SI24510A - Toplozraäśna varilna metoda za integriranje elektroprevodnih prej v tekstilije - Google Patents

Abstract

Predmet izuma je toplozračna varilna metoda za integriranje elektroprevodnih prej v tekstilije in rešuje tehnični problem pozicioniranja in vgradnje elektroprevodnih prej (3) v tekstilije pri čim manjši izgubi električne prevodnosti materiala elektroprevodnih prej, čim višjemu razmerju signal-šum na mestu zajemanja podatkov, čim manjši dodatni togosti tekstilnega materiala zaradi vgradnje elektroprevodnih prej in čim manjši vizualni motnji na samem tekstilnem materialu. Pričujoči izum rešuje problemintegriranja elektroprevodnih prej v tekstilije z vstavljanjem elektroprevodne preje med dva termoplastična materiala (1) in nato varjenja z vročim zrakom, ki poveže oba termoplastična materiala (1) in se med termoplastična materiala integrira elektroprevodna preja (3). Z integriranjem elektroprevodne preje (3) med dva termoplastična materiala (1) je elektroprevodna preja mehansko zaščitena. Kot eden termoplastični material se lahko uporabi termoplastična membrana (2). Ce so za varjenje izbrane tkanine ševodo nepropustne, so elektroprevodne preje (3) še dodatno zaščitene pred vlago. Vroči zrak se dovaja na varilno mesto v smeri pravokotno na površino varjenega materiala, pri čemer se zrak dovaja pod nadtlakom in pri povišani temperaturi. Parametre varjenja je zaradi različnih lastnosti tekstilij potrebno določiti za vsak primer posebej, pri čemer so osnovni parametri temperatura in tlak vročega zraka in hitrost varjenja, ki pogojuje čas izpostavljenosti varjenih tekstilij vročemu zraku.

Description

TOPLOZRAČNA VARILNA METODA ZA INTEGRIRANJE ELEKTREPREVODNIH PREJ V TEKSTILIJE

OPIS IZUMA

Področje tehnike

Elektroprevodene preje, varjenje elektroprevodnih prej; toplozračno varjenje tekstilnih materialov; varjenje termoplastičnih materialov.

Prikaz problema

Za prenos informacij skozi oblačila so se vse bolj začele uporabljati tako imenovane pametne tekstilije, katere lahko prenašajo informacije preko elektroprevodnih vodnikov oziroma elektroprevodnih prej, ki so integrirane v tekstilnem materialu. Skozi pametne tekstilije je od mesta zajema podatka možno prenašati različne podatke o okoliških razmerah, obremenitvi telesa, krvnemu pritisku, vlažnosti, temperaturi in raznih fizikalnih veličinah.

Elektroprevodene preje je potrebno v tekstilije vgraditi na način, da se preje pri vgradnji čim manj poškodujejo in da so ustrezno zaščitena pred obrabo in zunanjimi vplivi.

Ker elektroprevodene preje niso popolnoma skrite v tekstilije, pride do pogostih pretrgov in s tem do prekinitev prenosa električne energije ali drugih analognih in/ali digitalnih signalov.

Stanje tehnike

Tekstilije z elektro prevodnimi lastnostmi sodijo v skupino pametnih tekstilij. Te vrste pametnih tekstilij morajo zagotavljati zanesljiv električen prenos ali tudi prenos digitalnih in/ali analognih signalov med elektronskimi komponentami. Znane metode za vstavljanje elektroprevodnih linij ali električnih vezij na tekstil se lahko dosežejo s pomočjo različnih metod, kot so

- neposredno z vstavljanje prevodnih preje med procesi tkanja in pletenja, ’ ’ * *

- s tehnikami šivanja in vezenja,

- s polaganjem tankih elektro prevodnih plasti na ravno površino tekstilije,

- s postopki tiskanja elektro prevodne paste.

V tekstilstvu lahko varilne tehnike razdelimo v tri večje skupine:

- varjenje s pomočjo dovoda toplega medija

- varjenje s pomočjo sevanja (infra rdeče, lasersko in indukcijsko) in

- varjenje s pomočjo trenja

Varjenje dveh plasti se pri tekstilijah izvaja na dva načina. Eden je, da se med dve plasti vstavi termoplastični trak, ki poveže obe plasti med procesom varjenja. To se uporablja takrat kadar tekstilija nima ustreznega procenta polimera (najmanj 30%). Pri drugem načinu, pa imata že sami tekstilij i termoplastične lastnosti, da se lahko medsebojno povežeta.

Opis nove rešitve

Predmet izuma je toplozračna varilna metoda za integriranje elektroprevodnih prej v tekstilije in rešuje tehnični problem pozicioniranja in vgradnje elektroprevodnih prej v tekstilije pri čim manjši izgubi električne prevodnosti materiala elektroprevodnih prej, čim višjemu razmeiju signal-šum na mestu zajemanja podatkov, čim manjši dodatni togosti tekstilnega materiala zaradi vgradnje elektroprevodnih prej in čim manjši vizualni motnji na samem tekstilnem materialu.

Na električno prevodnost elektroprevodnih prej, razmerje signal-šum in dodatno togost tekstilij in vizualne napake vplivajo predvsem izbira termoplastičnih materialov in izbira preje in parametri varjenja (tlak, temperatura, hitrost varjenja).

Elektroprevodna preja se na tekstilijo lahko integrira z

- varjenje s pomočjo dovoda toplega medija varjenje s pomočjo sevanja (infra rdeče, lasersko in indukcijsko) in

- varjenje s pomočjo trenja

V prikazani tehniški rešitvi se elektroprevodna preja na tekstilijo integrira z varjenjem s pomočjo dovoda toplega medija oziroma varjenjem s pomočjo vročega zraka. Dolžina pri ·*·*··· varjenju integrirane elektroprevodne preje je neomejena, pred varjehjem“pa je*potrebno preveriti parametre varjenja.

Pričujoči izum rešuje problem integriranja elektroprevodnih prej v tekstilije z vstavljanjem elektroprevodne preje med dva termoplastična materiala in nato varjenja z vročim zrakom, ki poveže oba termoplastična materiala in se med termoplastična materiala integrira elektroprevodna preja. Z integriranjem elektroprevodne preje med dva termoplastična materiala je elektroprevodna preja mehansko zaščitena. Če so za varjenje izbrane še vodo nepropustne tkanine, so elektroprevodne preje še dodatno zaščitene pred vlago.

Vroči zrak se dovaja na varilno mesto v smeri pravokotno na površino varjenega materiala, pri čemer se zrak dovaja pod nadtlakom, segret na željeno temperaturo. Temperatura vročega zraka za valjenje je lahko različna, prednostno pa je v mejah 250 - 450°C. Prav tako je hitrost varjenja lahko različna, prednostno pa je v mejah 1,5 do 2,5 metrov na minuto.

Pri izpostavljenosti dveh termoplastičnih materialov vročemu zraku prihaja do delnega površinskega taljenja termoplastičnih materialov in po ohladitvi segretih površin do njihove močne združitve, oziroma na mestu stika, do molekularnega prepletanja površin. Ko so površine vaijenih tekstilnih materialov izpostavljene temperaturi, ki presega temperaturo taljenja je stabilnost polimernih molekul motena, molekule sprostijo konce verig, pri ponovni ohladitvi materiala se zaradi sproščenih molekularnih koncev, ki se medsebojno povežejo varjena materiala močno sprimeta.

Parametre varjenja je potrebno zaradi različnih lastnosti tekstilij potrebno določiti za vsak primer posebej, pri čemer so osnovni parametri temperatura in tlak vročega zraka in hitrost varjenja, ki pogojuje čas izpostavljenosti vaijenih tekstilij vročemu zraku.

Ustrezni varilni parametri in izbira ustrezne elektroprevodne preje se določijo izkustveno, na osnovi eksperimentalnih rezultatov, ali na osnovi priporočil proizvajalcev tekstilnih varilnih trakov ali na osnovi izkušenj ali rezultatov eksperimentov.

Prevodnost elektroprevodnih prej se določi v ohmih na meter [Ω /m] pri čemer se meritev izvede vzdolž dolžine vzorca elektroprevodne preje. Zaradi primerljivosti rezultatov se meritve ······· izvajajo v laboratorijskih razmerah v določenem tolerančnem območju tempefttture iffrelahvne vlažnosti.

Razmerje signal-šum se določi s spuščanjem signala ustvarjenega z generatorjem signala skozi elektroprevodne preje in z zajemanjem signala po prehodu signala skozi elektroprevodno prejo. Razmerje signal-šum (SNR - signal to noise ratio) je razmeije med čistim signalom in neželjenim šumom

SNR _ /A_signal\ ' ^šum ' kjer je A koren povprečja kvadrata amplitude, oziroma:

SA/B„_b = 10 ]og₁₀ (¾²^) ' 'šum '

SNR_iB = 10 |_ogl0(^=) ' “sum ' — Psignal.dB Pšum,dB

Višja je vrednost SNR signala, boljša je kakovost signala.

Vizualni izgled varjenega območja se določi s prostim očesom ah z uporabo optičnih pripomočkov, kot na primer mikroskopa.

Upogibne lastnosti tekstilij z integriranimi elektroprevodnih prej se določijo z eksperimentom in sicer se lahko na primer meri dolžina upogibanja oziroma kolikšna je dolžina materiala, ki se zaradi svoje lastne teže ukrivi za v naprej predpisan kot, ki ga tvorita tangenta na neukrivljen meijen material in premica, ki poteka skozi točko krivljenja (točka kjer material ni več podprt) in točko na koncu visečega materiala. Iz dolžine upogiba in teže zvarjene tkanine se izračuna upogibna togost B:

Upogibna togost B [ μΝητ¹] je določena z enačbo

B=Wc³9,81 IO'⁶ kjer je W teža zvarjene tkanine [ g/m²] in c dolžina upogibanja zvarjene tkanine [mm].

• · · · · · ·

Podrobneje je bistvo izuma pojasnjeno v nadaljevanju z opisom izvedbenih’‘pririičro v ifl priložene skice, pri čemer je skica del pričujoče patentne prijave in je na skici prikazano:

Skica 1 prikazuje termoplastičen material 1, termoplastično membrano 2, elektroprevodno prejo 3.

Skica 2 prikazuje termoplastičen material 1, termoplastično membrano 2, elektroprevodno prejo 3.

Prvi izvedbeni primer:

V prikazani tehniški rešitvi se elektroprevodna preja na tekstilijo integrira z varjenjem s pomočjo dovoda toplote oziroma valjenjem s pomočjo vročega zraka. Na termoplastičen material (1) se namesti elektroprevodna preja (3) in čez njo se postavi trak iz termoplastične membrane (2). V izvedbenem primeru je elektroprevodna preja z srebrom prevlečen najlon teže 0,0045 g/m, premera 142 pm in linearne upornosti 2000 CDm.

Termoplastični material (1) ima debelino 0,202 mm, masa materiala j e 163,5 g/m². Širina traku vodoodpome termoplastične membrane (2) je 1 centimeter.

Elektroprevodna preja (3) se vstavi med termoplastični material (1) in termoplastično membrano (2) in nato vari z dovodom vročega zrakom, ki poveže oba termoplastična materiala in med termoplastična materiala integrirano elektroprevodno prejo (3). Vroči zrak se dovaja na varilno mesto v smeri pravokotno na površino varjenega materiala.

Varjenje se izvaja na toplozračnem varilnem stroju, ki dovaja vroč zrak temperature T=350°C, tlaka 0,65 MPa, hitrost valjenja pa je 2,5 metra na minuto. Po varjenju je elektroprevodna preja mehansko zaščitena.

Drugi izvedbeni primer:

V prikazani tehniški rešitvi se elektroprevodna preja na tekstilijo integrira z varjenje s pomočjo dovoda toplega medija oziroma varjenjem s pomočjo vročega zraka. Na termoplastičen material (1) se namesti elektroprevodna preja (3) in čez njo se postavi trak iz termoplastične membrane (2) . V izvedbenem primeru je elektroprevodna preja iz nerjavečega jekla teže 0,19 g/zzz, premera 464 pm in ima linearno upornost 35 Ω/m.

Termoplastični material (1) ima debelino 0,3 mm, masa materiala je 245,2 g/m². Širina traku vodoodpome termoplastične membrane (2) je 1,4 centimetra.

Elektroprevodna preja (3) se vstavi med termoplastični material (1) in termoplastično membrano (2) in nato vari z vročim zrakom, ki poveže oba termoplastična materiala in med termoplastična materiala integrirano elektroprevodno prejo (3). Vroči zrak se dovaja na varilno mesto v smeri pravokotno na vaijeni material.

Varjenje se izvaja na toplozračnem varilnem stroju, ki dovaja vroč zrak temperature T=450°C, tlaka 0,65 MPa, hitrost valjenja pa je 1,5 metra na minuto. Po varjenju je elektroprevodna preja mehansko zaščitena.

Razumljivo je, daje mogoče opisano rešitev izvesti tudi v drugačni oblikovni izvedenki, ki ne spreminja bistva izuma.

Claims (11)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Toplozračna varilna metoda za integriranje elektroprevodnih prej v tekstilije označena s tem, da se integriranje elektroprevodnih prej v tekstilije izvede z vstavljanjem elektroprevodne preje (3) med dva termoplastična materiala in nato z varjenjem z vročim zrakom, ki povzroči površinsko taljenje termoplastičnega materiala, posledično se po ohladitvi termoplastična materiala močno sprimeta, med termoplastična materiala pa se integrira elektroprevodna preja (3).
2. 2. Metoda po zahtevku 1, označena s tem, da se vroči zrak dovaja na varilno mesto v smeri pravokotno na površino varjenega materiala.
3. 3. Metoda po kateremkoli od zahtevkov 1 do 2, označena s tem, da se kot eden od obeh termoplastičnih materialov uporabi termoplastična membrana (2).
4. 4. Metoda po kateremkoli od zahtevkov 1 do 3, označena s tem, daje elektroprevodna preja (3) iz s srebrom prevlečenega najlona.
5. 5. Metoda po kateremkoli od zahtevkov 1 do 3, označena s tem, daje elektroprevodna preja (3) iz nerjavečega jekla.
6. 6. Metoda po kateremkoli od zahtevkov 1 do 5, označena s tem, da je termoplastična membrana (2) iz vodo-neprepustnega materiala.
7. 7. Metoda po kateremkoli od zahtevkov 1 do 6, označena s tem, daje termoplastični material (1) iz vodo-neprepustnega materiala.
8. 8. Metoda po kateremkoli od zahtevkov 1 do 7, označena s tem, da temperatura in tlak vročega varilnega zraka in hitrost varjenja določijo glede na izbiro termoplastičnih materialov, ki se varijo.
9. 9. Metoda po kateremkoli od zahtevkov 1 do 8, označena s tem, da se pri izbiri elektroprevodne preje upoštevajo prevodnost električne preje, razmerje signal-šum pri prehodu signala skozi prejo, upogibne lastnosti zvarjenih tekstilij in vizualni izgled zvaljenih tekstilij.
10. 10. Metoda po kateremkoli od zahtevkov 1 do 9, označena s tem, daje temperatura vročega zraka za varjenje v mejah 250 - 450°C
11. 11. Metoda po kateremkoli od zahtevkov 1 do 10, označena s tem, daje hitrost varjenja v mejah 1,5 do 2,5 metrov na minuto.