CN115305614A - 一种发热面料及其制备工艺与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发热面料及其制备工艺与应用，包括导电油墨层与面料层，所述导电油墨层负载于所述面料层的单面；其中，所述面料层包括绝缘部与导电部，所述绝缘部包括第一经纱与纬纱，所述导电部为第二经纱，所述第二经纱编织在所述面料层的纬向上的端部，所述导电部由多根相互平行的金属单丝组成或者所述导电部由多根相互平行的金属丝股线组成。本发明为了使大面积发热的面状元件具有一定的弹性和柔韧性，并且导电发热的物质能够牢固结合基材，采用金属丝和传统丝线混合织造的工艺方法，并印刷具有导电能力的油墨，固化后将具有弹性的油墨和柔性的面料结合，使发热面料具有面料的柔韧性，油墨固化后形成的薄膜和面料的纤维紧密结合。
Description
技术领域
本发明涉及一种发热面料，尤其涉及一种具有一定弹性和柔韧性的发热面料及其制备工艺与应用。
背景技术
地暖是地板辐射采暖的简称，是以整个地面为散热器，通过地板辐射层中的热媒，均匀加热整个地面，利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导，来达到取暖的目的。
现有的地暖主要有水暖和电暖两种方式，其中水暖是通过循环温水给地面加热，从而辐射到房间里，水暖需要做到很好的密封从而对密封要求非常高，并且容易因长期使用而泄露，再有，水暖的热效率较低等问题，而逐渐成为传统地暖形式。电暖较水暖而言，不容易泄露，并且体积减小，而且安装方便，而受到喜爱。但是现有技术的电暖，需要将电暖结构固定，并且铺设水泥层，实现电暖的固定和保护。现有技术的电暖存在拆卸维修麻烦，且安装麻烦的问题。
电暖的面发热元件，采用碳膜或者金属基薄膜，附在塑料类薄膜表面，形成具有一定导电能力的薄膜，由于附着基材的限制，传统发热膜普遍柔韧性不佳，一般只具备收卷的能力，没有拉伸弹性。并且由于塑料材质的紧密特征和光滑的表面，导电薄膜普遍附着力不佳，在多次弯曲后容易脱落和导电层断裂。
发明内容
本发明的一个目的是为了解决现有发热膜柔韧性不佳，导电薄膜附着力不佳易脱落和导电层断裂的缺陷而提供一种具有一定弹性和柔韧性的发热面料。
本发明第二个目的是为了提供该发热面料的制备工艺。
本发明第三个目的是为了提供该发热面料的应用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种发热面料，包括导电油墨层与面料层，所述导电油墨层负载于所述面料层的单面；其中，所述面料层包括绝缘部与导电部，所述绝缘部包括第一经纱与纬纱，所述导电部为第二经纱，所述第二经纱编织在所述面料层的纬向上的端部，所述导电部由多根相互平行的金属单丝组成或者所述导电部由多根相互平行的金属丝股线组成。
在本技术方案中，根据电发热原理，只需要在一定电阻两端接入电压，形成的电流在电阻中就可以产生热效应，为了达到最好的热辐射效果，发热电阻采用平面的方式，传统的发热地膜地热产品都是采用塑料基材，将有导电性能的石墨或者金属粉末和一定比例的树脂胶混合涂抹在塑料薄板上，或者采用印刷的方式印在塑料薄片上，但是这种方式因为材料自身的原因导致了附着力不佳，或者有一定断裂的风险，从而在使用中出现局部过热或者烧穿的可能。
本发明为了使大面积发热的面状元件具有一定的弹性和柔韧性，并且导电发热的物质能够牢固结合基材，采用金属丝和传统丝线混合织造的工艺方法，并印刷具有导电能力的油墨，固化后将具有弹性的油墨和柔性的面料结合，使发热面料具有面料的柔韧性，油墨固化后形成的薄膜和面料的纤维紧密结合。
作为本发明的一种优选方案，所述经纱的密度为300-500根/10cm，所述纬纱的密度为200-400根/10cm。
作为本发明的一种优选方案，所述导电部的间距为0.5-1m。
在本技术方案中，门幅是根据最终使用场合电压的高低，来决定宽度，和两组金属丝之间的距离，本发明中选择导电部的间距为0.5-1m。
作为本发明的一种优选方案，所述金属单丝采用铜、铝或银，或者至少含有铜、铝、银中一种的合金，金属单丝的直径0.08-0.12mm，所述金属单丝的根数为3-10根。
作为本发明的一种优选方案，所述第一经纱与纬纱包括涤纶纱线、锦纶纱线或腈纶纱线中的一种。
作为本发明的一种优选方案，所述金属丝股线为每10-20根金属丝合并成一根金属丝股线，所述金属丝股线3-5根，金属丝采用铜、铝或银，或者至少含有铜、铝、银中一种的合金，金属丝的直径为0.01-0.04mm。
一种上述的发热面料的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
1)将金属丝整理成直径为0.08-0.12mm的金属单丝；或者将金属丝整理至直径为0.01-0.04mm，并将5-20根金属丝合并成一根金属丝股线；
2)将300-500根/10cm绝缘纱线作为第一经纱均分在第一经轴上，5-20根金属丝或者3-5根金属丝股线作为第二经纱均分在第二经轴上，200-400根/10cm绝缘纱线为做纬纱，将第一经纱与纬纱作为绝缘部进行编织，得到绝缘部；在绝缘部纬向上的端部继续编织第二经纱，得到面料半成品；第一经轴与第二经轴同时送丝，通过纬纱编织作用织成整体，第二经纱与第一经纱送丝速度比值为9.5-9.9:10；
3)将步骤2)得到的面料半成品进行水洗烘干定型，得到面料层；
4)在步骤3)得到的面料层表面印刷导电油墨，得到发热面料。
在本技术方案中，由于金属丝和绝缘纱线的弹性和拉伸性能不同，在织造过程中拉伸率和弯曲率也不同，所以在编织时将金属丝与绝缘纱线预绕在不同的经轴上。两组经轴同时送经丝，通过纬纱编织作用织成整体，由于铜丝的拉伸率小于绝缘纱线的拉伸率，还要考虑铜丝在织造过程中，绝缘纬纱的编织作用力对它的变形影响小，实际生产中铜丝的送料和绝缘丝送丝速度比值优选为9.5：10。
作为本发明的一种优选方案，所述导电油墨按重量份计包括以下组分：石墨烯3-6份、导电炭黑10-15份与水性树脂胶55-65份；所述导电油墨层的厚度为0.2-0.45mm。
作为本发明的一种优选方案，所述的印刷为丝网印刷，其中刮刀与网版的夹角为40-50°，网版的厚度为0.1-0.25mm。
一种上述发热面料在地暖中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明为了使大面积发热的面状元件具有一定的弹性和柔韧性，并且导电发热的物质能够牢固结合基材，采用金属丝和传统丝线混合织造的工艺方法，并印刷具有导电能力的油墨，固化后将具有弹性的油墨和柔性的面料结合，使发热面料具有面料的柔韧性，油墨固化后形成的薄膜和面料的纤维紧密结合；
2)本发明制成的发热面料用于地暖，发热均匀，迅速。
附图说明
图1是本发明面料层的结构示意图。
图中，1.绝缘部；2.导电部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种发热面料，包括导电油墨层与面料层，所述导电油墨层负载于所述面料层的单面；
参见图1，所述面料层包括绝缘部1与导电部2，所述绝缘部1包括第一经纱与纬纱，所述导电部2为第二经纱，所述第二经纱编织在所述面料层的纬向上的端部，所述导电部2由多根相互平行的金属单丝组成。
第一经纱的密度为300-500根/10cm，纬纱的密度为200-400根/10cm。
导电部的间距为0.5-1m。
金属单丝采用铜、铝或银，或者至少含有铜、铝、银中一种的合金，金属单丝的直径0.08-0.12mm，所述金属单丝的根数为3-10根。本发明从成本考虑，最优选金属单丝为铜丝，直径0.08mm，根数为5根。
第一经纱与纬纱包括涤纶纱线、锦纶纱线或腈纶纱线中的一种，第一经纱与纬纱是多根并股而成的股线，不需上浆染色，但是要求无杂质，不受潮变质；
或者导电部也可以是由多根相互平行的金属丝股线组成，金属丝股线为每10-20根金属丝合并成一根金属丝股线，金属丝股线3-5根，金属丝采用铜、铝或银，或者至少含有铜、铝、银中一种的合金，金属丝的直径为0.01-0.04mm。
本发明中所用的织造设备可以是现有技术中常用的设备，只需要满足在绝缘部纬向上的两侧编织金属丝即可。
本发明中面料层500-700g/cm2，将导电部引出作为电极，印刷导电油墨后，导电油墨与金属丝连通形成通电回路，使其在220V工作电压下，开放环境中，温度提升10-20℃。
实施例1
本实施例提供了一种发热面料，包括导电油墨层与面料层，所述导电油墨层负载于所述面料层的单面，面料层包括绝缘部与导电部，绝缘部包括第一经纱与纬纱，导电部为第二经纱，第二经纱编织在所述面料层的纬向上的端部，导电部由多根相互平行的金属单丝组成；第一经纱为90D的涤纶丝，采用30根进行并丝；面料层门幅0.5m；
第二经纱为5根相互平行的铜丝组成，铜丝的直径0.08mm，编织在绝缘部纬向上的两侧；
其制备工艺包括：
1)将金属丝整理成直径为0.08mm的金属单丝；
2)将300根/10cm绝缘纱线作为第一经纱均分在第一经轴上，5根金属丝作为第二经纱均分在第二经轴上，200根/10cm绝缘纱线为做纬纱，将第一经纱与纬纱作为绝缘部进行编织，得到绝缘部；在绝缘部纬向上的端部继续编织第二经纱，得到面料半成品；第一经轴与第二经轴同时送丝，通过纬纱编织作用织成整体，第二经纱与第一经纱送丝速度比值为9.5:10；
3)将步骤2)得到的面料半成品进行水洗烘干定型，得到面料层；
4)在步骤3)得到的面料层表面通过丝网印刷一层导电油墨层，得到发热面料；
其中，导电油墨按重量份计包括以下组分：石墨烯3份、导电炭黑10份与水溶性丙烯酸酯55份；导电油墨层的厚度为0.2mm；丝网印刷的刮刀与网版的夹角为45°，网版的厚度为0.1mm。
将发热面料制成地暖模块，220V工作电压下，开放环境中，温度提升20℃。
实施例2
本实施例提供了一种发热面料，包括导电油墨层与面料层，所述导电油墨层负载于所述面料层的单面，面料层包括绝缘部与导电部，绝缘部包括第一经纱与纬纱，导电部为第二经纱，第二经纱编织在所述面料层的纬向上的端部，导电部由多根相互平行的金属单丝组成；第一经纱为100D的涤纶丝，采用30根进行并丝；面料层门幅0.8m；
第二经纱为3根相互平行的铜丝组成，铜丝的直径0.12mm，编织在绝缘部纬向上的两侧；
其制备工艺包括：
1)将金属丝整理成直径为0.12mm的金属单丝；
2)将400根/10cm绝缘纱线作为第一经纱均分在第一经轴上，3根金属丝或者3-5根金属丝股线作为第二经纱均分在第二经轴上，300根/10cm绝缘纱线为做纬纱，将第一经纱与纬纱作为绝缘部进行编织，得到绝缘部；在绝缘部纬向上的端部继续编织第二经纱，得到面料半成品；第一经轴与第二经轴同时送丝，通过纬纱编织作用织成整体，第二经纱与第一经纱送丝速度比值为9.8:10；
3)将步骤2)得到的面料半成品进行水洗烘干定型，得到面料层；
4)在步骤3)得到的面料层表面通过丝网印刷一层导电油墨层，得到发热面料；
其中，导电油墨按重量份计包括以下组分：石墨烯4份、导电炭黑12份与水溶性聚氨酯60份；导电油墨层的厚度为0.3mm；丝网印刷的刮刀与网版的夹角为40°，网版的厚度为0.15mm。
将发热面料制成地暖模块，220V工作电压下，开放环境中，温度提升10℃。
实施例3
本实施例提供了一种发热面料，包括导电油墨层与面料层，所述导电油墨层负载于所述面料层的单面，面料层包括绝缘部与导电部，绝缘部包括第一经纱与纬纱，导电部为第二经纱，第二经纱编织在所述面料层的纬向上的端部，导电部由多根相互平行的金属单丝组成；第一经纱为120D的涤纶丝，采用30根进行并丝；面料层门幅1m；
第二经纱为10根相互平行的铜丝组成，铜丝的直径0.1mm，编织在绝缘部纬向上的两侧；
其制备工艺包括：
1)将金属丝整理成直径为0.1mm的金属单丝；
2)将500根/10cm绝缘纱线作为第一经纱均分在第一经轴上，10根金属丝作为第二经纱均分在第二经轴上，400根/10cm绝缘纱线为做纬纱，将第一经纱与纬纱作为绝缘部进行编织，得到绝缘部；在绝缘部纬向上的端部继续编织第二经纱，得到面料半成品；第一经轴与第二经轴同时送丝，通过纬纱编织作用织成整体，第二经纱与第一经纱送丝速度比值为9.9:10；
3)将步骤2)得到的面料半成品进行水洗烘干定型，得到面料层；
4)在步骤3)得到的面料层表面通过丝网印刷一层导电油墨层，得到发热面料；
其中，导电油墨按重量份计包括以下组分：石墨烯6份、导电炭黑15份与水溶性丙烯酸酯65份；导电油墨层的厚度为0.45mm；丝网印刷的刮刀与网版的夹角为50°，网版的厚度为0.25mm。
将发热面料制成地暖模块，220V工作电压下，开放环境中，温度提升15℃。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种发热面料，其特征在于，包括导电油墨层与面料层，所述导电油墨层负载于所述面料层的单面；其中，所述面料层包括绝缘部与导电部，所述绝缘部包括第一经纱与纬纱，所述导电部为第二经纱，所述第二经纱编织在所述面料层的纬向上的端部，所述导电部由多根相互平行的金属单丝组成或者所述导电部由多根相互平行的金属丝股线组成。
2.根据权利要求1所述的一种发热面料，其特征在于，所述第一经纱的密度为300-500根/10cm，所述纬纱的密度为200-400根/10cm。
3.根据权利要求1所述的一种发热面料，其特征在于，所述导电部的间距为0.5-1m。
4.根据权利要求1所述的一种发热面料，其特征在于，所述金属单丝采用铜、铝或银，或者至少含有铜、铝、银中一种的合金，金属单丝的直径0.08-0.12mm，所述金属单丝的根数为3-10根。
5.根据权利要求1所述的一种发热面料，其特征在于，所述第一经纱与纬纱包括涤纶纱线、锦纶纱线或腈纶纱线中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种发热面料，其特征在于，所述金属丝股线为每10-20根金属丝合并成一根金属丝股线，所述金属丝股线3-5根，金属丝采用铜、铝或银，或者至少含有铜、铝、银中一种的合金，金属丝的直径为0.01-0.04mm。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的发热面料的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下步骤：
1)将金属丝整理成直径为0.08-0.12mm的金属单丝；或者将金属丝整理至直径为0.01-0.04mm，并将10-20根金属丝合并成一根金属丝股线；
2)将300-500根/10cm绝缘纱线作为第一经纱均分在第一经轴上，3-10根金属丝或者3-5根金属丝股线作为第二经纱均分在第二经轴上，200-400根/10cm绝缘纱线为做纬纱，将第一经纱与纬纱作为绝缘部进行编织，得到绝缘部；在绝缘部纬向上的端部继续编织第二经纱，得到面料半成品；第一经轴与第二经轴同时送丝，通过纬纱编织作用织成整体，第二经纱与第一经纱送丝速度比值为9.5-9.9:10；
3)将步骤2)得到的面料半成品进行水洗烘干定型，得到面料层；
4)在步骤3)得到的面料层表面印刷导电油墨，得到发热面料。
8.根据权利要求7所述的一种发热面料的制备工艺，其特征在于，所述导电油墨按重量份计包括以下组分：石墨烯3-6份、导电炭黑10-15份与水性树脂胶55-65份；所述导电油墨层的厚度为0.2-0.45mm。
9.根据权利要求7所述的一种发热面料的制备工艺，其特征在于，所述的印刷为丝网印刷，其中刮刀与网版的夹角为40-50°，网版的厚度为0.1-0.25mm。
10.一种发热面料的应用，其特征在于，权利要求1-6任一项所述的发热面料在地暖中的应用。
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