部位置的热敏材料的供电优先级大于后心位置的热敏材料，热敏材料通过导线连接到自动调节模块，电源置于自动调节模块中；水平放置的热敏材料包括由上到下的第一外观层、第一粘连层、第一绝缘层、电路层、第二绝缘层、第二粘连层、第二外观层，其中第一外观层和第二外观层为轻薄布料，使得热敏材料具有和普通布料同样的外观，第一粘连层和第二粘连层由聚酯与聚烯烃共聚物、聚酰胺、聚醚砜、乙烯与醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体组合制成，第一绝缘层和第二绝缘层为聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的柔性绝缘层；电路层位于第一绝缘层和第二绝缘层之间，在第二绝缘层上设计电路图形，并通过填充剂结合第一绝缘层、电路层和第二绝缘层，电路层中包括电极以及发热电阻，并根据设计好的电路图形，在第二绝缘层上印刷电路，将常温银浆印刷在电极位置形成电极，将发热碳浆印刷为矩形、菱形或圆形封闭状形成发热电阻，多个电极和发热电阻构成了电路层电路，该常温银浆中的银的质量含量为60％-70％，并包含粘合剂、溶剂、助剂，该发热碳浆包含质量含量为45％-50％的连接料以及15％-20％的石墨，并包含稀释剂和助剂，发热碳浆并没有完全印刷覆盖第二绝缘层，在发热电阻边缘布置有微型压力感测器并印刷有信号线；微型压力感测器包括与发热电阻的膨胀部分面积匹配的感应膜，其第一侧面用于与膨胀部分相接触时，感应膨胀部分带来的压力，其第二侧面的外围固定于第一感应电极和第二感应电极的第一侧面，与绝缘基座不发生接触，形成中空空间，不影响感应膜产生形变，第一感应电极和第二感应电极的第二侧面与绝缘基座接触，固定在绝缘基座上，并通过测量第一感应电极和第二感应电极之间的电阻值变化检测感应膜所受到的压力；感应膜受到与膨胀部分接触带来的压力发生形变时，第一感应电极和第二感应电极之间的电阻值变化超过设定好的阈值，则微型压力感测器通过信号线输出控制信号至自动调节模块，减小施加给发热电阻的电压。
本发明还提供了一种具有调节体温功能的热敏服装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，形成微型压力感测器43；在成型绝缘基座上沉积导电材料形成导电层，并蚀刻导电层形成第一感应电极和第二感应电极，使第一感应电极和第二感应电极的第二侧面固定在绝缘基座上，将感应膜附着到第一感应电极和第二感应电极的第一侧面；S2，形成电路层；在聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的第二绝缘层上设计电路图形，定位电极以及发热电阻，并根据设计好的电路图形，在第二绝缘层上印刷电路，将常温银浆印刷在电极位置形成电极，将发热碳浆印刷为矩形、菱形或圆形封闭状形成发热电阻，多个电极和发热电阻构成了电路层电路，该常温银浆中的银的质量含量为60％-70％，并包含粘合剂、溶剂、助剂，该发热碳浆包含质量含量为45％-50％的连接料以及15％-20％的石墨，并包含稀释剂和助剂，发热碳浆并没有完全印刷覆盖第二绝缘层，在发热电阻的一侧固定微型压力感测器，同时印刷信号线；S3，形成热敏材料；通过填充剂结合第一绝缘层、电路层和第二绝缘层，第一绝缘层通过第一粘连层与第一外观层结合，第二绝缘层通过第二粘连层与第二外观层结合，由于第一外观层和第二外观层为轻薄布料，使得热敏材料具有和普通布料同样的外观，第一粘连层和第二粘连层由聚酯与聚烯烃共聚物、聚酰胺、聚醚砜、乙烯与醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体组合制成；S4，形成具有调节体温功能的热敏服装材料；将形成的热敏材料直接用于或缝制于服装的腰部和后心位置，对腰部位置的热敏材料的供电优先级大于后心位置的热敏材料，热敏材料通过导线连接到自动调节模块，电源置于自动调节模块中。
进一步地，上述感应膜为石墨烯膜或多晶硅膜。
附图说明
图1为在服装中使用热敏材料从而调节体温的示意图。
图2为本发明热敏材料的结构图。
图3为本发明热敏材料电路层的平面示意图。
图4为微型压力感测器结构的侧视图。
图5为本发明具有调节体温功能的热敏服装材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
图1示出了在服装中使用热敏材料从而调节体温的情况。如图1所示，腰部位置作为最需要保暖的位置之一，应用了热敏材料1。后心部位作为比较需要保暖的位置之一，应用了热敏材料2。由于本发明中通过电池对热敏材料通电以调节体温，在电池的电量供应有限的情况下，优先保证对最需要保暖的位置进行供电，若电量仍有余裕，才会对其他比较需要保暖的位置进行供电，也就是说，对腰部位置的热敏材料1的供电优先级大于后心位置的热敏材料2。通常而言，在开始供电发热时，为了防止节省电池能源，只对热敏材料1供电。图1还示出了控制热敏材料1和2调节体温的自动调节模块3，电源4置于自动调节模块3中，导线5将热敏材料1和2连接到自动调节模块3。
图2示出了本发明热敏材料1和2的结构，需要说明的是，热敏材料1和2的结构并无区别。如图2所示，水平放置的热敏材料1和2包括由上到下的第一外观层101、第一粘连层102、第一绝缘层103、电路层104、第二绝缘层105、第二粘连层106、第二外观层107。其中第一外观层101和第二外观层107为轻薄布料，使得热敏材料1和2具有和普通布料同样的外观。第一粘连层102和第二粘连层106由聚酯与聚烯烃共聚物、聚酰胺、聚醚砜、乙烯与醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体组合制成。第一绝缘层103和第二绝缘层105为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材质的柔性绝缘层。
电路层104位于第一绝缘层103和第二绝缘层105之间，在第二绝缘层105上设计电路图形，并通过填充剂结合第一绝缘层103、电路层104和第二绝缘层105。图3为电路的平面示意图。如图3所示，设计的电路中，示意了电极41以及发热电阻42，并根据设计好的电路图形，在第二绝缘层105上印刷电路。其中，将常温银浆印刷在电极位置形成电极41，将发热碳浆印刷为矩形、菱形或圆形封闭状形成发热电阻42，多个电极41和发热电阻42构成了电路层电路。其中，该常温银浆中的银的质量含量为60％-70％，并包含粘合剂、溶剂、助剂等。该发热碳浆包含质量含量为45％-50％的连接料以及15％-20％的石墨，并包含稀释剂和助剂等。由于电路层104中发热碳浆印刷为矩形、菱形或圆形封闭状，并没有完全印刷覆盖第二绝缘层105，当通电后发热电阻42发热时，电极41和发热电阻42都会因受热而发生膨胀，第二绝缘层105没有覆盖发热碳浆的部分虽然保持原状，但覆盖碳浆的部分也会发生膨胀，产生PTC效应，电极41和发热电阻42形成的发热体的整体阻值增大，此时，由于施加到电极41的电压没有改变，发热体电流减弱，发热功率降低，发热温度得到调节，不会过高，从而使人体保暖又不至过烫。
PTC效应产生时，由于发热体阻值增大，发热温度已经达到理想温度，阻值继续增大会造成能量浪费，因此本发明希望探测到电极41或发热电阻42因受热而发生的膨胀，通过主动控制，减小施加给发热电阻42的电压，防止阻值继续增大，节省能源。如图3所示的电路平面示意图中，在发热电阻42边缘布置了微型压力感测器43并印刷信号线44。当电极41和发热电阻42因受热而发生的膨胀时，与微型压力感测器43产生接触，微型压力感测器43检测到因发热电阻42膨胀带来的侧方压力，通过信号线44输出电信号至自动调节模块3，减小施加到电极41的电压。
图4为微型压力感测器43结构的侧视图。如图4所示，开始膨胀的发热电阻42的膨胀部分431已靠近微型压力感测器43。微型压力感测器43包括与膨胀部分431面积匹配的感应膜432，该感应膜432为石墨烯膜、多晶硅膜等，其第一侧面用于与膨胀部分431相接触时，感应膨胀部分431带来的压力。感应膜432的第二侧面的外围固定于感应电极433、434的第一侧面，与绝缘基座435不发生接触，从而形成中空空间，不影响感应膜432产生形变。感应电极433、434的第二侧面与绝缘基座435接触，从而感应电极433、434固定在绝缘基座435上，并通过测量感应电极433、434之间的电阻值变化检测感应膜432所受到的压力。
感应膜432受到膨胀部分431带来的压力发生形变时，感应电极433、434之间的电阻值变化超过设定好的阈值，则微型压力感测器43通过信号线44输出控制信号至自动调节模块3，主动减小施加给发热电阻42的电压。同时，在继续对热敏材料1供电之余，自动调节模块3控制电源4对热敏材料2供电。可见，通过这样的设置，更好地利用了电源的能源。
图5示出了本发明具有调节体温功能的热敏服装材料的制备方法。包括以下步骤：
S1，形成微型压力感测器43。在成型绝缘基座435上沉积导电材料形成导电层，并蚀刻导电层形成感应电极433、434，使感应电极433、434的第二侧面固定在绝缘基座435上，将感应膜432附着到感应电极433、434的第一侧面。
S2，形成电路层104。在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材质的第二绝缘层105上设计电路图形，定位电极41以及发热电阻42，并根据设计好的电路图形，在第二绝缘层105上印刷电路。其中，将常温银浆印刷在电极位置形成电极41，将发热碳浆印刷为矩形、菱形或圆形封闭状形成发热电阻42，多个电极41和发热电阻42构成了电路层电路。其中，该常温银浆中的银的质量含量为60％-70％，并包含粘合剂、溶剂、助剂等。该发热碳浆包含质量含量为45％-50％的连接料以及15％-20％的石墨，并包含稀释剂和助剂等。由于发热碳浆印刷为矩形、菱形或圆形封闭状，并没有完全印刷覆盖第二绝缘层105。在发热电阻42的一侧固定微型压力感测器43，同时印刷信号线44。
S3，形成热敏材料。通过填充剂结合第一绝缘层103、电路层104和第二绝缘层105，第一绝缘层103通过第一粘连层102与第一外观层101结合，第二绝缘层105通过第二粘连层106与第二外观层107结合，由于第一外观层101和第二外观层107为轻薄布料，使得热敏材料具有和普通布料同样的外观。其中，第一粘连层102和第二粘连层106由聚酯与聚烯烃共聚物、聚酰胺、聚醚砜、乙烯与醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体组合制成。
S4，形成具有调节体温功能的热敏服装材料。将形成的热敏材料1直接用于或缝制于服装的腰部位置，将形成的热敏材料2直接用于或缝制于服装的后心位置，对腰部位置的热敏材料1的供电优先级大于后心位置的热敏材料2，热敏材料通过导线5连接到自动调节模块3，电源4置于自动调节模块3中。
以上实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种具有调节体温功能的热敏服装材料，其特征在于，
热敏材料直接用于或缝制于服装的腰部和后心位置，对腰部位置的热敏材料的供电优先级大于后心位置的热敏材料，热敏材料通过导线连接到自动调节模块，电源置于自动调节模块中；
水平放置的热敏材料包括由上到下的第一外观层、第一粘连层、第一绝缘层、电路层、第二绝缘层、第二粘连层、第二外观层，其中第一外观层和第二外观层为轻薄布料，使得热敏材料具有和普通布料同样的外观，第一粘连层和第二粘连层由聚酯与聚烯烃共聚物、聚酰胺、聚醚砜、乙烯与醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体组合制成，第一绝缘层和第二绝缘层为聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的柔性绝缘层；
电路层位于第一绝缘层和第二绝缘层之间，在第二绝缘层上设计电路图形，并通过填充剂结合第一绝缘层、电路层和第二绝缘层，电路层中包括电极以及发热电阻，并根据设计好的电路图形，在第二绝缘层上印刷电路，将常温银浆印刷在电极位置形成电极，将发热碳浆印刷为矩形、菱形或圆形封闭状形成发热电阻，多个电极和发热电阻构成了电路层电路，该常温银浆中的银的质量含量为60％-70％，并包含粘合剂、溶剂、助剂，该发热碳浆包含质量含量为45％-50％的连接料以及15％-20％的石墨，并包含稀释剂和助剂，发热碳浆并没有完全印刷覆盖第二绝缘层，在发热电阻边缘布置有微型压力感测器并印刷有信号线；
微型压力感测器包括与发热电阻的膨胀部分面积匹配的感应膜，其第一侧面用于与膨胀部分相接触时，感应膨胀部分带来的压力，其第二侧面的外围固定于第一感应电极和第二感应电极的第一侧面，与绝缘基座不发生接触，形成中空空间，不影响感应膜产生形变，第一感应电极和第二感应电极的第二侧面与绝缘基座接触，固定在绝缘基座上，并通过测量第一感应电极和第二感应电极之间的电阻值变化检测感应膜所受到的压力；
感应膜受到与膨胀部分接触带来的压力发生形变时，第一感应电极和第二感应电极之间的电阻值变化超过设定好的阈值，则微型压力感测器通过信号线输出控制信号至自动调节模块，减小施加给发热电阻的电压。
2.如权利要求1所述的具有调节体温功能的热敏服装材料，其特征在于，所述感应膜为石墨烯膜或多晶硅膜。
3.一种如权利要求1所述的具有调节体温功能的热敏服装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，形成微型压力感测器；在成型绝缘基座上沉积导电材料形成导电层，并蚀刻导电层形成第一感应电极和第二感应电极，使第一感应电极和第二感应电极的第二侧面固定在绝缘基座上，将感应膜附着到第一感应电极和第二感应电极的第一侧面；
S2，形成电路层；在聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的第二绝缘层上设计电路图形，定位电极以及发热电阻，并根据设计好的电路图形，在第二绝缘层上印刷电路，将常温银浆印刷在电极位置形成电极，将发热碳浆印刷为矩形、菱形或圆形封闭状形成发热电阻，多个电极和发热电阻构成了电路层电路，该常温银浆中的银的质量含量为60％-70％，并包含粘合剂、溶剂、助剂，该发热碳浆包含质量含量为45％-50％的连接料以及15％-20％的石墨，并包含稀释剂和助剂，发热碳浆并没有完全印刷覆盖第二绝缘层，在发热电阻的一侧固定微型压力感测器，同时印刷信号线；
S3，形成热敏材料；通过填充剂结合第一绝缘层、电路层和第二绝缘层，第一绝缘层通过第一粘连层与第一外观层结合，第二绝缘层通过第二粘连层与第二外观层结合，由于第一外观层和第二外观层为轻薄布料，使得热敏材料具有和普通布料同样的外观，第一粘连层和第二粘连层由聚酯与聚烯烃共聚物、聚酰胺、聚醚砜、乙烯与醋酸乙烯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体组合制成；
S4，形成具有调节体温功能的热敏服装材料；将形成的热敏材料直接用于或缝制于服装的腰部和后心位置，对腰部位置的热敏材料的供电优先级大于后心位置的热敏材料，热敏材料通过导线连接到自动调节模块，电源置于自动调节模块中。
4.如权利要求3所述的具有调节体温功能的热敏服装材料的制备方法，其特征在于，所述感应膜为石墨烯膜或多晶硅膜。
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