CN112813558A - 一种具有显示功能的电子织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纺织化纤技术领域，具体为一种具有显示功能的电子织物及其制备方法。本发明的电子织物包括经向电致显示纤维和纬向透明导电纤维；经向电致显示纤维由内到外依次包括柔性导电纤维、电致显示活性层、树脂保护层；制备方法包括：在柔性导电纤维表面负载显示活性材料，得到电致显示纤维；在电致显示纤维外部浸涂透明绝缘封装层；以多根绝缘的电致显示纤维为经线，以透明导电纤维为纬线，以平织的方式进行编织得到具有显示功能的电子织物；通过控制电路的设计，实现织物在特定模式下的矩阵显示。其像素点的亮度可达200‑500cd/m2,使用寿命1000‑3000h；织物具有优良的柔性和透气性，在1000次弯折后依然保持稳定。

Description

一种具有显示功能的电子织物及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织化纤技术领域，具体涉及一种具有显示功能的电子织物及其制备方法。
背景技术
可穿戴器件作为新一代电子设备，受到科学界及产业界的广泛关注。目前可穿戴显示器件多为薄膜平面状，其平面结构在应用过程中难以适应复杂的变形比如扭曲、碰撞、刮擦或撕扯等，并且其不透气的结构无法实现大面积的可穿戴需求。电子织物为我们日常生活电子化数字化提供了无限的可能，电子织物的构建是基于一系列功能纤维通过编织来实现的。而具有显示功能的电子织物，则是由电致显示纤维与导电纤维进行经纬编织形成可电致显示的像素点，通过电路连接和控制电路模块实现矩阵显示。该织物电子显示系统在与外界进行信息显示中具有重要的应用价值，并有望为我国纺织产业转型、提升纺织品附加值做出贡献。
发明内容
本发明的目的在于提供具有显示功能的电子织物及其制备方法，以解决现有技术中智能可穿戴平面显示材料柔性和透气性性能差的问题，以满足穿戴舒适性等要求。
本发明提供的具有显示功能的电子织物，包括经向的电致显示纤维和纬向的透明导电纤维。其中，经向电致显示纤维由内到外依次包括柔性导电纤维、电致显示活性层、树脂保护层。其制备的步骤如下：
（1）在柔性导电纤维表面负载电致显示活性浆料，得到电致显示纤维；
（2）在电致显示纤维外部浸涂透明绝缘封装层，得到绝缘的电致显示纤维；
（3）以多根绝缘的电致显示纤维为经线，以透明导电纤维为纬线，以平织的方式进行编织，得到具有显示功能的织物；
（4）通过控制电路的设计，实现织物在特定模式下的矩阵显示。
步骤（1）中，所述导电纤维的种类包括离子凝胶纤维、镀透明导电陶瓷纤维、镀金属纳米粒子化学纤维，导电聚合物覆盖纤维中的一种或多种。
较佳地，所述导电纤维的直径为20μm-500μm；更佳地，直径为50μm -300μm。
较佳地，所述导电纤维的电导率为10-3S/cm -105S/cm；更佳地，电导率为10-3S/cm-10-1S/cm。
所述透明导电纤维的种类包括金属导电纤维、碳纤维、镀金属纳米粒子化学纤维中的一种或多种。
较佳地，所述透明导电纤维的直径为20μm-500μm；更佳地，直径为50μm-300μm。
较佳地，所述透明导电纤维的电导率为0.1mS/cm-0.1S/cm；更佳地，电导率为0.05S/cm -0.1S/cm。
所述电致显示活性层的成分包括电致显示活性材料、溶剂、粘合剂、润湿剂、表面活性剂等其它助剂。
所述电致显示活性材料属于无机电致发光材料，选自SiO2基电致发光材料（包括但不限于SiO2:Ge、SiO2:Er）、金属硫化物型电致发光材料（包括但不限于CaS、SrS、ZnS、CaGa2S4、SrGa2S4），GaN，Zn2SiO4。
较佳地，所述无机电致发光材料的粒径为50nm-100μm；更佳地，粒径为20-50μm。
较佳地，所述无机电致发光材料在活性层中的占比为20 wt%-90 wt%；更佳地，占比为40 wt%-60 wt%。
所述溶剂为水、乙醇、丙酮、N、N二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
较佳地，所述溶剂在活性层中的占比为5wt%-50wt%；更佳地，占比为10wt%-30wt%。
所述粘合剂属于溶剂型，选自聚乙烯醇、聚氨酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸类胶黏剂、环氧水性胶黏剂、酚醛水性胶黏剂、有机硅类水性胶黏剂中的一种或多种。
较佳地，所述粘合剂在活性层中的占比为5wt%-50wt%；更佳地，占比为10 wt%-30wt%。
所述润湿剂、表面活性剂，均为本领域常用的润湿剂、表面活性剂。
步骤（2）中，所述透明绝缘封装层，是溶剂型固态透明树脂，选自环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂、聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂、有机硅树脂。
较佳地，所述树脂的重均分子量（Mw）为5万-20万。
较佳地，所述树脂厚度为5μm -50μm；更佳地，树脂厚度为10μm -30μm。
所述涂覆工艺包括浸涂、烘干、卷绕。
较佳地，所述浸涂时间在5s-30s。
较佳地，所述烘干温度为60℃-150℃；更佳地，烘干温度为80℃-120℃。
较佳地，所述卷绕速度为5m/min-20m/min。
步骤（3）中，所述平织方法具体为以涂有显示活性层的纤维和传统纺织纱线为经线，相邻导电纤维之间由传统纺织纱线隔开；以透明导电纤维、导电纤维、传统纺织纱线为纬线，在编织过程中一根透明导电纤维与一根导电纤维合股编织或者紧贴编织，最终织物中两者始终保持接触，相邻透明导电纤维之间由传统纺织纱线隔开；透明导电纤维与涂有显示活性层的导电纤维接触形成像素点，通过纬向和经向上的周期性排列形成矩阵显示。
较佳地，所述经纬密度为50×50-150×150；更佳地，经纬密度为75×75-120×120。
步骤（4）中，所述通过控制电路与织物中的所有导电纤维依次进行电学连接来实现织物显示器的显示和控制。通过编织图案以及控制电路的设计，实现特定模式的发光。
在符合本领域常识的基础上，上述各优越条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
（1）通过调控浆料的配比和浸涂工艺参数，最终可获得具有优异电致显示性能、使用寿命长、直径可控的电致显示纤维。将该纤维编织成显示织物，其像素点的亮度可达50-300cd/m2, 使用寿命1000-3000h。织物具有优良的柔性和透气性，在1000次弯折后依然保持稳定；
（2）本发明工艺，简单、高效，条件温和，成本低，绿色经济环保，适合工业化生产；
（3）该电子显示织物在图案装饰和功能指示领域具有较高的应用价值。
附图说明
图1具有显示功能的电子织物示意图。
具体实施方式
下面按照实施例的方式进一步说明本发明，但不会将本发明限制在所述的实施例范围中。下面实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
本发明中，室温是指环境温度为10℃-30℃。
以下实施例中使用的试剂均为外购试剂，其中各种溶剂均购自国药化学试剂有限公司。以下实施例中各种设备皆为市售设备。
以下各实施例中电子显示织物的示意图见图1所示。
实施例1
第一步：在室温25℃下，将50g 铜掺杂的市售硫化锌粉（直径20μm）加入到30g乙醇溶剂中，然后加入19.5g聚乙烯醇胶黏剂，0.5g十二烷基苯磺酸钠表面活性剂及其它助剂，磁力搅拌30min，搅拌速度为300rpm，得到分散均匀的浆料。
第二步：开启浸涂装置，将浆料以10m/min的速度均匀涂覆在铜丝纤维（直径100μm）表面，然后100℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
第三步：开启封装装置，将50wt%水性环氧树脂溶液以8m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后100℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，得到封装的电子显示纤维，封装层厚度控制在25μm左右。
第四步：开启剑杆编织机，以涂有显示活性层的纤维和75D/36f涤纶丝为经线，相邻导电纤维之间由涤纶丝隔开；以透明导电纤维、导电纤维、涤纶丝为纬线进行编织，经纬密度为75×75。在编织过程中一根透明导电纤维与一根导电纤维合股编织或者紧贴编织，最终织物中两者始终保持接触，相邻透明导电纤维之间由涤纶丝隔开；透明导电纤维与涂有显示活性层的导电纤维接触形成像素点，通过纬向和经向上的周期性排列形成矩阵式电子显示织物。所制得织物显示器，在透明导电纤维和电子显示纤维之间施加2千赫兹，100~500 V的正弦交流电压，达到30~150cd/m2的发光强度。由于稳定的经纬搭接结构，织物显示器在对折、揉搓后依然稳定工作。
实施例2
第一步：在室温25℃下，将30g锰掺杂的GaN粉（直径30μm）加入到30g去离子水中，然后加入39.6g聚氨酯胶黏剂，0.40g吐温80表面活性剂及其它助剂，磁力搅拌30min，搅拌速度为400rpm，得到分散均匀的浆料。
第二步：开启浸涂装置，将浆料以8m/min的速度均匀涂覆在不锈钢复丝导电纤维（直径80μm）表面，然后120℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
第三步：开启封装装置，将40 wt%丙烯酸酯树脂溶液以5m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后80℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在15μm左右。
第四步：开启剑杆编织机，以涂有显示活性层的纤维和50D/24f尼龙复丝为经线，相邻导电纤维之间由尼龙复丝隔开；以透明导电纤维、导电纤维、50D尼龙复丝为纬线，经纬密度为100×100。在编织过程中一根透明导电纤维与一根导电纤维合股编织或者紧贴编织，最终织物中两者始终保持接触，相邻透明导电纤维之间由尼龙复丝隔开；透明导电纤维与涂有显示活性层的导电纤维接触形成像素点，通过纬向和经向上的周期性排列形成矩阵式电子显示织物。所制得织物显示器，在透明导电纤维和电子显示纤维之间施加2千赫兹，100~500 V的正弦交流电压，达到10~80cd/m2的发光强度。由于稳定的经纬搭接结构，织物显示器在对折、揉搓后依然稳定工作。
实施例3
第一步：在室温25℃下，将30g掺杂铜的CaS粉（直径10μm）加入到40g丙酮溶剂中，然后加入29g乙酸乙烯酯胶黏剂，1.0g十六烷基三甲基氯化铵表面活性剂及其它助剂，磁力搅拌20min，搅拌速度为500rpm，得到分散均匀的浆料。
第二步：开启浸涂装置，将浆料以15m/min的速度均匀涂覆在石墨烯导电纤维（直径50μm）表面，然后150℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
第三步：开启封装装置，将30wt%聚偏氟乙烯树脂溶液以10m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后150℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在50μm左右。
第四步：开启剑杆编织机，以涂有显示活性层的纤维和32支棉纱为经线，相邻导电纤维之间由棉纱隔开；以透明导电纤维、导电纤维、棉纱为纬线，经纬密度为150×150。在编织过程中一根透明导电纤维与一根导电纤维合股编织或者紧贴编织，最终织物中两者始终保持接触，相邻透明导电纤维之间由棉纱隔开；透明导电纤维与涂有显示活性层的导电纤维接触形成像素点，通过纬向和经向上的周期性排列形成矩阵式电子显示织物。所制得织物显示器，在透明导电纤维和电子显示纤维之间施加2千赫兹，100~500 V的正弦交流电压，达到5~50cd/m2的发光强度。由于稳定的经纬搭接结构，织物显示器在对折、揉搓后依然稳定工作。

Claims (10)

1.一种具有显示功能的电子织物的制备方法，其特征在于，所述电子织物包括经向的电致显示纤维和纬向的透明导电纤维；其中，经向电致显示纤维由内到外依次包括柔性导电纤维、电致显示活性层、树脂保护层；制备的步骤如下：
（1）在柔性导电纤维表面负载电致显示活性浆料，得到电致显示纤维；
（2）在电致显示纤维外部浸涂透明绝缘封装层，得到绝缘的电致显示纤维；
（3）以多根绝缘的电致显示纤维为经线，以透明导电纤维为纬线，以平织的方式进行编织，得到具有显示功能的织物；
（4）通过控制电路的设计，实现织物在特定模式下的矩阵显示；
步骤（1）中，所述柔性导电纤维选自离子凝胶纤维、镀透明导电陶瓷纤维、镀金属纳米粒子化学纤维，导电聚合物覆盖纤维中的一种或多种；导电纤维的直径为20μm-500μm；导电纤维的电导率为10-3S/cm -105S/cm；
所述透明导电纤维选自离子凝胶纤维、镀透明导电陶瓷纤维、镀金属纳米粒子化学纤维，导电聚合物覆盖纤维中的一种或多种；透明导电纤维的直径为20μm-500μm；透明导电纤维的电导率为0.1mS/cm-0.1S/cm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述电致显示活性层的成分包括电致显示活性材料、溶剂、粘合剂、润湿剂、表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述电致显示活性材料为无机电致发光材料，选自SiO2基电致发光材料、金属硫化物型电致发光材料，以及GaN、Zn2SiO4；
所述无机电致发光材料的粒径为50nm-100μm；无机电致发光材料在活性层中的占比为20 wt%-90 wt%；
所述溶剂为水、乙醇、丙酮、N、N二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；溶剂在活性层中的占比为5wt%-50wt%；
所述粘合剂属于溶剂型，选自聚乙烯醇、聚氨酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸类胶黏剂、环氧水性胶黏剂、酚醛水性胶黏剂、有机硅类水性胶黏剂中的一种或多种；粘合剂在活性层中的占比为5wt%-50wt%。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述SiO2基电致发光材料选自SiO2:Ge、SiO2:Er；所述金属硫化物型电致发光材料选自CaS、SrS、ZnS、CaGa2S4、SrGa2S4。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述透明绝缘封装层是溶剂型固态透明树脂，选自环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂、聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂、有机硅树脂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述树脂的重均分子量为5万-20万；所述树脂厚度为5μm -50μm；所述涂覆工艺包括浸涂、烘干、卷绕。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述浸涂时间为5s-30s；所述烘干温度为60℃-150℃；更佳地，烘干温度为80℃-120℃；所述卷绕速度为5m/min-20m/min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述平织方法具体为，以涂有显示活性层的纤维和传统纺织纱线为经线，相邻导电纤维之间由传统纺织纱线隔开；以透明导电纤维、导电纤维、传统纺织纱线为纬线，在编织过程中一根透明导电纤维与一根导电纤维合股编织或者紧贴编织，最终织物中两者始终保持接触，相邻透明导电纤维之间由传统纺织纱线隔开；透明导电纤维与涂有显示活性层的导电纤维接触形成像素点，通过纬向和经向上的周期性排列形成矩阵显示；经纬密度为50×50-150×150。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述通过控制电路设计，实现织物在特定模式下的矩阵显示，是通过控制电路与织物中的所有导电纤维依次进行电学连接来实现织物显示器的显示和控制，实现特定模式的发光。
10.由权利要求1-9之一所述制备方法得到的具有显示功能的电子织物。
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