CN114438657A - 一种低成本摩擦发电针织间隔织物 - Google Patents

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Abstract

一种低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层和底层通过间隔层连接；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；包覆纱A和包覆纱B的外包纱均为导电纤维；所述包覆纱A或包覆纱B的芯纱与所述间隔纱的摩擦电序列不同。本发明的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，制备方法简单，成本较低，可大规模生产和应用，制备过程对环境无污染。摩擦发电针织间隔织物发电性能良好，透气性好，柔韧性好，可随意弯曲，具有一定的拉伸应变，能够满足柔性可穿戴的要求，可应用于小型可穿戴电子设备的供能和自供电传感器等。

Description

一种低成本摩擦发电针织间隔织物
技术领域
本发明属于摩擦发电织物技术领域，涉及一种低成本摩擦发电针织间隔织物。
背景技术
摩擦纳米发电机是一种可以将机械能转化为电能的新型能源技术，具有广阔的发展前景。近年来，基于纺织品的摩擦电纳米发电机由于其显著的优点，如柔韧性、轻便性、耐洗性和透气性，在可穿戴应用中受到了极大的关注。
专利CN107733278A、专利CN111446885A和专利CN107164949A都使用了纺织材料制备间隔式摩擦纳米发电机，具备一定的柔性，但在制备过程中分别使用了涂覆、粘附、吸附等复杂的组装方法，对其透气性、结构稳定性和耐久性产生影响，材料之间的连接方式仍需改善。
专利CN109525140B和专利CN109953411A均使用了编织的方法制备摩擦发电机。其中，专利CN109525140B公布了一种采用三线添纱的方法制备透气的针织间隔织物摩擦发电机的方法，利用材料电负性不同的上下两层面接触-分离产生电信号。此发明解决了摩擦纳米发电机的透气性较差的问题。专利CN109953411A公布了一种三维结构发电织物，由一根弹性导电纱和一根芯纱为弹性导电纱，外包绝缘材料的另一根导电纱相互钩织而成，具有三维多孔网络结构的发电织物结构设计，但其外侧的防水外层严重影响了织物的透气性和柔软度，且不能裁剪，其采用外包层是为了绝缘，并不能减少弹性导电纱的用量。如上所述两种方法制得的摩擦发电机无法随意裁剪以应用于不同场景，应用范围受限，且对编织工艺要求较高，难以实现大规模生产。
文献1(All-Textile Triboelectric Generator Compatible with TraditionalTextile Process[J].Advanced Materials Technologies,2016,1(9).)公开了一种与传统纺织工艺兼容的全纺织摩擦发电机，采用依次缝合镀银尼龙织物、氟棉织物、尼龙织物、镀银尼龙织物的方法实现全纺织工艺，但其工艺复杂且发电性能较差。文献2(SmartTextiles Based on Triboelectric Nanogenerator Arrays for Self-PoweredSleeping Monitoring[J].Advanced Functional Materials,2018,28(1).)和文献3(Washable textile-structured single-electrode triboelectric nanogenerator forself-powered wearable electronics[J].Journal of Materials Chemistry A,2018,6(39).)公开的机织平纹结构的智能纺织器件均采用铜箔作为导电材料，采用聚四氟乙烯和棉作为接触分离材料，具有优异的发电性能和灵敏性。但是由于铜箔具有一定宽度且不透气，织物的舒适性较差。文献4(3D angle-interlock woven structural wearabletriboelectric nanogenerator fabricated with silicone rubber coated grapheneoxide/cotton composite yarn[J].Composites Part B,2020,200(prepublish).)公开了一种采用有机硅包覆氧化石墨烯/棉纱作为TENG纱线，编织三维机织物摩擦纳米发电机，并在柔性自能源和自驱动压力传感器中得到应用，但是其纱线制备和织物编织工艺复杂，难以大规模生产。文献5(Skin-touch-actuated textile-based triboelectricnanogenerator with black phosphorus for durable biomechanical energyharvesting[J].Nature communications,2018,9(1).)公开了一种耐用的高性能皮肤触摸驱动的摩擦电纳米发织物，用疏水性纤维素油酰酯纳米粒子包裹的黑磷充当电子捕获涂层，使纺织品纳米发电机具有长期可靠性和高摩擦电，但其制备工艺复杂成本较高。文献6(3D spacer fabric based multifunctional triboelectric nanogenerator withgreat feasibility for mechanized large-scale production[J].Nano Energy,2016,27.)、文献7(A triboelectric textile templated by a three-dimensionallypenetrated fabric[J].Journal of Materials Chemistry,A.Materials for energyand sustainability,2016,4(16).)、文献8(Integrating a TriboelectricNanogenerator and a Zinc-Ion Battery on a Designed Flexible 3D Spacer Fabric[J].Small Methods,2018,2(10).)、文献9(Robust and scalable three-dimensionalspacer textile pressure sensor for human motion detection[J].Smart Materialsand Structures,2019,28(6).)均公开了针织间隔织物结构的柔性摩擦纳米发电机。他们均采用涂覆间隔织物上下表面的方式制备器件，通过压缩实现不同材料的接触分离。但是涂覆的方法使得织物的耐洗、耐磨和耐久性能无法得到保证。文献10(Towards trulywearable energy harvesters with full structural integrity of fiber materials[J].Nano Energy,2019,58.)公开了一种间隔织物结构的纺织基可穿戴式能量采集器。其上、下层分别采用镀银尼龙纱线和聚丙烯腈纤维编织，用棉纤维连接上下两层，在可持续能源发展领域具有巨大的潜在应用。但其导电纱用量占比较大，成本较高。
综上所述，现有相关的摩擦发电织物通常采用绝缘纱线包裹导电纤维的结构，此结构使得导电纱之间相互分离，无法实现摩擦发电织物可裁剪灵活变化的特性，此类方法需要消耗大量的导电纤维，且制备方法复杂，导致其对编织工艺要求高、编织成本较高，而难以大规模生产。因此研究一种性能稳定、可裁剪变化、安全可靠、制备工艺简单、价格低廉，可以大规模生产的摩擦发电织物具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种低成本摩擦发电针织间隔织物。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层和底层通过间隔层连接；
顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；包覆纱A和包覆纱B的外包纱均为导电纤维；
所述包覆纱A或包覆纱B的芯纱与所述间隔纱的摩擦电序列不同(即两种材料相互摩擦时，其捕获电子的能力不同。因此，当两种材料接触时会带上相反的电荷，产生电势差。理论上，两种材料的摩擦电序列差异越大，摩擦发电针织间隔织物的发电性能越好)。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，顶层和底层通过间隔层连接是指，顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。
如上所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，包覆纱A或包覆纱B中，导电纤维的质量含量为5～50％。
如上所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，包覆纱A和包覆纱B的外包纱材料相同或不同，包覆纱A和包覆纱B的芯纱材料相同或不同。
如上所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，导电纤维为金属导电纤维、金属镀层纤维、金属络合纤维、碳系导电纤维和导电聚合物纤维中的一种以上，本发明仅列举常见可制作导电纱线的物质种类，其他能实现该功能的物质同样适用于本发明。
如上所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，包覆纱A或包覆纱B的芯纱为聚甲醛纤维、聚酰胺纤维、蜜胺纤维、羊毛纤维、蚕丝纤维、棉纤维、麻纤维、再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维、聚乙烯醇、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维、聚氯乙烯纤维、氯化聚氯乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚偏二氯乙烯纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、腈氯纶纤维和聚丙烯腈纤维中的一种以上。
如上所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，间隔纱为聚甲醛纤维、聚酰胺纤维、蜜胺纤维、羊毛纤维、蚕丝纤维、棉纤维、麻纤维、再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维、聚乙烯醇、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维、聚氯乙烯纤维、氯化聚氯乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚偏二氯乙烯纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、腈氯纶纤维和聚丙烯腈纤维中的一种以上。
如上所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，包覆纱A或包覆纱B的直径为0.05～5mm，间隔纱的直径为0.05～5mm，导电纤维的直径为0.02～0.1mm，包覆纱A或包覆纱B的芯纱直径为0.05～1mm，顶层的厚度为0.1～2mm，底层的厚度为0.1～2mm，间隔层的厚度为1～20mm。
如上所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为50～1000g/m2，横密为4～80列/英寸，纵密为10～100行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为100～800mm/s(透气率越大表示透气性越好)，适用于直接与服装面料结合，不影响穿着舒适性；低成本针织间隔织物摩擦发电机的织物面积大小和形状可以根据需求灵活变换，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.3～1.0mN·cm-1(最大弯曲刚度用于表征柔软度)。
如上所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，所述低成本摩擦发电针织间隔织物可直接裁剪后使用，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，其在同等压力作用下的输出功率为原来的10～50％。
所述低成本摩擦发电针织间隔织物在洗涤50次后，织物外观平整、尺寸不变、输出功率不下降；所述低成本摩擦发电针织间隔织物可以通过裁剪，轻松实现形状的改变，其发电性能依然较好，而现有技术的摩擦发电织物在裁剪后不再具备发电性能。
所述低成本摩擦发电针织间隔织物采用纬编或经编的方法制备；
低成本摩擦发电针织间隔织物的纬编制备方法为：使用针织机进行编织，第1路为包覆纱在前针床成圈，第2路为包覆纱在后针床成圈，第3路和第4路为间隔纱满针集圈，4路编织形成织物的一个横列，每4路为一个循环；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；
低成本摩擦发电针织间隔织物的经编制备方法为：使用针织机编织，第1把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱，其外包纱为导电纤维)在前针床编织织物的顶层，第3把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱，其外包纱为导电纤维)在后针床编织织物的底层，第1、3把导纱梳栉同时垫纱编织；前后针床每编织1个横列，第2把导纱梳栉在两针床间往复摆动一次将间隔纱(材质为与包覆纱的芯纱电负性不同的材料)先后垫入织针，并配合前针床织针和后针床织针成圈编织从而形成立体织物的间隔层；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载。
本发明的原理如下：
本发明以包覆纱为主要原料编织针织间隔织物的顶层和底层，同时在编织过程中，间隔层采用间隔纱编织，连接顶层和底层形成低成本摩擦发电针织间隔织物，织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。针织间隔织物的结构特点为两个摩擦层提供了理想的接触分离空间，使摩擦发电针织间隔织物获得较高的发电性能。其中，包覆纱的外包纱为导电纤维，包覆纱的芯纱和间隔纱为摩擦电序列不同的材料，两种材料的摩擦电序列差异越大，摩擦发电针织间隔织物的发电性能越好。同时，包覆纱的使用减少了导电纤维的用量，有效降低成本。摩擦发电针织间隔织物的顶层中包覆纱的外包纱形成的线圈以及底层中包覆纱的外包纱形成的线圈分别相互串套形成导电网络，使织物可以任意裁剪改变形状，而织物仍具有较好的发电性能。同时，导电网络的形成增大了电极层与摩擦层之间的接触面积，有利于感应电荷的产生，提高了摩擦发电针织间隔织物的发电性能。因此，与现有技术相比，本发明利用纱线与织物结构的巧妙设计，减少了导电纤维的用量，且在减少导电纤维使用量的情况下依然获得了较高的发电性能；织物可以任意裁剪改变形状，而裁剪后的织物仍具有较好的发电性能。
此外，由于本发明采用全纺织结构编织摩擦发电针织间隔织物，因此，兼具纺织品优良的透气性、耐洗涤性和柔软度。并且，由于制备工艺简单、编织效率高、成本较低，适合大批量生产和应用。
有益效果：
(1)本发明的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，采用包覆纱为原料编织间隔织物，实现了摩擦发电针织间隔织物的可裁剪性和轻薄、透气性，使摩擦发电针织间隔织物的应用前景更加广泛、灵活，并且减少了导电纤维的使用，有效降低制备成本。
(2)本发明的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，制备方法简单，成本较低，可大规模生产和应用，制备过程对环境无污染。摩擦发电针织间隔织物发电性能良好，透气性好，柔韧性好，可随意弯曲，具有一定的拉伸应变，能够满足柔性可穿戴的要求，可应用于小型可穿戴电子设备的供能和自供电传感器等。
附图说明
图1为本发明制得的低成本摩擦发电针织间隔织物所用包覆纱结构示意图；
图2为本发明制得的低成本摩擦发电针织间隔织物的结构示意图；
图3为实施例1～6制得的纬编低成本摩擦发电针织间隔织物的结构示意图；
图4为实施例1～6制得的纬编低成本摩擦发电针织间隔织物的第一摩擦层结构图；
图5为实施例7～12制得的经编低成本摩擦发电针织间隔织物的结构示意图；
图6为实施例7～12制得的经编低成本摩擦发电针织间隔织物的第一摩擦层结构图；
其中，1-包覆纱，2-包覆纱的外包纱，3-包覆纱的芯纱，4-间隔纱。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，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。
本发明实施例中所采用的包覆纱的结构如图1所示，包覆纱1由芯纱3和缠绕在芯纱3上的外包纱2组成。
实施例1
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机进行编织，第1路为包覆纱A在前针床成圈，第2路为包覆纱B在后针床成圈，第3路和第4路为间隔纱满针集圈，4路编织形成织物的一个横列，每4路为一个循环；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.15mm，其芯纱为直径0.10mm的聚酯纤维，外包纱为直径0.03mm的镀银尼龙纱，包覆纱A中外包纱的质量含量为15％；包覆纱B的直径为0.15mm，其芯纱为直径0.10mm的聚酯纤维，外包纱为直径0.03mm的镀银尼龙纱，包覆纱B中外包纱的质量含量为15％；间隔纱为直径0.08mm的聚酰胺6纤维。
如图2～4所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为0.3mm、2.2mm和0.3mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱4编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为465g/m2，横密为35列/英寸，纵密为60行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为200mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.6mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为15mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为1.8mW/m2。
实施例2
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机进行编织，第1路为包覆纱A在前针床成圈，第2路为包覆纱B在后针床成圈，第3路和第4路为间隔纱满针集圈，4路编织形成织物的一个横列，每4路为一个循环；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.25mm，其芯纱为直径0.20mm的聚酰胺66纤维，外包纱为直径0.03mm的镀银尼龙纱，包覆纱A中外包纱的质量含量为10％；包覆纱B的直径为0.25mm，其芯纱为直径0.20mm的聚酰胺66纤维，外包纱为直径0.03mm的镀银尼龙纱，包覆纱B中外包纱的质量含量为10％；间隔纱为直径0.15mm的聚酯纤维。
如图2～4所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为0.5mm、2.8mm和0.5mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为550g/m2，横密为30列/英寸，纵密为58行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为300mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.7mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为14mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为1.4mW/m2。
实施例3
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机进行编织，第1路为包覆纱A在前针床成圈，第2路为包覆纱B在后针床成圈，第3路和第4路为间隔纱满针集圈，4路编织形成织物的一个横列，每4路为一个循环；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.25mm，其芯纱为直径0.20mm的聚酰胺66纤维，外包纱为直径0.03mm的镀银尼龙纱，包覆纱A中外包纱的质量含量为10％；包覆纱B的直径为0.50mm，其芯纱为直径0.45mm的蜜胺纤维，外包纱为直径0.03mm的镀银尼龙纱，包覆纱B中外包纱的质量含量为5％；间隔纱为直径0.15mm的聚四氟乙烯纤维。
如图2～4所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为0.5mm、2.8mm和1.0mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为650g/m2，横密为22列/英寸，纵密为44行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为450mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.7mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为19mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为8.5mW/m2。
实施例4
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机进行编织，第1路为包覆纱A在前针床成圈，第2路为包覆纱B在后针床成圈，第3路和第4路为间隔纱满针集圈，4路编织形成织物的一个横列，每4路为一个循环；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.52mm，其芯纱为直径0.45mm的蜜胺纤维，外包纱为直径0.05mm的镀银尼龙纱，包覆纱A中外包纱的质量含量为8％；包覆纱B的直径为0.52mm，其芯纱为直径0.45mm的蜜胺纤维，外包纱为直径0.05mm的镀银尼龙纱，包覆纱B中外包纱的质量含量为8％；间隔纱为直径0.35mm的聚氯乙烯纤维。
如图2～4所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为1.4mm、4.5mm和1.4mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为750g/m2，横密为20列/英寸，纵密为38行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为500mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.8mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为18mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为5.5mW/m2。
实施例5
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机进行编织，第1路为包覆纱A在前针床成圈，第2路为包覆纱B在后针床成圈，第3路和第4路为间隔纱满针集圈，4路编织形成织物的一个横列，每4路为一个循环；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.85mm，其芯纱为直径0.75mm的羊毛纤维，外包纱为直径0.07mm的镀银尼龙纱，包覆纱A中外包纱的质量含量为6％；包覆纱B的直径为0.85mm，其芯纱为直径0.75mm的羊毛纤维，外包纱为直径0.07mm的镀银尼龙纱，包覆纱B中外包纱的质量含量为6％；间隔纱为直径0.60mm的聚酰亚胺纤维。
如图2～4所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为1.7mm、5.5mm和1.7mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为800g/m2，横密为18列/英寸，纵密为36行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为550mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.8mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为12mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为1.3mW/m2。
实施例6
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机进行编织，第1路为包覆纱A在前针床成圈，第2路为包覆纱B在后针床成圈，第3路和第4路为间隔纱满针集圈，4路编织形成织物的一个横列，每4路为一个循环；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为1.20mm，其芯纱为直径1.00mm的羊毛纤维，外包纱为直径0.10mm的镀银尼龙纱，包覆纱A中外包纱的质量含量为7％；包覆纱B的直径为1.20mm，其芯纱为直径1.00mm的聚酰胺66纤维，外包纱为直径0.10mm的镀银尼龙纱，包覆纱B中外包纱的质量含量为7％；间隔纱为直径1.50mm的聚丙烯纤维。
如图2～4所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为2.0mm、10.0mm和2.0mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为950g/m2，横密为10列/英寸，纵密为20行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为700mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为1.0mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为10mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为1.0mW/m2。
实施例7
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机编织，第1把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱A)在前针床编织织物的顶层，第3把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱B)在后针床编织织物的底层，第1、3把导纱梳栉同时垫纱编织；前后针床每编织1个横列，第2把导纱梳栉在两针床间往复摆动一次将间隔纱先后垫入织针，并配合前针床织针和后针床织针成圈编织从而形成立体织物的间隔层；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.35mm，其芯纱为直径0.30mm的羊毛纤维，外包纱为直径0.03mm的钢丝/涤纶包覆纱，包覆纱A中外包纱的质量含量为30％；包覆纱B的直径为0.20mm，其芯纱为直径0.15mm的蚕丝纤维，外包纱为直径0.03mm的钢丝/涤纶包覆纱，包覆纱B中外包纱的质量含量为30％；间隔纱为直径0.20mm的聚乙烯纤维。
如图2、5、6所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为0.7mm、3.5mm和1.2mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为480g/m2，横密为33列/英寸，纵密为66行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为240mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.6mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为14mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为2.0mW/m2。
实施例8
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机编织，第1把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱A)在前针床编织织物的顶层，第3把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱B)在后针床编织织物的底层，第1、3把导纱梳栉同时垫纱编织；前后针床每编织1个横列，第2把导纱梳栉在两针床间往复摆动一次将间隔纱先后垫入织针，并配合前针床织针和后针床织针成圈编织从而形成立体织物的间隔层；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.35mm，其芯纱为直径0.30mm的羊毛纤维，外包纱为直径0.03mm的钢丝/涤纶包覆纱，包覆纱A中外包纱的质量含量为30％；包覆纱B的直径为0.40mm，其芯纱为直径0.35mm的棉纤维，外包纱为直径0.03mm的镀银尼龙纱，包覆纱B中外包纱的质量含量为6％；间隔纱为直径0.25mm的腈氯纶纤维。
如图2、5、6所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为0.7mm、3.5mm和0.8mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为500g/m2，横密为36列/英寸，纵密为70行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为280mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.6mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为15mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为2.2mW/m2。
实施例9
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机编织，第1把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱A)在前针床编织织物的顶层，第3把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱B)在后针床编织织物的底层，第1、3把导纱梳栉同时垫纱编织；前后针床每编织1个横列，第2把导纱梳栉在两针床间往复摆动一次将间隔纱先后垫入织针，并配合前针床织针和后针床织针成圈编织从而形成立体织物的间隔层；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.20mm，其芯纱为直径0.15mm的蚕丝纤维，外包纱为直径0.02mm的炭黑纤维，包覆纱A中外包纱的质量含量为13％；包覆纱B的直径为0.20mm，其芯纱为直径0.15mm的蚕丝纤维，外包纱为直径0.02mm的炭黑纤维，包覆纱B中外包纱的质量含量为13％；间隔纱为直径0.10mm的聚丙烯腈纤维。
如图2、5、6所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为0.4mm、2.5mm和0.4mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为250g/m2，横密为50列/英寸，纵密为80行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为180mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.5mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为13mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为1.6mW/m2。
实施例10
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机编织，第1把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱A)在前针床编织织物的顶层，第3把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱B)在后针床编织织物的底层，第1、3把导纱梳栉同时垫纱编织；前后针床每编织1个横列，第2把导纱梳栉在两针床间往复摆动一次将间隔纱先后垫入织针，并配合前针床织针和后针床织针成圈编织从而形成立体织物的间隔层；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.42mm，其芯纱为直径0.35mm的棉纤维，外包纱为直径0.04mm的炭黑纤维，包覆纱A中外包纱的质量含量为12％；包覆纱B的直径为0.40mm，其芯纱为直径0.35mm的棉纤维，外包纱为直径0.03mm的镀银尼龙纱，包覆纱B中外包纱的质量含量为12％；间隔纱为直径0.30mm的聚丙烯腈纤维。
如图2、5、6所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为0.8mm、3.8mm和0.7mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为670g/m2，横密为24列/英寸，纵密为46行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为480mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.8mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为15mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为3.2mW/m2。
实施例11
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机编织，第1把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱A)在前针床编织织物的顶层，第3把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱B)在后针床编织织物的底层，第1、3把导纱梳栉同时垫纱编织；前后针床每编织1个横列，第2把导纱梳栉在两针床间往复摆动一次将间隔纱先后垫入织针，并配合前针床织针和后针床织针成圈编织从而形成立体织物的间隔层；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.68mm，其芯纱为直径0.60mm的麻纤维，外包纱为直径0.06mm的腈纶络合铜，包覆纱A中外包纱的质量含量为6％；包覆纱B的直径为0.68mm，其芯纱为直径0.60mm的麻纤维，外包纱为直径0.06mm的腈纶络合铜，包覆纱B中外包纱的质量含量为6％；间隔纱为直径1.00mm的聚丙烯腈纤维。
如图2、5、6所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为1.4mm、4.5mm和1.4mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为780g/m2，横密为15列/英寸，纵密为30行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为520mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.8mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为13mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为2.0mW/m2。
实施例12
一种低成本摩擦发电针织间隔织物的制备方法，使用针织机编织，第1把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱A)在前针床编织织物的顶层，第3把导纱梳栉垫纱(纱线为包覆纱B)在后针床编织织物的底层，第1、3把导纱梳栉同时垫纱编织；前后针床每编织1个横列，第2把导纱梳栉在两针床间往复摆动一次将间隔纱先后垫入织针，并配合前针床织针和后针床织针成圈编织从而形成立体织物的间隔层；在编织过程中，顶层和底层的包覆纱分别引出一段作为外接电路，用于连接负载；其中，包覆纱A的直径为0.08mm，其芯纱为直径0.05mm的黏胶纤维，外包纱为直径0.02mm的腈纶络合铜，包覆纱A中外包纱的质量含量为25％；包覆纱B的直径为0.09mm，其芯纱为直径0.05mm的黏胶纤维，外包纱为直径0.03mm的镀银尼龙纱，包覆纱B中外包纱的质量含量为40％；间隔纱为直径0.05mm的聚丙烯腈纤维。
如图2、5、6所示，制得的低成本摩擦发电针织间隔织物，具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层、间隔层和底层的厚度分别为0.2mm、1.5mm和0.3mm；顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。织物的顶层和底层中包覆纱的外包纱作为发电间隔织物的电极层并依附在由包覆纱的芯纱构成的第一摩擦层，间隔纱则作为第二摩擦层。所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为100g/m2，横密为60列/英寸，纵密为100行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为150mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.4mN·cm-1，在频率为2Hz的压力下输出功率为12mW/m2，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，相同条件下的输出功率为1.2mW/m2。

Claims (10)

1.一种低成本摩擦发电针织间隔织物，其特征在于：具有复合层结构，由上到下依次为顶层、间隔层和底层，顶层和底层通过间隔层连接；
顶层是由包覆纱A相互串套构成，底层是由包覆纱B相互串套构成，间隔层是采用间隔纱编织而成；包覆纱A和包覆纱B的外包纱均为导电纤维；
所述包覆纱A或所述包覆纱B的芯纱与所述间隔纱的摩擦电序列不同。
2.根据权利要求1所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，其特征在于，顶层和底层通过间隔层连接是指，顶层中包覆纱A的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，底层中包覆纱B的外包纱形成的线圈相互串套形成导电网络，顶层形成的导电网络与底层形成的导电网络之间通过多根间隔纱相连，多根间隔纱构成间隔层。
3.根据权利要求1所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，其特征在于，包覆纱A或包覆纱B中，导电纤维的质量含量为5～50％。
4.根据权利要求1所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，其特征在于，包覆纱A和包覆纱B的外包纱材料相同或不同，包覆纱A和包覆纱B的芯纱材料相同或不同。
5.根据权利要求4所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，其特征在于，导电纤维为金属导电纤维、金属镀层纤维、金属络合纤维、碳系导电纤维和导电聚合物纤维中的一种以上。
6.根据权利要求5所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，其特征在于，包覆纱A或包覆纱B的芯纱为聚甲醛纤维、聚酰胺纤维、蜜胺纤维、羊毛纤维、蚕丝纤维、棉纤维、麻纤维、再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维、聚乙烯醇、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维、聚氯乙烯纤维、氯化聚氯乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚偏二氯乙烯纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、腈氯纶纤维和聚丙烯腈纤维中的一种以上。
7.根据权利要求6所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，其特征在于，间隔纱为聚甲醛纤维、聚酰胺纤维、蜜胺纤维、羊毛纤维、蚕丝纤维、棉纤维、麻纤维、再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维、聚乙烯醇、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维、聚氯乙烯纤维、氯化聚氯乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚偏二氯乙烯纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、腈氯纶纤维和聚丙烯腈纤维中的一种以上。
8.根据权利要求1所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，其特征在于，包覆纱A或包覆纱B的直径为0.05～5mm，间隔纱的直径为0.05～5mm，导电纤维的直径为0.02～0.1mm，包覆纱A或包覆纱B的芯纱直径为0.05～1mm，顶层的厚度为0.1～2mm，底层的厚度为0.1～2mm，间隔层的厚度为1～20mm。
9.根据权利要求1所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，其特征在于，所述低成本摩擦发电针织间隔织物的克重为50～1000g/m2，横密为4～80列/英寸，纵密为10～100行/英寸，按照GB/T 5457-1997标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的透气率为100～800mm/s，按照GB/T18318.1-2009标准测得的所述低成本摩擦发电针织间隔织物的最大弯曲刚度为0.3～1.0mN·cm-1。
10.根据权利要求9所述的一种低成本摩擦发电针织间隔织物，其特征在于，将所述低成本摩擦发电针织间隔织物裁剪为其原面积的1/4后，其在同等压力作用下的输出功率为原来的10～50％。
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