RO138534A2 - Structuri textile conductive pe bază de termorezistenţe filamentare din cupru - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o ţesătură izolatoare cu termorezistenţe filamentare din Cu destinate realizării structurilor textile flexibile cu temperatură reglabilă care pot fi integrate în articole de îmbrăcăminte şi la un procedeu de obţinere a acesteia. Ţesătura izolatoare conform invenţiei prezintă în urzeală un sistem de fire răsucite din bumbac cu densitatea de lungime 50 x 2 tex şi în bătătură un sistem de fire răsucite pe bază de filamente de Cu şi fire filate din bumbac, având densitatea de lungime 43,66 x 1 tex, alungirea cuprinsă între 9,10...9,81%, diametrul aparent 60 μm, torsiune Z 897 t/m, răsucire Z 306,1 t/m, rezistenţa la rupere cuprinsă între 4,2...2,3 N, raportul desimilor celor două sisteme fiind cuprins între 2,95...3,16, ţesătura obţinută având masa pe unitatea de suprafaţă cuprinsă între 270...320 g/m2, grosimea cuprinsă între 1,03...1,05 mm, densitatea filamentelor de Cu în bătătură de 100...120 filamente/10cm şi permeabilitatea la aer cuprinsă între 28...30 l/m2/sec. la o presiune de 100 Pa. Procedeul de obţinere conform invenţiei se realizează prin decaparea în prealabil a capetelor firelor din bătătură într-o soluţie de H2SO4 cu concentraţia cuprinsă între 30...80% timp de 30...40 min. la o temperatură cuprinsă între 20...25°C, ţesătura izolatoare astfel obţinută permite trecerea curentului electric prin termorezistenţele filamentare paralele, prin conectarea capetelor filamentelor de Cu la o sursă de curent electric, încălzindu-se până la 50°C în 5...10 min., suprafaţa ţesăturii rămânând izolatoare din punct de vedere electric.

Description

’st d® invenție

[descriere

Structuri textile conductive pe bază de termorezistențe filamentare din cupru

Invenția se referă la o țesătură tip rețea cu legătură pânză, având în structura fire conductive răsucite, pe bază de fir filat din bumbac 100% și filament din cupru, inserate pe direcția bătăturii și care au rolul de termorezistențe integrate, destinate realizării de structuri textile flexibile, cu temperatură reglabilă, care pot fi integrate în articole de îmbrăcăminte inteligentă pentru încălzirea suprafețelor textile și asigurarea unei temperaturi pentru utilizatorul final aflat în condiții dificile de mediu (de ex. temperaturi scăzute).

Țesătura (C) conform invenției se realizează prin țesere pe mașini de țesut convenționale, utilizând în urzeală un sistem de fire (A) cu densitatea de lungime 50x2 tex din 100% fibre de bumbac și în bătătură un sistem de fire răsucite (B), pe bază de filamente de cupru și fire filate din bumbac, având densitatea de lungime 43.66x1 tex, alungire 9.10...9.81 %, diametrul aparent 60 pm, torsiune Z 897 t/m, răsucire Z 306.1 t/m, rezistența la rupere 4.2...2.3 N, raportul desimilor celor două sisteme fiind 2,95...3,16. Țesătura (C) are masa pe unitatea de suprafață 270...320 g/m , grosime 1.03...1.05 mm și permeabilitatea la aer 28...30 1/m /sec la presiune de 100 Pa.

Pentru țesătura (C) se aplică imersarea capetelor țesăturii pe direcția bătăturii într-o soluție de H2SO4 de concentrație 30...80 %, timp de 30...40 de minute la temperatura 2O...25°C. Ulterior tratării în soluție acidă pentru decaparea filamentelor de cupru, țesătura este supusă clătirii successive în apă distilată și uscată la temperatură de 40...60 °C timp de 60...120 de ininute.

Pentru obținerea materialelor textile care se pot încălzi prin inserarea firelor conductive conectate la o sursă de curent electric, se utilizează, în general, fire conductive care nu prezintă suprafață exterioară izolată din punct de vedere electric. Din aceasta cauză aceste fire conductive din poliamidă electroplacată cu argint sunt alimentate pe direcția urzelii sau bătăturii unei țesături, fiind separate prin fire izolatoare de poliester [1-3]. De asemenea, se pot utiliza fire electroconductive din inox sau polimeri electroplacați cu argint sau cupru, având toată suprafața exterioară a firului conductivă, și fiind integrați prin coasere sau tricotare [4-7],

La nivel mondial există brevetele US5422462A, US9894944B2, EP2743386B1, US10385487B2, US4792662A, US20140246415A1, US8008606B2, US10051898B2, US20070221658A1 și US6501055B2 care prezintă invenții ale unor produse textile pe bazj.

de fire conductive din aliaje cum ar fi cupru-aluminiu sau cupru-nichel inserate pe direcția bătăturii sau urzelii [8-12], materiale textile pe care sunt printate cu cerneală linii electroconductive sau cusute fire conductive [13, 14], sau inserarea firelor conductive prin tricotare [15].

Țesătura C prezintă în bătătură un sistem de fire răsucite (B), pe bază de filamente de cupru și fire filate din bumbac, având densitatea de lungime 43.66x1 tex, alungire 9.10...9.81 %, diametrul aparent 60 pm, torsiune Z 897 t/m, răsucire Z 306.1 t/m și rezistență la rupere 4.2...2.3 N, raportul desimilor celor două sisteme fiind 2,95...3,16. Țesătură (C) are masa pe unitatea de suprafață 270...320 g/m², grosime 1.03...1.05 mm, densitatea filamentelor de cupru în bătătură de 100 -120 filamente/lOcm și permeabilitatea la aer 28...30 1/m /sec la presiune de 100 Pa.

Operația de decapare a capetelor firelor de bătătura are ca scop obținerea pe direcția bătăturii a capetelor de alimentare (filamente de cupru) care să prezinte conductivite electrică adecvată materialelor conductoare și eliminarea capetelor firelor de bumbac din structura firului răsucit, deoarece nu sunt conductive. Pentru decaparea capetelor firelor de bătătură a fost realizată imersarea acestora într-o soluție de H2SO4 de concentrație 30...80%, timp de 30...40 de minute la temperatura 2O...25°C, astfel încât capetele de fire din bumbac să fie dizolvate iar capetele filamentelor de cupru (inițial având caracter izolator) să devină electroconductive. Ulterior tratării în soluție acidă pentru decaparea filamentelor de cupru, țesătura este supusă clătirii succesive în apă distilată și uscată la temperatură de 40...60 °C, timp de 60...120 de minute.

Pentru încălzirea structurii textile până la temperatura de 50 ⁰ C este necesară conectarea filamentelor de cupru la o sursă de alimentare și aplicarea unei tensiuni electrice de 2...6 V timp de 5...10 minute în scopul încălzirii țesăturii conductive la trecerea curentului electric prin conductor (filamentul de cupru).

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- procedeul de țesere utilizând un sistem de fire de urzeală din bumbac, respectiv un sistem de fire de bătătură din fire răsucite (din fir filat din fibre bumbac și filament de cupru) alimentate pe direcția bătăturii, conduce la realizarea unei țesături având un sistem de termorezistențe integrate în paralel pe direcția bătăturii care poate utilizat pentru încălzirea suprafețelor textile până la temperatura de 50 ⁰ C;

- datorită decapării doar a capetelor firelor din bătătură pentru dizolvarea firului din bumbac filat din firul răsucit și transformarea filamentului de cupru i

în filament conducti

în zona capetelor țesăturii, aceste filamente devin conductive și pot fi alimentate la o sursă de curent electric, restul țesăturii conținând filamentele de cupru izolate și formând un corp compact, izolat, care doar își schimbă temperatura la trecerea curentului prin filamentele de cupru;

- structura astfel proiectată permite încălzirea țesăturii până la temperatura de 50 ⁰ C doar prin conectarea capetelor filamentelor de cupru la o sursă de alimentare și aplicarea unei tensiuni electrice de 2.. .6 V timp de 5... 10 minute.

Caracterul de noutate al invenției constă în aceea că, filamentele de cupru din structura firului răsucit din urzeală sunt izolatoare electric pe suprafața extrioară, iar capetele filamentelor de cupru conductive sunt alimentate la o sursă de curent electric, conducând la încălzirea întregii țesături electroizolatoare până la o temperatura de 50 ^Q C.

Exemplu de realizare

Conform exemplului de realizare a invenției, țesătura (C) se realizează prin țesere pe mașini convenționale. Astfel, într-o urzeală alcătuită din fire din bumbac 100%, răsucite (A), cu densitatea de lungime 50x2 tex și desimea în urzeală 285...295 fire/10 cm se introduce bătătura, din fire răsucite pe bază de fire filate din 100% bumbac, cu densitatea de lungime 43.66x1 tex, alungire 9.10...9.81 %, diametrul aparent 60 pm și filamente de cupru (B). Desimea în bătătură este 100...120 fire/10 cm. Se realizează o țesătură cu legătura pânză (C), având masa pe unitatea de suprafață 270...320 g/m , grosime 1.03...1.05 mm și permeabilitatea la aer 28...30 1/m /sec la presiune de 100 Pa.

Deși firele din bătătură sunt inițial izolatoare, se aplică operația de decapare a capetelor firelor de bătătură pentru eliminarea firelor din bumbac și transformarea suprafeței filamentelor de cupru, inițial izolatoare, într-o suprafață conductivă. Pentru decaparea capetelor firelor de bătătură se aplică imersarea firelor din bătătură pe direcția bătăturii într-o soluție de H2SO4 de concentrație 30...80% timp de 30...40 de minute la temperatura 2O...25°C, astfel capetele de fire de bumbac să fie dizolvate iar capetele filamentelor de cupru (inițial izolatoare) să devină electroconductive. Ulterior tratării în soluție acidă pentru decaparea filamentelor de cupru, țesătura este supusă clătirii succesive în apă distilată și uscată la temperatura de 40...60 °C timp de 60... 120 de minute.

încălzirea structurii textile până la temperatura de 50 ⁰ C se realizează prin conectarea filamentelor de cupru la o sursă de alimentare și aplicarea unei tensiuni electrice de 2...6 V timp de 5...10 minute în scopul încălzirii țesăturii conductive la trecerea curentului electric prin conductor (filamentul de cupru). rX

Bibliografie

1. PENAVA, Zeljko; PENAVA, Diana Simic; KNEZIC, Zeljko. Heat as a conductivity factor of electrically conductive yarns woven into fabric. Materials, 2022, 15.3: 1202.

2. REPON, Md, et al. Progress in flexible electronic textile for heating application: a criticai review. Materials, 2021, 14.21: 6540.

3. MUTHUKUMAR, N., et al. Development and characterization of metal woven electric heating fabrics. In: Funcțional Textiles and Clothing. Springer Singapore, 2019. p. 119-127.

4. DE MEY, Gilbert, et al. Designing of conductive yam knitted thermal comfortable shirt using battery operated heating system. Textile and Apparel, 2014, 24.1: 26-29.

5. REPON, Md, et al. Progress in flexible electronic textile for heating application: a criticai review. Materials, 2021, 14.21: 6540.

6. SHAHZAD, Amir, et al. Electrica! resistive heating characterization of conductive hybrid staple spun yarns. The Journal of the Textile Institute, 2020, 111.10: 1481-1488.

7. Padleckiene, I., Stygiene, L., & Krauledas, S. (2020). Development and Investigation of a Textile Heating Element Ensuring Thermal Physiological Comfort. Fibres & Textiles in Eastern Europe.

8. KISHIMOTO, Yoshio. Electric heating sheet. U.S. Patent No 5,422,462, 1995.

9. BROOKS, Louise; LETTOW, John; SCHEFFER, Dan. Personal thermal management system. U.S. Patent No 9,894,944, 2018.

10. JEON, Byung-Ok. Electric conduction pad and manufacturing method thereof. U.S. Patent Application No 12/994,086, 2011.

ll. KITAGAKI, Hiroshi; TAKAGAWA, Seiichi; SHINAGAWA, Katuma. Sheet electrica! heating element. U.S. Patent No 4,792,662, 1988.

12. WITTKOWSKI, Thomas. Electrically conductive textiles for occupant sensing and/or heating applications. U.S. Patent Application No 14/349,717, 2014.

13. KAISERMAN, Terrance; GENTILE, John; GENTILE, Anthony. Composite heating element with an integrated switch. U.S. Patent No 8,008,606, 2011.

14. MAXEY, Madison Thea, et al. Smart soft good product, circuitry layer, and methods. U.S. Patent No 10,051,898, 2018.

15. CATES, Elizabeth; DEANGELIS, Alfred. Electric heating element. U.S. Patent Application No 11/389,941, 2007.

16. ROCK, Moshe; SHARMA, Vikram. Electric heating/warming fabric articles. U.S. Patent No 6,501,055,2002.

Claims (3)

1. REVENDICĂRI

   1. Țesătura izolatoare cu termorezistențe filamentare integrate în paralel se caracterizează prin aceea că prezintă în urzeală un sistem de fire răsucite (A) din bumbac cu densitatea de lungime 50x2 tex, și în bătătură un sistem de fire răsucite (B), pe bază de filamente de cupru și fire filate din bumbac, având densitatea de lungime 43.66x1 tex, alungire 9.10...9.81 %, diametrul aparent 60 pm, torsiune Z 897 t/m, răsucire Z 306.1 t/m, rezistența la rupere 4.2...2.3 N. raportul desimilor celor două sisteme fiind 2,95...3,16. Țesătură (C) are masa pe unitatea de suprafață 270...320 g/m , grosime 1.03...1.05 mm, densitatea filamentelor de cupru în bătătură 100 - 120 filamente/lOcm și permeabilitatea la aer 28...30 l/m²/sec la presiune de 100 Pa.
2. 2. Procedeul de obținere țesăturii cu termorezistențe filamentare integrate conform revendicării 1, având capetele filamentare conductive se realizează prin decaparea în prealabil a capetelor firelor din bătătură într-o soluție de H2SO4 de concentrație 30...80 % timp de 30...40 de minute la temperatura 2O...25°C.
3. 3. Țesătura izolatoare cu termorezistențe filamentare conform revendicării 1 și functionalizată prin procedeul conform revendicării 2 se caracterizează prin aceea că la conectarea capetelor filamentelor de cupru la o sursă de curent electric, permite trecerea curentului electric prin termorezistențele fialmentare paralele, se încălzește până la 50 ⁰ C în 5-10 minute iar suprafața țesăturii rămâne izolatoare din punct de vedere electric.