CN107409442A - 织物加热元件 - Google Patents

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Abstract

一种织物加热元件，其包括具有多个传导纤维的导电非织造纤维层，其中，多个传导纤维共同具有小于12mm的平均长度。织物加热元件还包括至少两个传导带，所述至少两个传导带跨预定长度与纤维层电连接，被定位成与纤维层的相对端部邻近，并且被配置成电连接至电源。

Description

织物加热元件
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年1月12日提交的美国临时申请第62/102,169号的优先权。美国临时申请第62/102,169号的内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及织物加热元件以及用于制造织物加热元件的方法。
发明内容
一个实施方式包括织物加热元件，该织物加热元件包括具有多个传导纤维的导电非织造纤维层，其中，多个传导纤维共同具有小于12mm的平均长度。织物加热元件还包括至少两个传导带，所述至少两个传导带跨预定长度与纤维层电连接，被定位成与纤维层的相对端部邻近，并且被配置成电连接至电源。
在一个实施方式中，织物加热元件还包括第一粘合层和第二粘合层，其中，第一粘合层粘合至第一绝缘层和纤维层的第一侧，第二粘合层粘合至第二绝缘层和纤维层的第二侧。
在一个实施方式中，控制器电连接至电源和至少两个传导带。控制器被配置成将来自电源的电压施加于至少两个传导带。
在一个实施方式中，纤维层在任何方向上具有均匀电阻。在一个实施方式中，纤维层由多个传导碳纤维、粘合剂、可选地一个或更多个阻燃剂以及可选地多个非传导纤维组成。在一个实施方式中，传导纤维中的每一个具有在6mm至12mm范围内的长度。在一个实施方式中，纤维层基本上由单独的未缠绕的纤维组成。
背景技术
能够在小面积和大面积上生成并且维持适度的均匀温度的加热元件对各种应用而言是期望的，各种应用的范围从用于建筑物的地板下加热至远红外(FAR)加热板，到供消费者使用的汽车座椅、电热毯以及服装。
在以往，这样的应用使用了以缠绕图案缠绕的覆盖待加热的区域的电阻线。在一些应用中，可能使用大量(例如，50米)的线仅仅来覆盖一平米的加热区域。电阻线圈通常不能提供期望的均匀温度。足够细且间距小以提供没有“热点”的所需要的温度的线通常是易碎的并且容易损坏，因而伴随有火灾和电击的危险。此外，电阻线往往是非常细的，使得电阻线不会影响嵌入了电阻线的材料，否则电阻线可能成为瑕疵或者内含物，而这在短时间之后会引起加热器材料的结构问题。
金属片和箔通常仅适合不需要耐腐蚀性并且成本不是问题的有限范围的应用。通常，将这样的材料嵌入为内部加热器元件是不可行的。
由于传统的金属线和金属片的缺点，已经投入了大量的努力来开发用作为加热元件的织造或非织造的碳纤维网。通常使用短碳纤维(例如，直径为5微米至20微米并且平均纤维长度在大约3mm与9mm之间的纤维)来实现具有期望的均匀热散布特性的均匀片。平均纤维长度超过9mm可能造成制造各处均匀散布的碳纤维的技术困难，使得片中点至点的电阻值的不规则成为问题。
然而，在用短碳纤维制造非织造传导网时，存在许多缺点。例如，传导率大致上随非织物中的纤维长度的平方而变化。因此，获得给定的传导率通常要求相对较高百分比的较短纤维。某些期望的机械特性，例如网的拉伸和撕裂强度以及柔性，也随着平均纤维长度的增加而显著地改进。向网装填大量的短碳纤维使得难以在商业机器上制造的网中产生可接受的物理/机械特性。
此外，为了利用在非织造网中可获得的电特性的范围，架空重量(aerial weight)可以在8gsm至60gsm之间变化。在架空重量低于20gsm时，当非织造网在商业应用中用作加热元件时，非织造网会难以处理或者是易碎且容易损坏的。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的织物加热元件的结构的剖面图。
图2是根据本发明的实施方式的有穿孔和没有穿孔的织物加热元件的顶视图。
图3是根据本发明的实施方式的具有穿孔和多个母线间隔距离的织物加热元件的顶视图。
图4是根据本发明的实施方式的具有穿孔和多种类型的电连接器的加热元件的图像。
图5是根据本发明的实施方式的包括加热元件和控制器的加热系统的框图。
图6是描述根据本发明的实施方式的加热系统的示例性操作的流程图。
图7是描述根据本发明的实施方式的用于制造加热设备的示例性方法的流程图。
图8A是示出适合用在本发明的实施方式中的示例性非织造传导纤维片状织物的一部分的放大的图像。
图8B是示出适合用在本发明的实施方式中的示例性非织造传导纤维片状织物的一部分的放大(比图8A更大的放大)的图像。
具体实施方式
提供了可以嵌入在需要热量的材料(例如，车辆座椅、服装等)中并且与要加热的材料相容的织物加热元件，从而从内部提供热量，这比从材料的外部提供热量更有效率并且更快。
在一个示例中，设备包括非金属多孔的或穿孔的织物加热元件，该非金属多孔的或穿孔的织物加热元件包括具有集成的传导母线带的导电的内部非连续的纤维状网层。内层被接合并且被夹在织造或非织造材料(例如，连续纤维材料)的两个外部绝缘层之间。织物加热元件被配置成用作加热的织物或者嵌入在层压材料或固体材料中。在一些实施方式中，例如在内层被穿孔的那些实施方式中，所得到的结构可以包括在内层与外层之间并且穿过内层中的穿孔进行延伸的粘合剂。例如，设备的应用包括包含这样的织物加热元件的任何项，例如，衣服或其他纺织品，以及层压或固体材料。
本文描述了用于制造织物加热元件的示例性过程，该示例性过程包括在织造或非织造材料的外部绝缘层之间黏附地接合导电的内部非连续的纤维状网层。将传导母线带接合至内层的步骤可以与将内层和外层接合在一起的步骤同时执行，或者在内/外层接合步骤之前执行。在内层被穿孔的实施方式中，将内层接合至外层的步骤可以包括用于层之间的接合的延伸进内层中的穿孔的粘合剂。
应用可以包括用于将本文描述的织物加热元件嵌入到复合结构中的过程，该过程包括形成如本文描述的多层织物加热元件，并且然后将织物加热元件接合到复合结构中。一些实施方式可以包括：在嵌入步骤之前对织物加热元件进行穿孔，在这种情况下，嵌入步骤可以包括来自复合结构的材料穿透织物加热元件中的穿孔。
内部导电层通常包括细传导纤维，其中，所述细传导纤维通常是碳，其均匀地散布在内部加热元件中以形成致密网状物，并且所述细传导纤维通过电阻加热的行为将电力转换成热量。通过跨传导(例如，金属铜)带施加电压，导电层的电阻引起均匀的电流密度，这继而产生均匀的加热。
在一个示例中，图1所示的织物加热元件100包括形成母线和织物的混合结构的六层材料。这些层在图1的剖面图中示出为项1、项2、项3、项4、项5以及项6。项1和项6是外部绝缘和加强层(例如，诸如架空重量在20gsm至100gsm范围内的织造的玻璃织物)。项2和项5是粘合层(例如，具有15gsm的架空重量的热塑性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)网)。项4是内部导电非织造纤维层(例如，具有8gsm至60gsm的架空重量的碳纤维)。项3涉及具有特定尺寸(例如，19毫米宽，50微米厚)的用作母线的金属(例如，铜)带。
通常，外层包括通常由连续的丝状体(filament)制成的绝缘织造或非织造织物(例如，项1和项6)。当使用术语“连续的丝状体”或“连续的纤维”来表征纱线、织物或复合材料时，术语“连续的丝状体”或“连续的纤维”按照“连续”一词的严格定义来说实际上可能并非是“连续的”，而是这样的纤维或丝状体事实上从短到几英尺的长度至几千英尺的长度变化。之所以将该宽的范围中的一切通称为“连续的”，是因为纤维的长度的数量级往往比原始复合材料的宽度或厚度大。
夹在外层(例如，项1和项6)之间的内部加热元件层(例如，项4)包括导电材料，例如本文描述的不连续的非织造碳或碳/玻璃纤维网。接合至内部导电层(例如，项4)的是用作为电母线的两个传导(例如，金属铜)带(例如，项3)。铜带保证了均匀电流在导电的非织造网各处流动，因此保证了由于电阻而引起的均匀加热。这些传导带也有利于电力线缆与加热器的连接。虽然本文通常称为“铜”带，但是应当理解，带不限于任何特定的传导材料。
使用布置在内外层之间的热塑性或热固性网(例如，项2和项5)将外层(例如，项1和项6)接合至导电内层(例如，项4)，这产生混合结构的加热器材料。
参照图1，示例性加热器元件可以被构造如下，但不限于所列举的示例性材料的类型和特性：
项1和项6(外部绝缘和加强层)：
例如，材料可以包括使用E型纤维的玻璃纤维织造织物。特定的示例包括但不限于Type单端粗纱织物(Owen Corning Inc.)和450单端粗纱织物(FGIInc.)。示例性特性或特征可以包括：
织法：美式117平针
经纱数量：54
纬纱数量：3
经纱纱线：ECD*4501/2
纬纱纱线：ECD 4501/2
重量：83g/m2
厚度：0.09mm
拉伸强度：163lbf/in(28.6N/mm)
*“ECD 4501/2”作为纱线类型指的是：
E＝E玻璃纤维类型
C＝连续纤维
D＝纤维直径0.00023”
450＝每股(x100yd/lb)的特克斯或重量，2000丝/股
1/2＝缠绕在一起的2股形成一根纱线
这样的ECD 4501/2纱线的示例包括Hexcel公司117样式。
项2和项5：粘合膜(在外层与加热膜之间)。材料可以包括具有以下示例性特性或特征的热塑性塑料，例如改进的PET网：
熔化温度：130摄氏度
对钢的剥离强度：150N/75mm至300N/75mm
搭接剪切强度：5MPa至10MPa
项3：传导带。材料可以包括具有以下示例性特性或特征的铜：
铜的厚度：0.05mm
粘合剂厚度(在带与加热膜之间)：0.02mm
带厚度：0.075mm
(粘合剂的)对钢的剥离强度：4.5N/cm
拉伸强度：85N/cm
耐温性：160摄氏度
电通厚度电阻：0.003欧姆
项4：非织造碳纤维加热膜。示例性特性或特征可以包括：
纤维类型：高强度聚丙烯腈(PAN)
丝状体：12K
纤维长度：6mm
架空重量：20gsm
表面电阻：4欧姆/平方
拉伸强度：36N/15mm
非织造导电片可以通过湿铺(wet-laid)制造方法由传导纤维(优选地是碳)、非传导纤维(控制总体电阻的玻璃、芳香族聚酰胺等)、一个或更多个粘合剂聚合物以及可选地阻燃剂构成。(传导的和非传导的)纤维的优选长度是在6mm至12mm的长度范围中。示例性粘合剂聚合物可以包括：聚乙烯醇、共聚酯、交联聚酯、丙烯酸以及聚氨酯。示例性阻燃剂粘合剂可以包括聚酰亚胺和环氧树脂。合适的湿铺技术可以包括最新水平的连续制造工艺。
所需要的传导纤维的量取决于：所选择的传导纤维的类型；加热元件将被使用时的电压和功率；以及加热元件的物理尺寸/配置，其将确定通过加热元件的电流路径和密度。较低的电压和较长的电流路径需要相对较多的传导纤维和较低的电阻。理想的片在任何方向上均具有均匀的电阻。例如，第一方向(例如，机器方向(machine direction))上的电阻与垂直于第一方向的第二方向(例如，与机器方向交叉的方向(cross-machinedirection))上的电阻大体上相等(+/-5％)。
本领域已知的示例性导电碳纤维片是Chemitex 20碳纤维面纱(CHM Composites,Ltd.)。Chemitex 20是基于PAN的碳纤维面纱，该碳纤维面纱具有17g/m2的平面基本重量、苯乙烯溶性粘合剂、0.15mm的厚度、60N/15mm的机器方向和与机器方向交叉的方向上的拉伸强度以及每平方5欧姆的电阻率。然而，已经发现因为各种原因(例如，纤维片的脆性、沿片的不同方向上的电阻的非均匀性、片中纤维的较长长度)，标准的商业碳纤维片(例如，Chemitex碳纤维片)对于实现优选的加热元件实施方式而言是较不理想的。还发现，具有本文所讨论的特征的传导片避免了将金属粒子添加到片所需要的额外的成本和负担，例如，如Kraus的美国专利申请第4,534,886号中所讨论的。
在一个实施方式中，非织造导电片中的全部或部分传导和/或非传导纤维的长度小于或等于12mm，使得平均纤维长度小于或等于12mm。用来制造非织造导电片的湿铺制造方法不需要额外的传导材料(例如，传导粒子)来获得均匀的电阻。在另一实施方式中，非织造导电片中的全部传导和/或非传导纤维的长度在6mm至12mm的范围中，而没有其他额外的传导粒子存在。
下述传导纤维是有益的：所述传导纤维具有25,000欧姆/厘米或更低的电阻，在25欧姆/厘米至15,000欧姆/厘米范围内，并且具有高于约500℃的熔点。不可燃并且不易碎的传导纤维也是有益的。传导纤维的电阻和传导纤维的机械性能二者在0℃至500℃的范围中均不受温度变化显著影响也是有益的。其他因素，例如相对较低的吸水率、过敏特性以及粘合剂的相容性也可以进入选择过程。合适的纤维包括：碳、镍涂覆碳、银涂覆尼龙以及镀铝玻璃。
因为碳纤维具有所有的期望特征，相对便宜，并且可以以小但可控的浓度来使用以在标准的家用电压下提供期望的热输出，所以将碳纤维用在用于消费者应用例如地板下的加热垫的加热元件中是有益的。也可以生产在低电压下使用的加热元件。例如，通常认为25伏特是最大的防电击电压。为了保护他们的患者，大多数医院和疗养院要求他们的加热垫在该电压下操作。电池供电的加热元件有许多潜在应用，但是这些元件可以在12伏特或更低下操作。可以在这些电压下将温度保持在50℃至180℃的范围中的加热元件是长期需要的。低电压加热元件可通过增加元件中传导纤维的浓度或者通过使用特定类型的传导纤维来制造。例如，因为金属涂覆的纤维的高传导率，所以对这些应用，金属涂覆的纤维例如镍涂覆的碳是碳纤维的合适的替代物，但是碳纤维和碳纤维/金属涂覆的纤维混合物也已经被成功使用。
现在参照图8A和图8B，示出了特别适合于与要求保护的本发明一起使用的示例性非织造纤维片的代表性部分的两个放大照片(图8B具有比图8A更大的放大)。如这些照片所见，纤维片包括全部落在特定的长度范围(例如，6mm至12mm)内的多个单独的基本直的未缠绕的纤维。在整个片各处仅由单独的未缠绕(即，每个纤维与任何其他纤维“未缠绕”)的纤维组成的片没有缺陷，否则所述缺陷可以在如本文所描述在实践中使用片时引起操作问题。要避免的这样的缺陷(未示出)可以包括但不限于：“原木或树枝(log or stick)”(即，端部对齐并且因此好像它们在特定范围之外的纤维束)；“绳索(rope)”(即，具有未对齐的端部的互相未完全隔离或沿纤维轴互相缠绕的纤维集合体)；“熔融纤维”(即，在端部处或沿纤维长度熔融的纤维束)；或者“簇”或“哑铃”(即，被一个或更多个过长的纤维捕获的正常长度的纤维的集合体)。
当非织造片的每个单独纤维以期望方式与作为片的非织造结构的一部分的一个或更多个其他的单独的纤维接触时，理想的接触与缠绕的不同在于：缠绕通常涉及沿纤维的纵向轴围绕彼此缠绕的两个或更多个纤维，然而，优选的接触包括具有与其他直的未缠绕的纤维的多个接触点的直的未缠绕的纤维，使得接触纤维的纵向轴互相成锐角或直角。为了保证高质量的性能，一些实施方式可以包括已经(人工地或使用机器视觉)目视检查过以确认没有缺陷(诸如但不限于上述的那些缺陷)的片，并且可以仅使用基本上由单独的未缠绕的纤维组成的片(即，具有小于每100克材料重量200个的缺陷率的片)。因此，用于制造用于如本文描述的用途的片的制造过程优选地被设计成将第一质量提供为高百分比的生产量。
聚丙烯腈(PAN)是用于制造碳纤维的丙烯酸前体纤维。可以使用其他前体，例如人造纤维或沥青基，但是PAN是对该应用的性能、一致性以及质量的有益选择。有益的加热器元件的材料特征可以包括：
电阻在1欧姆/平方至200欧姆/平方之间
跨铜带施加的电压：0至120VDC与0至240vAC
单相50Hz和415vAC，三相50HZg，
典型的最高温度：400摄氏度
典型的温度一致性：+/-2摄氏度
加热速率：高达30摄氏度/分钟
柔性的并且容易悬垂或形成三维形状的加热器元件材料是特别有优势的。结合本文描述的其他示例性层使用未涂覆或未处理的面纱加热器元件，生成包括未涂覆或干燥的预制件(perform)的织物，所述预制件可以注入或灌注有随后意图将织物嵌入于其中的材料。
可以以各种配置制造图1所示的织物加热元件100以将其插入各种应用(例如，加热的服装、汽车座椅等)。图2示出了所制造的图1的织物加热元件100的两个示例的顶视图。
在一个示例中，织物加热元件200包括未穿孔的织物层206以及母线204和208。在另一示例中，织物加热元件202包括穿孔的织物层212以及母线210和214。虽然未示出，但是电线连接至母线以将电压施加于母线并且产生分别流过织物层206和212的电流。
很多因素可以确定流经织物层的电流量，因此可以确定由设备产生的热量。这些因素包括但不限于：母线之间的距离(例如，较接近的母线提供较低的电阻电路径，因此产生较高的电流/温度)；施加于母线的电压水平(例如，较高的电压产生较高的电流/温度)；以及穿孔的密度/形状(例如，较高的穿孔密度产生较低的电阻，因此产生较高的电流/温度)。
除图2所示的双母线配置之外，如图3的织物加热元件300所示，织物加热元件可以被配置成具有多于两个母线。通过包括多于两个母线，设备可以具有可以被单独地控制的多个独立的加热区域。例如，如图3所示，织物加热元件包括分别由母线对308/310、312/314以及316/318产生的三个加热区域(例如，302、304以及306)。
在该示例中，由于母线之间不同的间隔，对于相同的供给电压，每个加热区域产生不同的热量(例如，由于母线308/310之间的大距离，区域302产生的热量最少，而由于母线316/318之间的小距离，区域306产生的热量最多)。也可以使用不同的供给电压独立地控制热量输出。
与图2和图3所示的传导带的电连接可以包括但不限于：焊接线、焊接的插入物或紧固件、螺栓或铆钉、夹具连接器以及任何其他类型的合适连接器。图4示出了关于示例性连接的额外信息和示例性连接的说明。在该示例中，母线中的每一个包括与电线的不同类型的机械连接。例如，母线408包括1型连接器(例如，可能在加热毯、模子加热以及工业加热应用中有用的焊接线连接)，母线406包括2型连接器(例如，使用在加热台和工业加热应用中可能有用的轧花网眼(crimped wire eyelet)的铆钉或螺栓)，母线404包括3型连接器(例如，在模子加热、处理复合材料以及集成产品加热应用中可能有用的焊接的固定插入物“大头紧固件”)和4型连接器(例如，对地板下的加热应用可能有用的快速夹紧连接器)。
图3所示的加热元件300可以切割自具有母线308、310、312、314、316以及318的材料卷，其中，所述母线308、310、312、314、316以及318沿整个卷纵向延伸。然后，得到的材料卷不仅可以用于生成跨越卷的整个宽度的加热元件，而且可以用于生成跨越小于卷的整个宽度的加热元件。例如，在母线310与母线312之间和/或在母线314与母线316之间的纵向切割准许从同一材料卷来构造多个加热元件，每个具有不同宽度。卷或片的其他实施方式可以具有等间隔的多对母线或仅具有单对母线。
当图4所示的连接器或紧固件嵌入复合材料中时，它们也可以具有保护性镀层或涂层(例如，钢的铝或锌镀层的经阳极化处理的涂层)。黄铜配件通常不需要任何处理。如果织物加热器要被嵌入碳纤维复合层压材料或其他导电材料中，则可以在连接器区域设置额外的离散绝缘片层以用于进一步的电绝缘。
虽然图4的连接被图示在包括涂覆有热塑性聚合物的碳面纱的PowerFilmTM加热元件上，但是这些类型的连接适合与任何类型的加热器元件一起使用，包括本文描述的电力织物的实施方式中的未涂覆的碳面纱。涂覆的碳纤维面纱，例如PowerFilmTM加热元件，具有适合下述一些加热应用的机械性能：在所述加热应用中，可能最终意在将膜嵌入热固性层压材料中或嵌入难以化学地接合或嵌入膜的其他不相容的材料中。具有如本文所描述的未涂覆的碳面纱的复合加热织物较PowerFilmTM产品的优点是：其适合嵌入更多种类的材料，并且与热塑性涂覆碳面纱相比提供更大的柔性。PowerFilm加热元件或其他涂覆碳纤维面纱也可以用在复合织物实施方式中。
可以使用从闭环系统中的传感器接收反馈以控制设置温度的比例积分微分(PID)控制器来控制最大温度，或者通过针对给定的设置温度基于电力输入计算施加正确的输入电压来控制最大温度。可以使用连接至电压供给的电压调节器或在输入供给电压处的平滑电容器来调节和控制电压输入(例如，AC/DC)供给电压。
图5示出了包括控制器的织物层加热系统500的示例。图5示出具有织物层元件202和温度传感器506的系统，其中，织物层元件202和温度传感器506集成在设备508(例如，车辆座位、服装等)中并且电耦接至控制器502，控制器502从电源504接收电力并且将来自电源504的电力分配至织物层元件202。
图6的流程图600描述了织物层加热系统500的操作。在步骤602中，控制器502从用户接收用于设置期望的温度(例如，车辆座椅的温度)的输入。图5未示出输入设备，但是输入设备可以包括标度盘、按钮、触摸屏等。在步骤604中，控制器502将预定电压施加于随后产生热量的织物层元件202的母线。在步骤606中，控制器502使用温度传感器506来监测织物层元件202的温度。温度传感器506可以与织物层元件202直接接触或者极为接近织物层元件202。在步骤608中，控制器502确定是否已经达到期望温度。如果已经达到期望温度，则随后在步骤610中，控制器502停止将电压施加于母线。然而，如果没有达到期望温度，则控制器502继续将电压施加于母线。
在用于制造非织造网的湿铺工艺的商业限制内，会期望使用短碳纤维(例如，直径为5微米至20微米并且平均纤维长度在3mm与9mm之间的纤维)来实现具有期望的均匀热散布特性的均匀片。当纤维长度超过9mm时，可能变得技术上难以制造包含各处均匀散布的碳纤维的导电片，其结果是片中点到点的电阻值的不规则可能变得惊人。
此外，短纤维的致密网状物使非织造网对孔或局部损坏相对地不敏感。加热器元件的外部绝缘和加强层以及连接粘合层允许在非织造网中使用最佳纤维长度，以在传导的非织造层各处提供电阻的均匀性。外层的重量通常在20克/平方米至100克/平方米之间变化。
此外，外层可以通过具有以下涂覆或浸渍的加强层来与被外层嵌入的材料相容：所述涂覆或浸渍的加强层与被外层嵌入的材料匹配或另外有利地化学上配对。例如，包括织造的玻璃涂覆的聚氯乙烯(PVC)的外层可以用在要被嵌入加热地板应用的PVC地板覆盖物中的加热元件中，并且织造尼龙/丙烯酸织物外层可以用于产生加热服装。
在加热器元件被嵌入在粘性材料例如橡胶或混凝土中的应用中，可能期望对加热器元件材料进行穿孔使得实现额外的机械接合。由于非织造网对孔不敏感，包括这样的穿孔以提供机械接合的能力是相对于其他目前最新水平的加热器的附加优点。由于面积减小，所以穿孔的加热器的电阻通常增加35％至50％。在一些应用中，18％至20％的开口面积可以提供最优的加热器性能。例如，示例性孔图案可以包括中心间隔3.5mm的直径为1.5mm的孔。
将外层连接至内部传导层的粘合层通常按照15g/m2至20g/m2来施加，并且粘合层可以包括任何相容的热塑性或热固性网粘合剂，例如PET、热塑性聚氨酯(TPU)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚酰胺、聚烯烃、环氧树脂、聚酰亚胺等。加热器混合构造材料可以在关于目前最新水平的低压/温连续带压机(belt press)的商业基础上制造。通常能够实现10mts/分钟的机器生产速度。
铜母线带接合至非织造内部传导层，使得在加热器材料各处实现完整的电气连续性。在整个加热织物被固结的同时或在与其他层固结之前，铜母线带可以接合至内部传导层。在典型的接合过程中，内部传导层和铜母线带(在它们之间有足够的粘合剂)单独地或与本文所描述的其他层一起被送入层压机，例如层压带压机。
图7的流程图700描述了织物加热元件的制造过程的一般示例。例如，在步骤702中，制造商形成(例如，经由湿铺制造)纤维层(例如，穿孔的或未穿孔的碳纤维)。在步骤704中，制造商将金属带(例如，经涂覆的铜)接合至所形成的纤维层上的预定位置(例如，彼此相距特定的距离)。在步骤706中，制造商将电线连接至允许施加供给电压的金属带中的每一个。在步骤708中，制造商将粘合层施加于纤维层的两侧。然后，在步骤710中，制造商将绝缘层施加于两个粘合层。一般，该制造过程产生图1所示的织物加热元件100。
应当理解，本发明不限于任何特定的构造材料，也不限制于这样的材料的任何特定的结构或性能特征，而是如本文所阐述的某些材料和结构性能特征可以提供优点，并且因此可以用在某些实施方式中。此外，应当理解的是，本发明不限于部件的任何特定组合，而且本文所述部件中的每个部件均可以以与本文所述任何其他部件的任意组合的方式来使用。
此外，虽然本文参照特定的实施方式对本发明进行说明和描述，但是并非意在将本发明限于所示的细节。而是可以在不偏离本发明的情况下在本权利要求的等效范围和范畴内对细节做各种修改。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种织物加热元件，包括：
导电非织造纤维层，其包括多个纤维；以及
至少两个传导带，其跨预定长度与所述纤维层电连接，被定位成与所述纤维层的相对端部邻近，并且被配置成电连接至电源，其特征在于:
所述非织造纤维层包括不存在传导粒子的单独未缠绕纤维的湿铺层，纤维包括：具有小于12mm的平均长度的传导纤维、非传导纤维或者传导纤维和非传导纤维的组合，其中，任何非传导纤维是玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的织物加热元件，其中，所述纤维层还包括一个或更多个粘合剂聚合物以及阻燃剂。
3.根据权利要求2所述的织物加热元件，
其中，所述纤维层由一种或更多种阻燃剂、粘合剂、多个非传导纤维和多个传导碳纤维的组合组成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的织物加热元件，其中，多个传导纤维包括碳纤维。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的织物加热元件，其中，所述纤维层在任何方向上具有均匀的电阻。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的织物加热元件，
其中，传导纤维中的每一个具有在6mm至12mm范围内的长度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的织物加热元件，
其中，非传导纤维中的每一个具有在6mm至12mm范围内的长度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的织物加热元件，
其中，多个传导纤维中的一个或更多个包括具有金属涂层的非金属纤维。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述纤维层包括多个穿孔，与不存在穿孔的情况下的电阻相比，所述多个穿孔增加了所述纤维层的穿孔部分的电阻。
10.根据权利要求9所述的织物加热元件，其中，所述穿孔限定在18％至20％的范围内的所述纤维层中的开口区域。
11.根据权利要求9或10所述的织物加热元件，其中，所述多个穿孔由中心以距离D2间隔开的具有直径D1的孔的图案组成。
12.根据权利要求11所述的织物加热元件，其中，D1＝1.5mm，并且D2＝3.5mm。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述至少两个传导带是铜。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述预定长度是所述纤维层的整个长度或宽度。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的织物加热元件，还包括：
至少再一个传导带，其跨所述纤维层的另一预定长度连接在所述至少两个传导带之间。
16.根据权利要求15所述的织物加热元件，
其中，所述至少两个传导带中的一个与所述至少再一个传导带在所述纤维层上以第一宽度间隔开，以及
其中，所述至少两个传导带中的另一个与所述至少再一个传导带在所述纤维层上以不同于所述第一宽度的第二宽度间隔开。
17.一种织物加热设备，包括：
根据权利要求1至16中任一项所述的织物加热元件；
第一粘合层，其粘合至第一绝缘层和纤维层的第一侧；以及
第二粘合层，其粘合至第二绝缘层和纤维层的第二侧。
18.根据权利要求17所述的织物加热设备，其中，至少两个传导带中的每一个均包括与电源的电连接。
19.一种织物加热系统，包括：
根据权利要求17或18所述的织物加热设备；以及
控制器，其电连接至电源和至少两个传导带，所述控制器被配置成将来自所述电源的电压施加于所述至少两个传导带。
20.根据权利要求19所述的织物加热系统，还包括：
温度输入设备，用于设置要由所述织物加热设备产生的热量的期望量；以及
温度传感器，用于检测纤维层响应于来自所述温度输入设备的输入而产生的热量，并且将指示所检测到热量的量的信号传输至所述控制器。
21.根据权利要求19或20所述的织物加热系统，
其中，织物元件包括至少三个传导带，并且每个传导带电连接至所述电源，并且
其中，所述控制器还被配置成将第一电压施加于纤维层的在第一传导带与第二传导带之间的第一部分，并且将第二电压施加于纤维层的在第三传导带与第二传导带之间的第二部分。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的织物加热系统，
其中，所述控制器被配置成改变施加于传导带的电压，以经由纤维层产生预定量的热量。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的织物加热系统，
其中，所述织物加热系统包括车辆的车内装饰、服装以及地板覆盖物中至少之一的部件。
24.根据权利要求19至22中任一项所述的织物加热系统，其中，
所述织物加热设备安装在车辆的座椅中，
所述电源是所述车辆的电池，并且
所述控制器是所述车辆的控制器。

Claims (24)

1.一种织物加热元件，包括：
导电非织造纤维层，其包括多个传导纤维，其中，所述多个传导纤维共同具有小于12mm的平均长度；以及
至少两个传导带，其跨预定长度与所述纤维层电连接，被定位成与所述纤维层的相对端部邻近，并且被配置成电连接至电源。
2.根据权利要求1所述的织物加热元件，其中，所述纤维层还包括一个或更多个粘合剂聚合物以及可选地阻燃剂。
3.根据权利要求1或2所述的织物加热元件，其中，所述多个传导纤维包括碳纤维。
4.根据权利要求1至3所述的织物加热元件，其中，所述纤维层在任何方向上具有均匀的电阻。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述纤维层包括影响所述纤维层的电阻的多个穿孔。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的织物加热元件，还包括多个非传导纤维。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述纤维层由多个传导碳纤维、粘合剂、可选地一个或更多个阻燃剂以及可选地多个非传导纤维组成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述传导纤维中的每一个具有在6mm至12mm范围内的长度。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的织物加热元件，
其中，非传导纤维中的每一个具有在6mm至12mm范围内的长度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述多个传导纤维中的一个或更多个包括具有金属涂层的非金属纤维。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述纤维层基本上由单独的未缠绕的纤维组成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述纤维层包括影响所述纤维层的电阻的多个穿孔。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述至少两个传导带是铜。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的织物加热元件，
其中，所述预定长度是所述纤维层的整个长度或宽度。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的织物加热元件，还包括：
至少再一个传导带，其跨所述纤维层的另一预定长度连接在所述至少两个传导带之间。
16.根据权利要求15所述的织物加热元件，
其中，所述至少两个传导带中的一个与所述至少再一个传导带在所述纤维层上以第一宽度间隔开，以及
其中，所述至少两个传导带中的另一个与所述至少再一个传导带在所述纤维层上以不同于所述第一宽度的第二宽度间隔开。
17.一种织物加热设备，包括：
根据权利要求1至16中任一项所述的织物加热元件；
第一粘合层，其粘合至第一绝缘层和纤维层的第一侧；以及
第二粘合层，其粘合至第二绝缘层和纤维层的第二侧。
18.根据权利要求17所述的织物加热设备，其中，至少两个传导带中的每一个均包括与电源的电连接。
19.一种织物加热系统，包括：
根据权利要求17或18中任一项所述的织物加热设备；以及
控制器，其电连接至电源和至少两个传导带，所述控制器被配置成将来自所述电源的电压施加于所述至少两个传导带。
20.根据权利要求19所述的织物加热系统，还包括：
温度输入设备，用于设置要由所述织物加热设备产生的热量的期望量；以及
温度传感器，用于检测纤维层响应于来自所述温度输入设备的输入而产生的热量，并且将指示所检测到热量的量的信号传输至所述控制器。
21.根据权利要求19或20所述的织物加热系统，
其中，织物元件包括至少再一个传导带，所述至少再一个传导带电连接至所述电源，并且
其中，所述控制器还被配置成将第一电压施加于纤维层的在所述至少两个传导带中的一个与所述至少再一个传导带之间的第一部分，并且将第二电压施加于纤维层的在所述至少两个传导带中的另一个与所述至少再一个传导带之间的第二部分。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的织物加热系统，
其中，所述控制器被配置成改变施加于所述至少两个传导带的电压，以经由纤维层产生预定量的热量。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的织物加热系统，
其中，所述织物加热系统包括车辆的车内装饰、服装以及地板覆盖物中至少之一的部件。
24.根据权利要求23所述的织物加热系统，其中，
所述织物加热设备安装在车辆的座椅中，
所述电源是所述车辆的电池，并且
所述控制器是所述车辆的控制器。
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