CN106003930A - 一种电热复合织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电热复合织物及其制备方法。所述的电热复合织物，其特征在于，包括一层弹性织物，所述的弹性织物的上表面粘合柔性纳米导电膜，所述的柔性纳米导电膜的上表面粘合另一层弹性织物。本发明所制备的高弹电热复合织物轻薄柔软，弹性好，在40％的伸长下可反复拉伸10000次以上，其次该电热复合织物发热稳定均匀，热转化效率高，节省能源，安全可靠。在智能纺织结构和智能材料，尤其在智能可穿戴领域具有广泛的应用。

Description

一种电热复合织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及智能纺织材料领域，更具体地说，涉及弹性电热复合织物领域。
背景技术
美观遮体是服装最原始的功能。随着科技的进步，人类对服装的要求也越来越高，各种类型的功能服层出不穷。其中，对人体主动加热起保暖效果的功能电热织物特别受到关注。一些长期在户外工作的人员，如寒区野战驻守士兵、地质勘探作业人员、交通协管员、保安门卫，以及生活于高纬度地区的人们，包括户外运动员(滑雪、滑冰、雪地穿越等)，也都需要防寒保暖服装来抵抗严寒。
目前市场上销售的电热产品如电热马甲、电热护膝、电热护肘、电热护腰、电热护肩护颈等多采用碳纤维和金属丝，虽导热性能优良，但织物厚重，体积庞大，不够轻薄和隐形，缺乏美观，只适合在家里或办公室等地方做保暖保健之用，而且产品本身的质硬、不柔软，缺乏弹性和耐久性，穿着不舒适。因此，一款集轻薄柔弹、发热高效、安全舒适、轻便易携的电热织物亟待开发。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种轻薄柔弹、发热高效、安全舒适、轻便易携的电热复合织物及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电热复合织物，其特征在于，包括一层弹性织物，所述的弹性织物的上表面粘合柔性纳米导电膜，所述的柔性纳米导电膜的上表面粘合另一层弹性织物。
本发明还提供了上述的电热复合织物的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：在碳纳米管膜浸渍在石墨烯悬浮液中一段时间后，取出，在室温下自然晾干，得到柔性纳米导电膜，在柔性纳米导电膜的两端粘附电极；
步骤2：将弹性织物作为弹性附着基体，将其拉伸到一定伸长率后固定，在弹性附着基体表面涂覆一层液体弹性粘合剂，将柔性纳米导电膜压渍在上述的液体弹性粘合剂上，在柔性纳米导电膜的上表面通过液体弹性粘合剂粘合另一层弹性织物，在一定条件下使液体弹性粘合剂固化；或者，将两层弹性织物均拉伸到一定伸长率后固定，在两层弹性织物的表面涂覆液体弹性粘合剂，将柔性纳米导电膜通过所述的液体弹性粘合剂粘合固定于两层弹性织物之间，在一定条件下使液体弹性粘合剂固化；
步骤3：释放施加在弹性织物上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜回缩，即可制得电热复合织物。
优选地，所述的步骤3中，在柔性纳米导电膜的上表面通过液体弹性粘合剂粘合另一层弹性织物时，所述的另一层弹性织物也处于拉伸状态，且其伸长率与步骤2中的弹性织物的伸长率相同。
优选地，所述的碳纳米管膜由单壁或多壁碳纳米管制得，碳纳米管直径为10nm-100nm，膜厚度为10μm-50μm，孔隙率为35％-75％，拉伸强度为100MPa-500MPa，电导率为104-105S/m。
更优选地，所述的碳纳米管膜的尺寸与拉伸后的弹性附着基体相同。
优选地，所述的石墨烯悬浮液的浓度为1mg/ml-50mg/ml，浸渍时间1-5h，浸渍1-3次，可根据需要设计选择。
优选地，所述的步骤2中的两层弹性织物均为氨纶织物。
更优选地，所述的氨纶织物为氨纶与棉、涤纶或锦纶的混纺织物。
优选地，所述的步骤2中的液体弹性粘合剂为聚二甲基硅氧烷、丙烯酸或聚氨酯。
优选地，所述的步骤1中的电极为铜片、铜丝、导电纤维或其它导电材料。
更优选地，所述的电极通过导电银胶与柔性纳米导电膜相连。
更优选地，所述的导电纤维为碳纳米管纱线。
优选地，所述的步骤2中的伸长率为20％～200％。
所述的固化时间、温度、压力等条件由所选择的粘合剂决定。
本发明还提供了一种电热手套，其特征在于，包括手套本体以及粘附于手套本体外侧的电热复合织物。
本发明还提供了一种弹性电热护膝，其特征在于，包括锦纶网眼布以及固定于锦纶网眼布外侧的电热复合织物。
本发明还提供了一种弹性电热腰带，其特征在于，包括腰带本体以及固定于腰带本体中部的电热复合织物。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明所得到的电热复合织物具有弹性高、质量轻、服用性能好的优点，同时具有良好的耐老化性和安全性。
2.本发明采用石墨烯悬浮液处理过的碳纳米管膜作为为电热介质，电导率可达1.5*105s/m，采用特殊工艺与弹性织物进行复合，不但柔韧轻薄，发热均匀性好，热转化性能高，发热稳定性好，并且可根据需要选择高孔隙率的碳纳米管膜，从而具有较好的透气性，服用舒适性提高。
3.本发明可选用弹性织物的种类和预拉伸程度对电热复合织物的弹性进行调控，也可以通过纳米导电膜的裁剪和设计对发热性能进行调控，从而满足市场多种需求，适用范围更为广泛。
4.本发明采用了弹性附着基体(氨纶等弹性织物)，并以高导通性的纳米导电膜作为电热介质，采用相关的粘结复合工艺，得到拉伸性能和柔韧性好、电热性能稳定的电热复合织物。而且弹性附着基体、碳纳米管膜和电极紧密结合成为一体，有效防止电极开裂、老化、疲劳等问题。该弹性电热织物穿着舒适，服用性能好，弹性可达50％，在40％伸长下可重复拉伸10000次以上，可应用于军用防寒服、登山服、理疗保健等领域，尤其在电热弹力袜、电热护膝、电热手套等需要轻薄、高弹功能的电热产品更具市场优势。
附图说明
图1为电热复合织物侧视图；
图2为轻薄电热手套示意图；
图3为弹性电热运动护膝示意图；
图4a为弹性电热理疗腰带外层示意图，图4b为弹性电热理疗腰带里层示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明中的伸长率是指试样伸长的长度与原来长度的百分比。
实施例1：轻薄电热手套
如图1所示，一种电热复合织物，包括一层弹性织物1，所述的弹性织物1的上表面通过液体弹性粘合剂2粘合柔性纳米导电膜3，所述的柔性纳米导电膜3的上表面通过液体弹性粘合剂2粘合另一层弹性织物1。
上述的电热复合织物的制备方法，具体步骤为：
步骤1：将碳纳米管膜浸渍在石墨烯悬浮液中3h后，取出，在室温下自然晾干，得到柔性纳米导电膜，在柔性纳米导电膜的两端通过导电银胶粘附铜丝电极；
步骤2：将弹性织物1作为弹性附着基体，将其拉伸到伸长率为100％后固定，在弹性附着基体表面涂覆一层液体弹性粘合剂，厚度约为0.2mm；
步骤3：将柔性纳米导电膜压渍在上述的液体弹性粘合剂上，在柔性纳米导电膜的上表面涂覆一层液体弹性粘合剂，厚度约为0.2mm，通过液体弹性粘合剂粘合另一层弹性织物1，在80℃下使液体弹性粘合剂固化，时间不低于12小时；在柔性纳米导电膜的上表面通过液体弹性粘合剂粘合另一层弹性织物1时，所述的另一层弹性织物1也处于拉伸状态，且其伸长率与步骤2中的弹性织物1的伸长率相同，均为100％。
步骤4：释放施加在弹性附着基体上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜回缩，即可制得电热复合织物。
所述的碳纳米管膜(中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所)共2片，尺寸为(长×宽)4×4cm2，由多壁碳纳米管制得，碳纳米管直径为10-100nm，膜厚度为20μm，孔隙率为75％，拉伸强度为200MPa，电导率约1×105S/m。
所述的石墨烯悬浮液的浓度为2mg/ml(纽美泰新材料有限公司)，浸渍1次。
所述的步骤2和3中的弹性织物1均为氨纶织物。所述的氨纶织物为超细超薄莱卡布，其为氨纶与锦纶的混纺织物，克重：110g/m2，纱支：20D，成分及含量：锦纶：80％，氨纶：20％，2片尺寸为(长×宽)4×4cm2。
所述的步骤2和步骤3中的液体弹性粘合剂为聚二甲基硅氧烷，采用道康宁公司的SYLGARD184，由基本组分(PDMS液体，粘度5.2Pa-sec)和固化剂(粘度3.5Pa-sec)按基本组分：固化剂为10∶1的重量比混匀得到。
该电热复合织物4可通过薄型尼龙扣8粘附于手套本体11的手背和手指外侧，然后通过导线(铜丝)5连接3.7V聚合物锂电池6以及柔性薄膜温控开关7，从而制得一款轻薄电热手套，如图2所示，所述的电热手套包括手套本体11以及粘附于手套本体11外侧的电热复合织物4。所述的3.7V聚合物锂电池6(深圳市品诺能源有限公司及温控电路)，尺寸5×30×40mm3。所述的柔性薄膜温控开关7(深圳联勤电子科技有限公司)，尺寸11×5×2mm3。所述的薄型尼龙扣8(深圳市粤港健力粘扣带有限公司)，厚度为0.8mm，8条尺寸为4×1cm2。
经测试得出：碳纳米管膜在3.7V电池作用下，在不到一分钟的时间内温度可达40～51℃，即使在手指弯曲过程中，该手套发热依然稳定均匀，并且安全可靠，还可以通过调节温控开关以满足不同场合需求。
实施例2：弹性电热运动护膝
如图1所示，一种电热复合织物，包括一层弹性织物1，所述的弹性织物1的上表面通过液体弹性粘合剂2粘合柔性纳米导电膜3，所述的柔性纳米导电膜3的上表面通过液体弹性粘合剂2粘合另一层弹性织物1。
上述的电热复合织物的制备方法，具体步骤为：
步骤1：将尺寸为5×5cm2的碳纳米管膜浸渍在石墨烯悬浮液中3h后，取出，在室温下自然晾干，得到柔性纳米导电膜，在柔性纳米导电膜的两端通过导电银胶粘附铜丝电极；
步骤2：将弹性织物1(外层)作为弹性附着基体，将其沿着宽度方向拉伸到伸长率为160％后固定，在弹性附着基体表面涂覆一层液体弹性粘合剂，厚度约为0.2mm；
步骤3：保持弹性织物1(外层)的拉伸状态，将柔性纳米导电膜压渍在上述的液体弹性粘合剂上，在柔性纳米导电膜的上表面涂覆一层液体弹性粘合剂，厚度约为0.2mm；将另一层弹性织物1(内层)沿着宽度方向拉伸至同样的伸长率160％，通过液体弹性粘合剂粘合另一层弹性织物1(内层)，施加压力使三者紧密均匀粘合，压力为6兆帕；保持两层弹性织物1的拉伸状态，在60℃烘箱中使液体弹性粘合剂固化，压实粘合后，置于通风橱中静置24小时；
步骤4：释放施加在弹性附着基体上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜与弹性粘合剂回缩，即可制得电热复合织物。
所述的碳纳米管膜(中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所)，由多壁碳纳米管制得，碳纳米管直径为10-100nm，膜厚度为50μm，孔隙率为75％，拉伸强度为200MPa-500MPa，电导率约1×105S/m。
所述的石墨烯悬浮液的浓度为2mg/ml(纽美泰新材料有限公司)，浸渍1次。
所述的步骤2和步骤3中的液体弹性粘合剂为聚氨酯粘合剂(广州冠志新材料科技有限公司研发生产，型号为PU-3011)。
本实施例采用了两种不同的弹性织物分别作为弹性电热运动护膝的内层和外层。所述外层的弹性织物1为涤纶、锦纶与氨纶混纺弹力织物(海宁领汇纺织有限公司)，混纺比为65∶24∶11，作为弹性电热护膝的外层，大小为20×45cm2’厚度为0.3mm；所述内层的弹性织物1选用棉与氨纶的混纺织物(海宁领汇纺织有限公司)，混纺比为95∶5，作为弹性电热护膝的里层，大小为20×45cm2，厚度为0.3mm。
将所得的电热复合织物4与锦纶网眼布10(海宁领汇纺织有限公司，尺寸：42×42mm2)拼接缝制，外部通过导线(铜丝)5连接3.7V聚合物锂电池6(深圳市品诺能源有限公司及温控电路，尺寸5×30×40mm3)以及柔性薄膜温控开关7(深圳联勤电子科技有限公司，尺寸11×5×2mm3)，即可得到弹性电热护膝，如图3所示，所述的弹性电热护膝包括锦纶网眼布10以及固定于锦纶网眼布10外侧的电热复合织物4。
本实施例选用的棉与氨纶的混纺织物具有较好的吸湿性和舒适性，作为与人体接触的里层，可以快速吸收人体运动时排出的汗液，而涤纶、锦纶与氨纶混纺织物具有疏水性，可以将汗液迅速排出，而且以锦纶网眼布作为弹性电热护膝的反面，也可以增加透气性，从而使弹性电热护膝具有吸湿快干的特性，可以在保暖的同时保持干爽透气，运动舒适性提高，而且外层选用涤纶、锦纶与氨纶混纺织物，弹性和耐磨性均有所提高。
对该弹性运动护膝的测试显示，在5W功率下，温度可迅速上升到42-53℃。可通过温控装置使温度维持在人体舒适的温度范围内，以实现不同的发热要求，对于登山族等户外运动者来说是个理想的选择。
实施例3：弹性电热理疗腰带
如图1所示，一种电热复合织物，包括一层弹性织物1，所述的弹性织物1的上表面通过液体弹性粘合剂2粘合柔性纳米导电膜3，所述的柔性纳米导电膜3的上表面通过液体弹性粘合剂2粘合另一层弹性织物1。
上述的电热复合织物的制备方法，具体步骤为：
步骤1：将碳纳米管膜浸渍在石墨烯悬浮液中3h后，取出，在室温下自然晾干，得到柔性纳米导电膜，在柔性纳米导电膜的两端涂覆导电银胶，将铜丝电极插入到导电银胶内，从而使铜丝与碳纳米管膜粘连在一起；
步骤2：将两层弹性织物1均拉伸到一定伸长率为150％后固定，在两层弹性织物1的表面涂覆液体弹性粘合剂，将柔性纳米导电膜通过所述的液体弹性粘合剂粘合固定于两层弹性织物1之间，保持其拉伸状态，施加压力使三者紧密均匀粘合并使液体弹性粘合剂固化，压力为6兆帕，复合温度为30℃，压实粘合后，置于通风橱中静置24小时；
步骤3：释放施加在弹性附着基体上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜与弹性粘合剂回缩，即可制得电热织物腰带。
所述的碳纳米管膜(中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所)，由多壁碳纳米管制得，碳纳米管直径为10-100nm，膜厚度为0.5mm，孔隙率为75％，拉伸强度为200MPa-500MPa，电导率约为1×105S/m，膜大小与拉伸150％后的织物大小一致。所述的石墨烯悬浮液的浓度为2mg/ml(纽美泰新材料有限公司)，浸渍1次。所述的的液体弹性粘合剂为聚氨酯粘合剂(广州冠志新材料科技有限公司研发生产，型号为PU-3011)。
所述的步骤2中的两种弹性织物，一种作为弹性电热腰带的里层，采用打孔SBR潜水面料(江都区顺昌文体用品厂)，一种作为弹性电热腰带的外层，选用进口OK布弹性面料(威海新才医疗器械有限公司)，外层面料尺寸均为90×15cm2，厚度均为2mm，里层一端缝制魔术贴，大小为2.5×14cm2。
将腰带采用尼龙线(深圳市顺隆线业有限公司)包边，并在其里层一端缝制魔术贴18，然后将该复合织物通过导线(铜丝)5与小型电池16(深圳市品诺能源有限公司，尺寸5×30×40mm3)以及柔性薄膜温控开关7(深圳联勤电子科技有限公司，尺寸11×5×2mm3)连接，即可得到弹性电热理疗腰带。
由于本实施例使用的碳纳米管膜在发热时会产生4-14微米的远红外线，恰好与生命之波吻合，其能量极易被人体细胞吸收，产生生物共振效应，能够促进血液循环，具有理疗保健效果。除此之外，还可以在该电热腰带里层缝制网兜19以放置艾草包，为久坐缺少运动者以及腰部机能衰弱者等人群提供更多的理疗功效。

Claims (10)

1.一种电热复合织物，其特征在于，包括一层弹性织物(1)，所述的弹性织物(1)的上表面粘合柔性纳米导电膜(3)，所述的柔性纳米导电膜(3)的上表面粘合另一层弹性织物(1)。
2.权利要求1所述的电热复合织物的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：在碳纳米管膜浸渍在石墨烯悬浮液中一段时间后，取出，在室温下自然晾干，得到柔性纳米导电膜，在柔性纳米导电膜的两端粘附电极；
步骤2：将弹性织物(1)作为弹性附着基体，将其拉伸到一定伸长率后固定，在弹性附着基体表面涂覆一层液体弹性粘合剂，将柔性纳米导电膜压渍在上述的液体弹性粘合剂上，在柔性纳米导电膜的上表面通过液体弹性粘合剂粘合另一层弹性织物(1)，在一定条件下使液体弹性粘合剂固化；或者，将两层弹性织物(1)均拉伸到一定伸长率后固定，在两层弹性织物(1)的表面涂覆液体弹性粘合剂，将柔性纳米导电膜通过所述的液体弹性粘合剂粘合固定于两层弹性织物(1)之间，在一定条件下使液体弹性粘合剂固化；
步骤3：释放施加在弹性织物(1)上的拉力，使其带动柔性纳米导电膜回缩，即可制得电热复合织物。
3.如权利要求2所述的电热复合织物的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管膜由单壁或多壁碳纳米管制得，碳纳米管直径为10nm-100nm，膜厚度为10μm-50μm，孔隙率为35％-75％，拉伸强度为100MPa-500MPa，电导率为104-105S/m。
4.如权利要求2所述的电热复合织物的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯悬浮液的浓度为1mg/ml-50mg/ml，浸渍时间1-5h，浸渍1-3次。
5.如权利要求2所述的电热复合织物的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中的两层弹性织物(1)均为氨纶织物。
6.如权利要求2所述的电热复合织物的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中的液体弹性粘合剂为聚二甲基硅氧烷、丙烯酸或聚氨酯。
7.如权利要求2所述的电热复合织物的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中的伸长率为20％～200％。
8.一种电热手套，其特征在于，包括手套本体(11)以及粘附于手套本体(11)外侧的权利要求1所述的电热复合织物(4)。
9.一种弹性电热护膝，其特征在于，包括锦纶网眼布(10)以及固定于锦纶网眼布(10)外侧的权利要求1所述的电热复合织物(4)。
10.一种弹性电热腰带，其特征在于，包括腰带本体(17)以及固定于腰带本体(17)中部的权利要求1所述的电热复合织物(4)。
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