CN106664750A - 面状发热布料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面状发热布料及其制造方法，尤其涉及制造容易且性能有所提高，能够防止颗粒的脱落，而且能够以低功耗释放高热量的面状发热布料及其制造方法。为此，本发明的面状发热布料的特征在于，包括：布料，浸渍于分散有碳纳米管的溶液；及电极，沿着所述布料而形成。面状发热布料的制造方法的特征在于，包括以下步骤：制备用于分散碳纳米管的溶液；沿着布料形成电极；及在将布料浸渍至所述溶液中。

Description

面状发热布料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种面状发热布料及其制造方法，更详细地涉及价格低廉，制造容易，并且性能有所提高，能够防止颗粒的脱落，而且能够以低功耗释放高热量的面状发热布料及其制造方法。

背景技术

通常，面状发热布料(发热织物)由金属丝或者碳纤维等织造而成，或者，将棉面料浸渍至由炭黑或普通活性炭等制备出的溶液里，但金属丝或碳纤维的单价很高，制造非常困难，并需要高价的设备。

并且，在将棉面料通过炭黑、活性炭等浸渍而制成发热织物的情况下，因炭黑、活性炭颗粒的形状为球形，因此，为获得低电阻而需大量地投入，由此，导致性能低下与因形状变化而产生的电阻变化会敏感地反应，并且，涂敷后颗粒向外部脱落。此外，因过量投入而导致追加投入分散剂，使得浓度提高。

通常，为防止绝缘及颗粒的脱落而添加粘合剂等，由此而无法避免地导致电阻及粘度的上升，若粘度上升，则无法快速地涂敷，并难以深入渗透至面料内部。

有关面状发热布料的现有技术参照“面状发热布料的制造方法及由此产生的面状发热体(专利第621418号)”。

发明内容

所要解决的技术问题

用于解决上述技术问题的本发明的目的在于，提供一种面状发热布料及其制造方法，价格低廉，容易制造，易于维持低电阻与低粘度，并且，性能有所提高，不仅能够防止颗粒的脱落，还能够以低功耗释放高热量。

解决技术问题的方法

用于实现上述目的的本发明的面状发热布料，其特征在于，包括：布料，浸渍于分散有碳纳米管的溶液；及电极，沿着所述布料而形成。

在此，混合至上述溶液的溶剂为在水、乙醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、六甲基磷酰胺、乙酸、丙酮中选择的任一种。

优选地，所述溶液中添加由十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)、阿拉伯树胶(Arabic gum)中选择的至少一种材料而构成的分散剂。

优选地，所述溶液中添加有包括由表面活性剂、白矾与氢氧化钠构成的渗透剂的辅助剂。

优选地，在通过70～90重量％的溶剂、0.5～20重量％的分散剂、0.5～20重量％的辅助剂及0.5～20重量％的碳纳米管进行浸渍的布料上形成电极。

另外，本发明的面状发热布料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤；制备用于分散碳纳米管的溶液；沿着布料形成电极；及将布料浸渍于所述溶液。

在此，制备所述溶液的步骤，包括：以微米级进行细化与均质化的第一次研磨分散步骤；及以纳米级进行超细化及进一步均质化的工具头方式的第二次超声波分散步骤。

优选地，还包括在进行所述第一次研磨分散的步骤之前，以浸湿的方式进行超声波分散的步骤。

优选地，在进行所述分散时，将溶液的温度维持在20～30℃并进行冷却。

优选地，对于形成所述电极的步骤，在铜电极上衬上布料，并以之字形进行缝合。

优选地，还包括在进行所述浸渍步骤之后，在粘合剂涂敷、层压涂敷、热转印涂敷中选择的任一种方式进行绝缘涂敷的步骤。

有益效果

本发明的面状发热布料及其制造方法，能够发挥以下有益效果。

第一，作为利用碳纳米材料的面状发热布料，热传递与电流传递迅速且均匀，损失极少，并能够以低功耗释放高热量。

第二，通过实现实质性的面状发热，而少有热损失，从而能够实现与目标温度相似的发热温度。

第三，因所采用的电极为缝合于上、下布料之间的铜电极，而使产品具有高的耐用性与柔韧性。

第四，因采用碳纳米材料，而能够更宽地发射远红外线，并极少地产生电磁波。

第五，作为运用碳纳米材料的浸渍工艺，制造单价低，且易于进行大量生产。

附图说明

图1为显示本发明的面状发热布料的立体图；

图2为显示本发明的面状发热布料的局部放大立体图；

图3为显示本发明的面状发热布料的制造方法的流程图。

具体的优选实施方式

下面，参照能够具体实现本发明目的的优选实施例的附图，作详细说明。在说明本实施例的过程中，相同的构成使用相同的符号，并省略对其进行的附加说明。

图1为显示本发明的面状发热布料的立体图，图2为显示本发明的面状发热布料的局部放大立体图。

本发明的面状发热布料，如图1及图2所示，包括作为基材而使用的布料100及电极200。

概括地，本发明选择工艺简单的浸渍方法，采用碳纳米管(单壁碳纳米管(SWNT)、多壁碳纳米管(MWNT)、双壁碳纳米管(DWNT)等)，添加分散剂、辅助剂对面状发热布料进行涂敷，并在布料的两端或之间形成电极，而使其能够在全面积上发热。

具体地，布料(面料)100浸渍于能够分散作为导电材料的碳纳米管(SWNT、MWNT、DWNT等)的溶液。

所述布料100能够采用任何种类，优选地，使用30支数以下的面料，且厚度在1mm以内的布料100，尤其优选使用10支数且厚度为0.2mm的布料。

在通过扫描电子显微镜(SEM)等放大观察所述碳纳米管时，因其具有类似线的形状，而能够确保面状发热布料的柔韧性，并且，因在相互交织的结构下进行浸渍与涂敷，而少有颗粒的脱落。

所述碳纳米管，相比使用SWNT，优选地，使用易于高浓度分散与操作，并因能够进行大量生产而单价极低的MWNT。

在此，混合至上述溶液的溶剂为在水、乙醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、六甲基磷酰胺、乙酸、丙酮中选择的任一种。

并且，上述溶液中添加有在SDS、SDBS、PVP、Triton X-100、Arabic gum中选择至少一种的材料(一种材料或多种材料的混合)而构成的分散剂，尤其，PVP优秀的粘合力能够用于粘胶剂的制造，从而在对布料(面料)100进行浸渍之后而进行涂敷时，能够将碳纳米管牢固地固定于布料100。

并且，上述溶液中添加有包括由表面活性剂、白矾与氢氧化钠构成的渗透剂的辅助剂。

因将碳纳米管分散于水等溶剂而导致其不易由布料100所吸收，此时，将类似表面活性剂及渗透剂的辅助剂作为辅助剂使用。

因所述表面活性剂容易产生泡沫，能够少量地添加泡沫消除剂。

所述渗透剂能够使用易于获得的白矾、氢氧化钠等，但能够使用任何有助于吸收的材料。

优选地，作为本发明的面状发热布料的一实施例，在以70～90重量％的溶剂、0.5～20重量％的分散剂、0.5～20重量％的辅助剂及0.5～20重量％的碳纳米管的比例混合而成的溶液中浸渍的布料上形成电极200。

为使所述布料100能够在全面积上发热，将铜质的电极200，沿着布料100形成于布料100的两端乃至布料之间。

图3为显示本发明的面状发热布料的制造方法的流程图。

另外，本发明的面状发热布料的制造方法，包括如下步骤；制备用于分散碳纳米管的溶液(S100)；沿着布料形成电极(S200)；及将布料浸渍于所述溶液(S300)。

在此，制备所述溶液的步骤(S100)，与现有的在超声波分散、研磨分散中只选择一种进行材料的细化及均质化，分散有所不同，包括：第一次研磨(mill)分散步骤(S110)及第二次超声波分散步骤(S120)。

所述第一次研磨(mill)分散步骤(S110)，以微米级进行细化及均质化，之后的第二次超声波分散步骤(S120)，通过工具头(tip)的方式，以纳米级进行超细化及进一步均质化，能够缩短时间并提高效率。

所述第二次超声波分散步骤(S120)，相比静态的分散，溶液的流动能够使溶液的分散更加均匀，尤其，在使用连续式超声波分散的情况下，效果更佳。

此时，在进行所述第一次研磨分散的步骤(S110)之前，还包括，以浸湿(bath)的方式进行超声波分散的步骤(S50)。

在进行第一次研磨分散的步骤(S110)之前，增加以浸湿(bath)的方式进行超声波分散的步骤(S50)，能够缩短分散时间，并使分散剂及辅助剂渗透至碳纳米管之间，从而，易于进行随后的分散。

在进行所述的多次分散时进行冷却时，能够将溶液的温度维持在4～50℃之间，若温度过低，会引发因分散剂及辅助剂凝固而导致的分散效果下降，若温度过高，会引发因溶剂蒸发而导致的表面形成膜或碳纳米管结块。

由此，更优选地，在进行所述的多次分散时，将溶液的温度维持在20～30℃并进行冷却。

将布料浸渍至所述溶液的步骤(S300)，能够根据布料100面料的特性而选择10秒～10分钟之间的浸渍时间，浸渍后的干燥及硬化温度能够在50～200℃中进行选择，并根据需要，首先进行自然干燥或低温干燥(25～80℃)之后，再进行第二次干燥/硬化。

对于沿着布料100形成电极的步骤(S200)，是使用电阻低的材料而布料100上形成电极，并且，电极是通过织造或缝纫金属丝而形成，也能够通过印刷导电性胶，以及导电性薄层或胶带等形成电极。

特别地，能够通过使用铜电极200而降低单价，并且，为提高铜电极200的耐用性，以将铜电极200附着于未进行涂敷的面料上，并用面料包裹的方式使用。

在此，配置铜电极200后，利用缝纫设备以之字形进行缝合，从而，使铜电极200能够附着，但为了更加强化耐用性并消除线发热，在铜电极200之上衬上布料100后以之字形进行缝合，能够实现均匀发热。

在以之字形进行缝合时，所缝合的间距能够根据情况而在0.5～50mm内进行调节，优选地，形成为0.8～1.2mm。

并且，之字型的间距，同样根据情况而在0.5～50mm内进行调节，优选地，形成为8～12mm。

尤其，在将铜电极200附着于布料100两端的情况下，在两端附着铜电极200之后，按照铜电极200的宽度而折叠布料100并形成衬，并以铜电极200的中央为基准进行缝合，能够提高效果。

此时，铜电极200的宽度，能够根据情况而在1～30mm范围内进行调节，并且，为10mm时效率最高。

并且，在进行所述的浸渍步骤(S300)之后，优选地，还包括，进行绝缘涂敷的步骤(S400)。

在对作为基材的布料100进行浸渍(涂敷)之后而进行绝缘涂敷时，优选地，选择粘合剂涂敷、层压涂敷、热转印涂敷中的任一种方式。

因在进行粘合剂涂敷时，会导致电阻变化或无法实现彻底绝缘，而尤其使用层压及热转印的方式，其中，层压膜能够确保透明性，并且，能够薄薄地进行涂敷，而且，具有基于基膜(base film)而产生触感及柔韧性变化的优点，但相应地，存在提高厚度的需要，或者，抵抗强冲击的能力差。

热转印方式能够提高厚度，但无法无限制地提高，并且，难以确保透明性且造价高。当单独使用面状发热布料模组时，能够使用因具有厚度而起到保护作用的热转印方式，当增加垫子等吸收冲击的层时，则以层压的方式进行绝缘涂敷。

而且，即使在一般情况下使用，若具备保护层，层压的方式在单价及外观上也优于热转印的方式。

层压中所使用的膜的材质，能够使用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚胺乙烯(PVC)、丙烯酸、氨基甲酸乙酯、聚四氟乙烯等任何材质，尤其，柔性氨基甲酸乙酯的触感柔和且褶皱少，而且，在弯曲及移动时不会沙沙作响，具有优秀的产品性能。

当按照合适的尺寸对基材进行裁切时，根据需要而插入于导电性浸渍(涂敷)前，或者导电性浸渍(涂敷)后，以及绝缘涂敷后等适合的工艺中，优选地，在导电性浸渍(涂敷)前进行裁切。

本发明的面状发热布料的驱动方式能够适用交流(AC)/直流(DC)中的任一种，但因电磁波等问题，优选地，使用DC。

通过如上所述的方法制造的本发明，因使用碳材料而发射远红外线，弥补了现有的由碳纤维织造的发热体虽能发射远红外线，但因仅有一部分碳纤维得到使用而使得远红外线的发射量极少的缺点。

本发明的面状发热布料为面状，在其全面积上涂敷碳材料，尤其是涂敷有碳纳米管，因此，远红外线的发射量大，并能够发射至较远的距离，即使在发热体上覆盖被子也能产生很好的效果。

远红外线的效果之一，是通过因体温上升而形成的低功耗，获得高的体感温度的效果，在实际使用于垫子等产品时，相比具有热线、热水器的水暖垫等产品，能够以低功耗获得高的热效率。

并且，当发热源由点或线构成时，为提高整体温度，发热源所具备的温度需要显著地高于目标温度，因此，存在局部烧伤的危险，但本发明的面状发热体，因在全面积上均匀地形成目标温度，因此具有发热量多，并且，发热源的温度不高于目标温度的优点(无烧伤危险)。

本发明的未说明的符号为之字形缝线(L)。

综上，说明了本发明的优选的实施例，除上述说明的实施例之外，在未脱离本发明的要旨或范围的情况下，能够将其具体化为其它形态的事实，是为本领域的普通技术人员所自明的。

因此，上述的实施例应视为示例性的而非限定性的，由此，本发明并非限定于上述说明，并且，在权利要求的范畴及其同等范围内，能够对本发明进行变更。

工业实用性

如上所述的本发明的面状发热布料及其制造方法，具有以下工业实用性：作为利用碳纳米材料的面状发热布料，热传递与电流传递迅速且均匀，损失极少，并能够以低功耗释放高热量；第二，通过实现实质性的面状发热，而少有热损失，从而能够实现与目标温度相似的发热温度；因所采用的电极为缝合于上、下布料之间的铜电极，而使产品具有高的耐用性与柔韧性；因采用碳纳米材料，而能够更宽地发射远红外线，并极少地产生电磁波；作为运用碳纳米材料的浸渍工艺，制造单价低，且易于进行大量生产。

Claims (11)

1.一种面状发热布料，其特征在于，包括：

布料，浸渍于分散有碳纳米管的溶液；及

电极，沿着所述布料而形成。

2.根据权利要求1所述的面状发热布料，其特征在于，

混合至所述溶液的溶剂为水、乙醇、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、六甲基磷酰胺、乙酸、丙酮中选择的任一种。

3.根据权利要求1所述的面状发热布料，其特征在于，

所述溶液中添加由十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)、阿拉伯树胶(Arabic gum)中选择的至少一种材料而构成的分散剂。

4.根据权利要求1所述的面状发热布料，其特征在于，

所述溶液中添加有包括由表面活性剂、白矾与氢氧化钠所构成的渗透剂的辅助剂。

5.一种面状发热布料，其特征在于，

在通过70～90重量％的溶剂、0.5～20重量％的分散剂、0.5～20重量％的辅助剂及0.5～20重量％的碳纳米管进行浸渍的布料上形成电极。

6.一种面状发热布料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备用于分散碳纳米管的溶液；

沿着布料形成电极；及

将布料浸渍于所述溶液中。

7.根据权利要求6所述的面状发热布料的制造方法，其特征在于，

制备所述溶液的步骤包括：

以微米级进行细化与均质化的第一次研磨分散步骤；及

以纳米级进行超细化及进一步均质化的工具头方式的第二次超声波分散步骤。

8.根据权利要求7所述的面状发热布料的制造方法，其特征在于，

还包括在进行所述第一次研磨分散步骤之前，以浸湿的方式进行超声波分散的步骤。

9.根据权利要求8所述的面状发热布料的制造方法，其特征在于，

在进行所述分散时，将溶液的温度维持在20～30℃并进行冷却。

10.根据权利要求6所述的面状发热布料的制造方法，其特征在于，

在所述形成电极的步骤中，在铜电极上衬上布料，并以之字形进行缝合。

11.根据权利要求6所述的面状发热布料的制造方法，其特征在于，

还包括进行所述浸渍步骤之后，在粘合剂涂敷、层压涂敷、热转印涂敷中选择的任一种方式进行绝缘涂敷的步骤。