CN112342696A - 一种柔性非织造材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性非织造材料，包括布层，以及从外向内依次包覆在布层外侧的柔性玻璃层、纤维层和纳米薄膜层，所述柔性玻璃层和纤维层之间还铺设有纳米发电机装置，所述纳米发电机装置与外设装置连接。采用本发明的柔性非织造材料，可保证在具有柔性的同时，能够通过弯曲压缩检测承重的效果。
Description
技术领域
本发明属于非织造材料技术领域，具体来说，涉及一种柔性非织造材料。
背景技术
非织造材料具有着良好的各项性能，如今，柔性非织造材料在众多领域都有着广泛应用，比如可以铺设在道路上，可以放置在建筑隔层间。
但是，对于非织造材料应用时的一些特性缺少应用，比如柔性非织造材料受压时的弯曲和承重时的压力。纳米发电机是基于规则的氧化锌纳米线的纳米发电机，是在纳米范围内将机械能转化成电能，是世界上最小的发电机。纳米发电机能够利用弯曲和压缩的机械能转化为电能。因此，迫切需要一种能够充分利用柔性弯曲承重性能的非织造材料。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种柔性非织造材料，可以保证在具有柔性的同时，能够通过弯曲压缩检测承重的效果。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用以下技术方案：
一种柔性非织造材料，包括布层，以及从外向内依次包覆在布层外侧的柔性玻璃层、纤维层和纳米薄膜层，所述柔性玻璃层和纤维层之间还铺设有纳米发电机装置，所述纳米发电机装置与外设装置连接。
优选的，所述外设装置包括电量检测装置，电量检测装置和纳米发电机装置连接。
优选的，所述外设装置还包括监控装置和储能装置，所述监控装置和与电量检测装置连接，储能装置和纳米发电机装置连接。
优选的，所述布层由包芯纱材料单元制成，所述包芯纱材料单元包括气体袋、以及位于气体袋外侧的纳米纺丝层和包覆纤维层；所述气体袋由抗菌性材料制成；所述气体袋具有主动破损功能
优选的，所述包芯纱材料单元中的气体袋保持充气状态，所述气体袋数量至少为一个。
优选的，所述气体袋中填充惰性气体。
优选的，所述柔性非织造材料还包括气体监测装置和气体补充装置，气体监测装置用于监测气体袋的破损情况，气体补充装置用于充气；所述气体监测装置位于包芯纱材料单元中；所述非织造材料设有进气口和出气口，所述进气口和气体补充装置连通；所述气体补充装置还与设有气体监测装置的包芯纱材料单元中的气体袋连通。
优选的，所述纳米纺丝层通过静电纺丝方法设置在气体袋外表面；具体包括：通过静电纺丝装置向气体袋表面喷出纳米级纺丝液，所述纳米级纺丝液包裹气体袋外侧，形成纳米纺丝层；所述纳米级纺丝液中含有纳米级颗粒物，所述纳米级颗粒物不溶解于纳米级纺丝液。
优选的，所述包覆纤维层通过纤维集合体包缠装置，将纤维固定在所述纳米纺丝层外侧，形成包芯纱材料单元。
优选的，所述布层由包芯纱材料单元通过机织设备或针织设备制成；通过在所述布层的交织点喷涂粘性物质，并在热作用下，粘性物质粘合固定交织点。
与现有技术相比，本发明的柔性非织造材料，可保证在具有柔性的同时，能够通过弯曲压缩检测承重的效果。本实施例的柔性非织造材料，包括布层，以及从外向内依次包覆在布层外侧的柔性玻璃层、纤维层和纳米薄膜层，所述柔性玻璃层和纤维层之间还铺设有纳米发电机装置，所述纳米发电机装置与外设装置连接。纳米发电机装置在受到周围所包覆材料的压力作用，进入发电状态，产生电流，从而表征材料的弯曲变形情况，通过外设装置接收电流，根据电流量表征材料受到的压力大小，体现承重重量。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例中包芯纱材料单元的示意图；
图3是本发明实施例中静电纺丝装置的示意图；
图4是本发明实施例中静电纺丝装置纺丝头的示意图；
图5是本发明实施例中布层的交织点的示意图。
图中有：布层1、柔性玻璃层2、纤维层3、纳米薄膜层4、气体袋5、纳米纺丝层6、包覆纤维层7、静电纺丝装置8、纳米级纺丝液9、纳米级颗粒物10、针织设备11和纳米发电机装置12。
具体实施方式
以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
如图1所示，本发明实施例的柔性非织造材料，包括布层1，以及从外向内依次包覆在布层1外侧的柔性玻璃层2、纤维层3和纳米薄膜层4，所述柔性玻璃层2和纤维层3之间还铺设有纳米发电机装置12，所述纳米发电机装置12与外设装置连接。
其中，将纳米发电机装置12设置在柔性玻璃层2和纤维层3之间的主要作用是可以更加直接的表达柔性玻璃层2和纤维层3的变形，柔性玻璃层2和纤维层3局部或者是某一点受到外力作用时，这些外力会更加直接的传给纳米发电机装置12，从而使纳米发电机装置12发电。柔性玻璃层2和纤维层3的厚度可以设置为很薄，此时作用会更加明显。通过设置纳米发电机装置12，能够表征外部对材料施加的压力，压力越大，发电量越大，材料的任一层发生形变，就会层层传递，进而使纳米发电机装置12进入发电状态，通过将纳米发电机装置12与外设装置连接，得到发电量，再间接表征各层是否受到压力，体现各层材料的物理状态。预先设置发电量、压力和重量的对应关系表。通过外设装置获取纳米发电机装置12的发电量，从而获得对应的压力值以及重量。例如，在高度公路地面安装本实施例的材料，获得车辆是否超载信息。车辆越重，对本实施例的材料施加越大的压力。纳米发电机装置12受压时发电。施加的压力越大，纳米发电机装置12产生的电量越大。通过外设装置获得纳米发电机装置12的发电量，从而获得车辆的重量。这样便于判断是否超载。
上述实施例的柔性非织造材料中，优选的，如图2所示，所述布层1由包芯纱材料单元制成，所述包芯纱材料单元包括气体袋5、以及位于气体袋5外侧的纳米纺丝层6和包覆纤维层7；所述气体袋5由抗菌性材料制成；所述气体袋5具有主动破损功能。气体袋5中填充惰性气体。惰性气体中不含有水分和微生物杂质。
其中，通过设置纳米纺丝层6，包覆气体袋5，减少气体袋5受到外力作用，产生不可控或者是设计目的外的破损；设置纤维层3是为了形成包芯纱结构，将气体袋5包覆，为后续的织造工序做准备。布层1外的纳米薄膜层4主要是包覆布层1，一定程度上进一步减少气体袋5的意外破损，再就是起到粘结布层1和纤维层3的作用。柔性玻璃层2实际是起到保护整个材料结构的作用，加了柔性玻璃层2，其适用范围扩大，使材料能应用至室外，同时，有了柔性玻璃层2的作用，其他各层的材料都会受到进一步的保护，而且在其他科技技术的作用下，增加功能性，比如显示字体、图标、视频等，还可以保证本发明材料的柔韧性，可以使材料以任意角度弯曲或者是折叠，增加材料的通用性和利用效率。
需要说明的是，气体袋5具有主动破损的功能。所谓主动破损是指气体袋5中的气体主动从气体袋5的缝隙中泄露。作为一实施例，在气体袋5上设置孔隙。这样，在充气后，气体袋5中的气体主动从孔隙泄露。气体袋5通过主动破损，将气体袋5中的气体排出，透过布层1、纤维层3和纳米薄膜层4，将位于各层缝隙中的空气从出气口排出，保持材料内部没有空气，保证本发明材料的各层都具备抗菌防霉功能。气体袋5作为布层1中的柔性物体，同样能够随着材料发生柔性弯曲，气体袋5可以不用完全充满气体，此时的柔性最佳；布层1在充气或破损排出气体时，体积发生变化，也会对纳米发电机装置12发生挤压，此时也可以通过发电量间接表征气体袋5的状态。与外界物体对纳米发电机装置12产生的压力相比，气体袋5排出的气体对纳米发电机装置12产生的压力可以忽略。
优选的，所述包芯纱材料单元中的气体袋5保持充气状态，截面形状为圆形或非圆形，所述气体袋5数量至少为一个。气体袋5在进行充气后，可以选择截断热压密封或保持完成一个充气状态，根据实际需求，选择气体袋5的截面形状。
优选的，所述气体袋5的表面粗糙度为Ra0.0001mm～Ra100mm；比表面积为0.1～5m2/g。可以采用物理或化学的方法对气体袋5表面进行处理，比如采用热轧装置、机械摩擦和表面腐蚀等方法，增加粗糙度，随后通过等离子体处理，进行表面改性，进一步增加气体袋5表面的粗糙度，增加比表面积。采用本优选的表面粗糙度和比表面积的气体袋5，可以增加气体袋5和其外层(纳米纺丝层6)之间的粘接性能。
优选的，柔性非织造材料还包括气体监测装置和气体补充装置，气体监测装置用于监测气体袋5的破损情况，气体补充装置用于充气；所述气体监测装置位于包芯纱材料单元中；所述非织造材料设有进气口和出气口，所述进气口和气体补充装置连通；所述气体补充装置还与设有气体监测装置的包芯纱材料单元中的气体袋5连通。通过气体监测装置的检测，对气体袋5进行实时的监测，判断气体袋5是否漏气或者破损，气体袋5主动破损后，需要对气体袋5进行补充气体，气体袋5也可能受外力挤压被动破损，同样需要气体补充装置补充气体。气体补充装置通过进气口充气，使得材料各层中的空气从出气口中排出。同时，气体袋5的破损，使得气体袋5中的气体外泄，外泄的气体穿过各材料层，使得各材料层中的空气和各材料层之间的空气从出气口中排出。该实施例确保了材料内部不会有空气，提高了防霉抗菌效果。由于气体袋5中主动破损而外泄的气体量较小，因此，将气体补充装置通过进气口向本实施例的材料中充气，可以提高充气效率，将材料层中的空气尽快排出。
如图3和图4所示，优选的，所述纳米纺丝层6通过静电纺丝方法设置在气体袋5外表面；具体包括：通过静电纺丝装置8向气体袋5表面喷出纳米级纺丝液9，所述纳米级纺丝液9包裹气体袋5外侧，形成纳米纺丝层6；所述纳米级纺丝液9中含有纳米级颗粒物10，所述纳米级颗粒物10不溶解于纳米级纺丝液9。在纺丝液喷丝形成纳米纤维后，纳米级颗粒物10随机的分布在纳米纤维材料中，最终形成表面不光滑或者是粗糙的纳米纤维材料。纳米级颗粒物10吸附气体中的水分或者是其他物质，以提高防霉抗菌功效。
其中，气体袋5表面喷丝时，气体袋5自转，静电纺丝装置8的纺丝头固定；或者是气体袋5自转，静电纺丝装置8的纺丝头自转；或者是气体袋5固定，静电纺丝装置8的纺丝头自转。静电纺丝装置8的纺丝头数量为至少一个。
优选的，所述纳米级纺丝液9中含有粘接液。粘接液增加纳米丝和气体袋5的粘合性，利用粘性物质的随机分布性，直接和气体袋5粘合，防止分层或者是分离。纺丝液具有抗菌、抗腐蚀等功能。
优选的，所述包覆纤维层7通过纤维集合体包缠装置，将纤维固定在所述纳米纺丝层6外侧，形成包芯纱材料单元。其中纱线所用的纤维可以是热敏性或者是其他性质的纤维材料，增加最终产品的热敏性等功能性。
如图5所示，优选的，所述布层1由包芯纱材料单元通过机织设备或针织设备11制成；通过在所述布层1的交织点喷涂粘性物质，并在热作用下，粘性物质粘合固定交织点。布的交织点处可以采用外设装置，直接刺入，并热压；也可以采用外设装置在交织点处随机喷涂粘性物质，使得交织点处烘干后具有粘性，防止布变形。
优选的，所述外设装置包括电量检测装置。通过设置外设装置，并与纳米发电机装置12连接，根据纳米发电机装置12受到的压力，将压力转化为的电量，判断整体非织造材料此时所受到的压力的情况，发电量与受到的压力成正相关，压力一般与承重重量成正相关，因此可以根据发电量的大小推算出承重重量的大小。优选的，所述外设装置还包括监控装置，监控装置和电量检测装置连接。电量检测装置在检测电量的同时进行计算处理，并将结果反馈显示到监控装置。优选的，所述外设装置还包括储能装置，储能装置和纳米发电机装置12连接。纳米发电机装置12受压产生的发电量可以经由储能装置进行进一步的储存，为其他装置供能，达到节约电的目的。
上述实施例的柔性非织造材料的工作过程为：通过上述实施例的方法制成柔性非织造材料后，可以将材料用在测重领域，可以铺设在施工道路上或是某些限重地点；以汽车为例，当车子行驶过铺设有本实施例所述非织造材料的道路时，车子对道路进行了挤压，非织造材料受重弯曲挤压，从而纳米发电机装置12受压发电，电流传递至外设装置中，并根据接收到的电量进行计算，得出车子的具体重量，根据结果判断车子是否有超重等情况。
与现有技术相比，采用本发明的柔性非织造材料，纳米发电机装置在受到周围所包覆材料的压力作用，进入发电状态，产生电流，从而表征材料的弯曲变形情况，通过外设装置接收电流，根据电流量表征材料受到的压力大小，体现承重重量。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的优选实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
Claims (10)
1.一种柔性非织造材料，其特征在于，包括布层(1)，以及从外向内依次包覆在布层(1)外侧的柔性玻璃层(2)、纤维层(3)和纳米薄膜层(4)，所述柔性玻璃层(2)和纤维层(3)之间还铺设有纳米发电机装置(12)，所述纳米发电机装置(12)与外设装置连接。
2.按照权利要求1所述的柔性非织造材料，其特征在于，所述外设装置包括电量检测装置，电量检测装置和纳米发电机装置(12)连接。
3.按照权利要求2所述的柔性非织造材料，其特征在于，所述外设装置还包括监控装置和储能装置，所述监控装置和与电量检测装置连接，储能装置和纳米发电机装置(12)连接。
4.按照权利要求1所述的柔性非织造材料，其特征在于，所述布层(1)由包芯纱材料单元制成，所述包芯纱材料单元包括气体袋(5)、以及位于气体袋(5)外侧的纳米纺丝层(6)和包覆纤维层(7)；所述气体袋(5)由抗菌性材料制成；所述气体袋(5)具有主动破损功能。
5.按照权利要求4所述的柔性非织造材料，其特征在于，所述包芯纱材料单元中的气体袋(5)保持充气状态，所述气体袋(5)数量至少为一个。
6.按照权利要求4所述的柔性非织造材料，其特征在于，所述气体袋(5)中填充惰性气体。
7.按照权利要求4所述的柔性非织造材料，其特征在于，还包括气体监测装置和气体补充装置，气体监测装置用于监测气体袋(5)的破损情况，气体补充装置用于充气；所述气体监测装置位于包芯纱材料单元中；所述非织造材料设有进气口和出气口，所述进气口和气体补充装置连通；所述气体补充装置还与设有气体监测装置的包芯纱材料单元中的气体袋连通。
8.按照权利要求4所述的柔性非织造材料，其特征在于，所述纳米纺丝层(6)通过静电纺丝方法设置在气体袋(5)外表面；具体包括：通过静电纺丝装置(8)向气体袋(5)表面喷出纳米级纺丝液(9)，所述纳米级纺丝液(9)包裹气体袋(5)外侧，形成纳米纺丝层(6)；所述纳米级纺丝液(9)中含有纳米级颗粒物(10)，所述纳米级颗粒物(10)不溶解于纳米级纺丝液(9)。
9.按照权利要求8所述的柔性非织造材料，其特征在于，所述包覆纤维层(7)通过纤维集合体包缠装置，将纤维固定在所述纳米纺丝层(6)外侧，形成包芯纱材料单元。
10.按照权利要求4所述的柔性非织造材料，其特征在于，所述布层(1)由包芯纱材料单元通过机织设备或针织设备(11)制成；通过在所述布层(1)的交织点喷涂粘性物质，并在热作用下，粘性物质粘合固定交织点。
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