TW202033860A - 導電紗線的製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種導電紗線的製造方法，其包括以下步驟。提供異型斷面紗線，其中所述異型斷面紗線的表面具有溝槽。將所述異型斷面紗線製成針織布。將所述針織布含浸於導電樹脂溶液後，進行壓吸步驟及乾燥步驟，以形成導電針織布。將所述導電針織布解織，以形成導電紗線。

Description

導電紗線的製造方法
本發明是有關於一種紡織技術，且特別是有關於一種導電紗線的製造方法。
隨著科技的發展，紡織品在日常生活中的應用開始由衣物穿著領域擴展至其他領域。人們對紡織品的要求不再侷限於保暖的功能，紡織廠商及業者亦希望將紡織品與不同領域的技術結合，進而提高紡織品的附加價值，使得紡織品的應用更為靈活。
近年來，電子紡織品已成為全球物聯網及隨身數位照護時代的新寵。然而，目前的電子纖維或導電紗線多有導電性不足或電阻變異率過高的問題。此外，習知的真空濺鍍銀或化學鍍銀的方法，製程緩慢且容易因張力不均而斷紗。因此，需要一種改良的導電紗線的製造方法。
有鑒於此，本發明提供一種導電紗線的製造方法，生產效率高且可製備出具有低電阻變異率的導電紗線。
本發明提供一種導電紗線的製造方法，其包括以下步驟。提供異型斷面紗線，其中所述異型斷面紗線的表面具有溝槽。將所述異型斷面紗線製成針織布。將所述針織布含浸於導電樹脂溶液後，進行壓吸步驟及乾燥步驟，以形成導電針織布。將所述導電針織布解織，以形成導電紗線。
在本發明的一實施例中，上述異型斷面紗線包括十字型斷面紗線、一字型斷面紗線、三葉型斷面紗線或梅花型斷面紗線。
在本發明的一實施例中，上述異型斷面紗線的材質包括聚酯或耐隆。
在本發明的一實施例中，上述針織布包括單面平紋針織布。
在本發明的一實施例中，上述導電樹脂溶液包括25重量份至45重量份的水性樹脂分散液、50重量份至70重量份的導電材料以及1重量份至5重量份的具異氰酸酯（NCO）基團的架橋劑。
在本發明的一實施例中，上述水性樹脂分散液包括水性聚氨酯樹脂分散液或水性壓克力樹脂分散液，且所述導電材料包括奈米銀粉、銀線、銀片或其組合。
在本發明的一實施例中，上述導電樹脂溶液的黏度介於10,000 cps至30,000 cps之間。
在本發明的一實施例中，上述壓吸步驟的施加壓力介於2 kg/cm2 至4 kg/cm2 之間。
在本發明的一實施例中，上述導電紗線的線電阻的變異率為10%以下。
在本發明的一實施例中，更包括在將上述針織布含浸於導電樹脂溶液之前，對異型斷面紗線或針織布進行表面改質。
基於上述，本發明之導電紗線的製造方法的生產效率高，優於習知的真空濺鍍銀或化學鍍銀的方法。此外，本發明之方法所製備出的導電紗線具有良好的導電性以及低電阻變異率，滿足使用者的需求。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為根據本發明一實施例所繪示之一種導電紗線的製備方法的流程圖。圖2至圖5為根據本發明各種實施例所繪示之多種異型斷面紗線的剖面示意圖。圖6至圖9為根據本發明各種實施例所繪示之多種導電紗線的剖面示意圖。
首先，請參照圖1，進行步驟100，提供異型斷面紗線，其中異型斷面紗線的表面具有溝槽。在一實施例中，異型斷面紗線的材質包括聚酯或耐隆（nylon）。聚酯的成分可包括聚對苯二甲酸乙二酯（PET）。耐隆的成分可包括聚醯胺（PA）。在本發明中，異型斷面紗線定義為紗線的剖面不為完整圓形的紗線。例如，圖2中的異型斷面紗線Y具有十字型斷面，圖3中的異型斷面紗線Y具有一字型斷面，圖4中的異型斷面紗線Y具有三葉型斷面，而圖5中的異型斷面紗線Y則是具有梅花型斷面。圖2至圖5中的異型斷面紗線Y的表面均具有多個溝槽G。
本領域具有通常知識者應了解，圖2至圖5所繪示的異型斷面紗線僅僅用於說明，並不用以限定本發明。換言之，其他形狀的異型斷面紗線（例如，具有C形斷面的異型斷面紗線）也是可行的，只要此種異型斷面紗線具有溝槽，可以容納後續形成的導電樹脂。
接著，視情況進行步驟101，對異型斷面紗線進行表面改質。表面改質步驟是使異型斷面紗線的表面具有親水性（例如具有氫氧（OH）基團），以加強後續形成的導電樹脂與異型斷面紗線之間的固著力。在一實施例中，可使用10%至20%的NaOH溶液，於70℃至80℃下進行表面改質步驟。
然後，進行步驟102，將異型斷面紗線製成針織布。在一實施例中，針織布包括適合解織的針織布，例如單面平紋針織布。
繼之，視情況進行步驟103，對針織布進行表面改質。表面改質步驟是使針織布中異型斷面紗線的表面具有親水性（例如具有OH基團），以加強後續形成的導電樹脂與異型斷面紗線之間的固著力。在一實施例中，可使用10%至20%的NaOH溶液，於70℃至80℃下進行表面改質步驟。
特別要說明的是，在本發明中，步驟101與步驟103是擇一進行的，可以視需要選擇合適的製程階段對異型斷面紗線進行親水性改質步驟。
接著，進行步驟104，將針織布含浸於導電樹脂溶液後，進行壓吸步驟及乾燥步驟，以形成導電針織布。
含浸步驟是為了使導電樹脂藉由架橋劑而固著於異型斷面紗線的表面。在一實施例中，導電樹脂溶液包括25重量份至45重量份的水性樹脂分散液、50重量份至70重量份的導電材料以及1重量份至5重量份的具異氰酸酯（NCO）基團的架橋劑。導電樹脂溶液又稱為含浸液，且含浸步驟的含浸時間為1秒至10秒。在一實施例中，水性樹脂分散液包括水性聚氨酯樹脂分散液或水性壓克力樹脂分散液，且其中聚氨酯或壓克力的固含量例如介於5 wt%至20 wt%之間。在一實施例中，導電材料包括奈米銀粉、銀線、銀片或其組合。在一實施例中，導電樹脂溶液中的銀濃度（簡稱含銀濃度）例如介於50 wt%至70 wt%之間。在一實施例中，導電樹脂溶液的黏度（簡稱樹脂黏度）介於10,000 cps至30,000 cps之間，例如12,000 cps、15,000 cps、18,000 cps、20,000 cps、25,000 cps、28,000 cps或上述數值之間的範圍。在一實施例中，上述黏度是藉由迴轉式黏度計所量測，其中迴轉式黏度計的型號為DV-II+ Pro Viscometer，由美國Brookfield製造。
壓吸步驟是為了去除多餘的導電樹脂，並且使導電樹脂更佳地附著在用於形成針織布的異型斷面紗線上。在一實施例中，壓吸步驟的施加壓力介於2 kg/cm2 至4 kg/cm2 之間，例如2.5 kg/cm2 、3 kg/cm2 、3.5 kg/cm2 或上述數值之間的範圍。
乾燥步驟是為了移除多餘的溶劑。在一實施例中，乾燥步驟是在溫度80℃至150℃下進行5分鐘至60分鐘。
經上述的表面改質步驟、含浸步驟、壓吸步驟、乾燥步驟後，導電樹脂會固著在異型斷面紗線的溝槽中。更具體地說，表面改質步驟使異型斷面紗線的表面產生OH基，可與導電樹脂中的具NCO基團的架橋劑鍵結，以提高導電樹脂與異型斷面紗線之間的固著力。
然後，進行步驟106，將導電針織布解織，以形成導電紗線。至此，完成本發明的本質型導電紗線的製作。在此，本發明的「解織」是將上述針織布重新拆解為多根異型斷面紗線的還原步驟。由於針織布在含浸導電樹脂溶液後（如步驟104所述）已成為導電針織布，且其上的異型斷面紗線亦附著有導電樹脂而具有導電性，因此，在將導電針織布解織後，具有導電性的異性斷面紗線可成為導電紗線。
例如，圖6中的導電紗線10a包括異型斷面紗線Y以及導電樹脂R，異型斷面紗線Y具有十字型斷面，導電樹脂R固著在異型斷面紗線Y之表面的溝槽G中。圖7中的導電紗線10b包括異型斷面紗線Y以及導電樹脂R，異型斷面紗線Y具有一字型斷面，導電樹脂R不僅固著在異型斷面紗線Y之表面的溝槽G中，更固著於溝槽G外的表面上。圖8中的導電紗線10c包括異型斷面紗線Y以及導電樹脂R，異型斷面紗線Y具有三葉型斷面，導電樹脂R固著在異型斷面紗線Y之表面的溝槽G中。圖9中的導電紗線10d包括異型斷面紗線Y以及導電樹脂R，異型斷面紗線Y具有梅花型斷面，導電樹脂R固著在異型斷面紗線Y之表面的溝槽G中。
本發明的方法可大幅提升導電紗線中導電樹脂的附著性，故可使導電紗線具有好的導電特性及低的電阻變異度。在一實施例中，導電紗線的線電阻的變異率或變異係數（CV）為10%以下。線電阻的變異率定義為多個（例如100個或以上）電阻數據的標準差除以平均數的百分比值。
以下，將列舉多個實驗例與比較例以驗證本發明的功效。
＜導電紗線的線電阻的變異率測試＞
首先，參照表一的實施例1的參數，提供具有溝槽的異型斷面紗線，其纖維態樣及規格為聚酯十字紗75d/48f。接著，將異型斷面紗線製成針織布，其織物規格（基重）為80 g/m2 。然後，將針織布含浸於導電樹脂溶液，進行壓吸步驟及乾燥步驟，以形成導電針織布。含浸步驟的導電樹脂溶液包括35重量份的水性樹脂分散液、60重量份的導電材料以及5重量份的架橋劑，其中水性樹脂分散液為水性聚氨酯樹脂（型號9080，長興公司提供），導電材料為銀粉（伊必艾公司提供），且架橋劑為異氰酸鹽架橋劑（型號CA100，拜耳公司提供）。含浸步驟的含銀濃度為60 wt%，樹脂黏度為28,000 cps，含浸時間為10秒。含浸量定義為含浸後與含浸前的織物重量差除以含浸前的織物重量。壓吸步驟的壓吸壓力為3 kg/cm2 。乾燥步驟是在溫度100℃下進行5分鐘。繼之，將導電針織布解織，以形成實施例1的導電紗線。然後，對實施例1的導電紗線進行線電阻量測並計算變異率。
依據表一的參數以及實施例1的實驗步驟，可製作出實施例2~5以及比較例1的導電紗線。然後，對實施例2~5以及比較例1的導電紗線進行線電阻量測並計算變異率。
表一
  纖維 規格 織物 規格 含銀濃度 樹脂黏度 含浸時間 含浸量 壓吸 壓力 線電阻 變異率
實施例1 聚酯 十字紗 75d/48f 80 g/m2 60 wt% 28,000 cps 10秒 50g/1kg 2 kg/cm2 308Ω/cm 10%
實施例2 3 kg/cm2 96Ω/cm 6%
實施例3 4 kg/cm2 205Ω/cm 8%
比較例1 5 kg/cm2 2.6x106 Ω/cm 12%
實施例4 耐隆 十字紗70d/48f 100 g/m2 50 wt% 15,000 cps 10秒 60g/1kg 3 kg/cm2 97Ω/cm 8%
實施例5 聚酯 一字紗75d/72f 60 g/m2 60 wt% 15,000 cps 5秒 50g/1kg 3 kg/cm2   8-9Ω/cm 6%
由表一可得知，本發明的壓吸壓力較佳落在2 kg/cm2 至4 kg/cm2 之間，可使導電紗線的線電阻的變異率控制在10%以下。當壓吸壓力過低，會使得導電樹脂溶液殘留在導電針織布上，而使得無法順利對導電針織布進行解織。當壓吸壓力過高，會使得導電紗線的線電阻過高，且導電樹脂在導電紗線上分佈不均而使得變異率高達12%。此外，根據實驗例1~5的結果，不管是聚酯導電紗線或耐隆導電紗線、十字型斷面或一字型斷面，所製備出的導電紗線均具有良好的導電性以及低的電阻變異率。
＜導電紗線的超音波震盪測試和水洗測試＞
將實驗例2的聚酯導電紗線進行超音波震盪測試和水洗測試，其中超音波震盪測試是使用超音波洗淨機（型號Delta® Ultrasonic Cleaner DC200H，德記儀器提供）來進行，而水洗標準為CNS 15140（8B柔洗），其結果如表二所示。
表二
股數 單股 雙股合撚
線電阻 96 45
超音波震盪0.5小時後的線電阻 98 48
超音波震盪1小時後的線電阻 105 49
水洗5次後的線電阻 101 50
水洗10次後的線電阻 116 53
水洗20次後的線電阻 126 64
由表二可得知，實驗例2的聚酯導電紗線經超音波震盪測試和水洗測試後，其線電阻的差異不大，代表導電樹脂與異型斷面紗線之間的固著力優異，導電樹脂不會因為超音波震盪或水洗而脫附異型斷面紗線的表面。
將實驗例4的耐隆導電紗線進行水洗測試，其中水洗標準為CNS 15140（8B柔洗），其結果如表三所示。
表三
股數 單股 雙股合撚
線電阻 97 46
水洗5次後的線電阻 103 48
水洗10次後的線電阻 112 52
由表三可得知，實驗例4的耐隆導電紗線經水洗測試後，其線電阻的差異不大，代表導電樹脂與異型斷面紗線之間的固著力優異，導電樹脂不會因為水洗而脫附異型斷面紗線的表面。
此外，本發明之導電紗線依據CNS 1494 L3027測試耐洗牢度，其變褪色4級、染污4~5級。本發明之導電紗線依據CNS 1496 L3029測試耐汗牢度，其酸性變褪色4~5級、染污4~5級；鹼性變褪色4~5級、染污4~5級。本發明之導電紗線依據CNS 1499 L3032測試耐磨擦牢度，乾磨擦牢度4~5級、濕磨擦牢度3級。
綜上所述，本發明之導電紗線的製造方法的生產效率高，優於習知的真空濺鍍銀或化學鍍銀的方法。此外，本發明之方法所製備出的導電紗線具有良好的導電性以及低電阻變異率，滿足使用者的需求。此外，本發明之導電紗線耐水洗、耐汗及耐摩擦，相當具有市場競爭力。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、101、102、103、104、106:步驟 10a、10b、10c、10d:導電紗線 G:溝槽 R:導電樹脂 Y:異型斷面紗線
圖1為根據本發明一實施例所繪示之一種導電紗線的製備方法的流程圖。 圖2至圖5為根據本發明各種實施例所繪示之多種異型斷面紗線的剖面示意圖。 圖6至圖9為根據本發明各種實施例所繪示之多種導電紗線的剖面示意圖。
100、101、102、103、104、106:步驟

Claims (10)

  1. 一種導電紗線的製造方法，包括： 提供異型斷面紗線，其中所述異型斷面紗線的表面具有溝槽； 將所述異型斷面紗線製成針織布； 將所述針織布含浸於導電樹脂溶液後，進行壓吸步驟及乾燥步驟，以形成導電針織布；以及 將所述導電針織布解織，以形成導電紗線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的導電紗線的製造方法，其中所述異型斷面紗線包括十字型斷面紗線、一字型斷面紗線、三葉型斷面紗線或梅花型斷面紗線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的導電紗線的製造方法，其中所述異型斷面紗線的材質包括聚酯或耐隆。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的導電紗線的製造方法，其中所述針織布包括單面平紋針織布。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的導電紗線的製造方法，其中所述導電樹脂溶液包括： 25重量份至45重量份的水性樹脂分散液； 50重量份至70重量份的導電材料；以及 1重量份至5重量份的具異氰酸酯基團的架橋劑。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的導電紗線的製造方法，其中所述水性樹脂分散液包括水性聚氨酯樹脂分散液或水性壓克力樹脂分散液，且所述導電材料包括奈米銀粉、銀線、銀片或其組合。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的導電紗線的製造方法，其中所述導電樹脂溶液的黏度介於10,000 cps至30,000 cps之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的導電紗線的製造方法，其中所述壓吸步驟的施加壓力介於2 kg/cm2 至4 kg/cm2 之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的導電紗線的製造方法，其中所述導電紗線的線電阻的變異率為10%以下。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的導電紗線的製造方法，更包括在將所述針織布含浸於所述導電樹脂溶液之前，對所述異型斷面紗線或所述針織布進行表面改質。
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