TWI788310B - 導電性複合紗線、織物及衣服 - Google Patents

Abstract

本發明在一個態樣中係關於一種導電性複合紗線，其具有：a)一核心，其係由導電之40規格或更高之至少一條金屬股線形成；b)至少一個內蓋，其依足以由該內蓋提供該核心之實質上完全覆蓋之一速率，以一第一方向環繞該核心，其中該內蓋係一天然紗線或合成紗線；c)至少一個外蓋，其環繞該至少一個內蓋，其中該外蓋依足以提供該外蓋直接纏繞於其上之一蓋層之實質上完全覆蓋之一速率，以與該外蓋直接纏繞於其上之該蓋層之一方向相反之一第二方向纏繞；d)至少一種黏合劑，其經施加至該至少一個外蓋上；及e)視情況，一潤滑劑。

Description

導電性複合紗線、織物及衣服

本發明係關於導電性紗線及導電性縫紉線及由其製得之產品之領域，特定言之，在使用導電性紗線/縫紉線製作智能織物及智能衣服之領域中。

對於智能織物及智能衣服之一需求已經發展，透過使用在製作織物/衣服中所使用之導電性紗線具有導電性能力，從而允許電感測器、偵測器及/或計量裝置之操作來量測及追蹤穿戴者狀態良好之各種態樣。此類智能織物及衣服特定用於軍事及運動應用中。在軍事用途中，此類智能織物用於追蹤穿戴者之生物計量讀數，亦用於衛星追蹤手術室中之個人。

不幸地，先前在提供此導電性紗線中之努力已取得有限成功。此係其中導電性紗線意欲為一縫紉線之特定情況。縫紉線，由於其使用性質，必須能夠承受在習知縫紉操作期間發生之由諸多重覆彎曲及猛拉在其上形成之應力。因此，其必須能夠忍耐此等彎曲及應力而不會破壞。因為製作導電性紗線之多數嘗試係關於使用一金屬股線作為紗線之部分，且金屬股線傾向於藉由斷裂而屈服於此類反復彎曲激應力，故導電性縫紉線甚至更難以提供，因為導電性金屬股線之斷裂導致導電性之一中斷。

導電性縫紉線之另一問題係需要能夠在其自身上縫製導電性線而不引起一電短路。

仍然需要一種導電性紗線，且特別係對於一導電性縫紉線，該導電性縫紉線除了用作一紗線或縫紉線外，亦能承受使用之彎曲及應力，特別係在縫紉中，同時維持足夠高之導電性以提供所期望之導電性益處。在此一情況中，縫紉線必須在整個縫紉程序中維持其完整性，且不能在線穿過其本身縫紉時使電路短路。

相應地，本發明之一個目的係提供一種導電性複合紗線，且特定言之，一種實現在一織物中生產導電性花紋組織之導電性複合縫紉線。

本發明之一進一步目的係提供一種使用本發明之導電性複合紗線/縫紉線製得之智能織物。

本發明之一進一步目的係提供一種使用本發明之智能織物製得之衣服。

已藉由發現一導電性複合紗線/縫紉線個別地或依組合滿足了本發明之此等及其他目的，導電性複合紗線/縫紉線包括：a)一核心，其由40規格或更高之一導電性金屬之至少一條股線形成，b)至少一個內蓋，其依足以由該內蓋提供該核心之實質上完全覆蓋之一速率，以一第一方向環繞該核心；c)至少一個外蓋，其環繞該至少一個內蓋，其中該外蓋依足以提供該外蓋直接纏繞於其上之一蓋層之實質上完全覆蓋之一速率，以與該外蓋直接纏繞於其上之該蓋層之一方向相反之一第二方向纏繞；及d)至少一種黏合劑；及 e)視情況，一潤滑劑；及其在其中具有導電性片段、花紋組織及/或格網之織物及衣服之生產中之用途。

本發明係關於一種導電性複合紗線，其包括：一中央核心，其具有40規格(gauge)或更高之一導電性金屬之一或多條股線；一合成纖維或天然纖維之一或多條股線之一內蓋，其可視情況係一高效能纖維；及一合成纖維或天然纖維之一外蓋，諸如聚酯或(若干)尼龍股線，其經一合適黏合劑處理，且視情況，具有一合適潤滑劑之一外部施加。該導電性複合紗線特別適合用作一縫紉線。

本文所使用之術語「纖維」係指在紗線及織物之組裝中使用之一基本組成部分。一般言之，一纖維係具有比其直徑或寬度大得多之一長度尺寸之一組成部分。此術語包含帶狀、條狀、短纖維及其它形式之切碎、切割或不連續纖維，及具有一規則或不規則橫截面之類似者。「纖維」亦包含複數個上述或上述之一組合之任一者。

如本文所使用，術語「高效能纖維」意謂具有大於10g/丹尼(denier)之高韌性值之合成非玻璃纖維或天然非玻璃纖維的類型，使得其等適用於高耐磨損及/或耐切割性係重要的應用。通常，高效能纖維在最終纖維結構中具有一非常高度之高分子取向性及結晶性。

本文所使用之術語「長絲」係指無限長或極長之一纖維，諸如於絲綢中自然發現者。此術語亦係指藉由(除了其他事物之外)擠出製程生產之人造纖維。構成一纖維之個別長絲可具有多種橫截面中之任一種，包含圓形、鋸齒形或鈍齒形、豆形或其他形狀。

在本發明之背景內容內，除非另外標示，通用地使用術語「聚酯」及「尼龍」，且該等術語分別包含聚酯及尼龍纖維家族之任何習知成員。尼龍宜係尼龍-6,6。聚酯宜係聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯對苯二酸酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯。 本文中所使用之術語「紗線」係指紡織纖維、長絲，或呈適用於紡織、編織或另外相互交織以形成一紡織織物之一形式之材料之一連續股線。紗線可以多種形式存在，包含：由通常藉由扭結結合在一起之短纖維組成之一紡成紗線、由諸多連續長絲或股線組成之一多長絲紗線；或由一單一股線組成之一單長絲紗線。 本文中所使用之術語「噴氣交纏」係指使紗線之多個股線經受一空氣噴射以組合該等股線且因此形成一單一間歇性地混合股線。此處理有時稱之為「噴氣黏結」。此術語不用於指代「摻和」或「纏繞」之程序，在此項技術中經理解為指代空氣壓實一多長絲紗線以促進其進一步處理(特定言之，在編織程序中)之一方法。已經摻和之一紗線股線通常不與另一紗線組合。實情係，個別多長絲股線在單一股線之限制內彼此纏繞。此空氣壓實用作用於設定紗線之大小之一代替及提供經改良抗黏性能之一方法。此術語亦不指代熟知之空氣紋理化，其經執行以增加單一紗線或多個紗線股線之體積。在複合紗線及合適設備中進行噴氣交纏之方法因此描述於美國專利6,349,531、6,341,483及6,212,914中，該等專利之內容以引用方式併入本文中。 術語「複合紗線」係指自可係相同或不同之兩種或兩種以上紗線製備之一紗線。複合紗線可以多種形式存在，其中兩種或兩種以上紗線相對於彼此呈不同定向。兩種或兩種以上紗線可取決於所要之複合紗線之性質例如平行、一者纏繞另一(另外)者、扭結在一起或任何或全部此等之組合以及其他定向。此類複合紗線之實例提供於美國專利4,777,789、5,177,948、5,628,172、5,845,476、6,351,932、6,363,703及6,367,290中，該等專利之內容以引用方式併入本文中。

在本發明中，耐火複合紗線，核心包括一或多個金屬導電性股線。金屬導電性股線可由任何導電性金屬製得，且較佳地係不鏽鋼或銅。較佳地，為了提供金屬核心之充足可撓性，金屬導電性股線應係40規格(gauge)或更高之金屬，更佳地係42規格或更高，最佳地係44規格或更高。在一些較佳實施例中，核心包括至少2條金屬股線，其最佳地使用一聚醯胺或聚氨酯護套使一者與另一者絕緣(具有此類聚合護套之金屬股線在商業上可用)。對於高於150℃之使用，聚醯胺覆蓋之金屬股線係較佳地。當一不鏽鋼導線用於核心中時，不鏽鋼導線之直徑較佳地係0.5密耳至4密耳，更佳地直徑係自1密耳至2密耳，更佳地直徑係1.6密耳(0.0016in)。核心可視情況取決於預期用途包括其他類型之紗線。在某些實施例中，核心進一步包括玻璃纖維以改良切割耐受性，或可包含高效能紗線，諸如超高分子量聚烯烴(諸如SPECTRA或DYNEEMA)或醯胺紗線。當含有玻璃纖維時，玻璃纖維可係任何重量/等級，包含(但不限於)下表1中之：

核心可取決於所要之紗線/縫紉線之單位重量係任何所要丹尼。較佳地，核心具有自50至1500之一丹尼，更佳地，自200至900。 內蓋紗線及外蓋紗線可係任一類型之紗線，包含天然纖維及合成纖維兩者，且較佳地係一合成纖維，包含(但不限於)聚酯、尼龍、人造絲、棉花、丙烯酸樹脂等等。在某些實施例中，可期望內蓋紗線係一高效能紗線或高韌性紗線。合適高韌性紗線包含具有十分低延長率或不存在延長率之任何高韌性紗線，較佳地係選自由下列各物組成之至少一個成員：玻璃纖維、醯胺纖維及陶瓷纖維，更佳地係玻璃纖維。因為此內蓋係螺旋地應用的，故當經受縫紉操作中產生之彎曲應力時，螺旋組態將容許內蓋之一定延長(即使在其中用於製備內蓋之紗線本身具有很少延長性質至不具有延長性質之情況中)以防止損壞或破損，特定言之，在一較佳玻璃纖維實施例中。內蓋依足以提供核心之覆蓋之每英吋之轉數環繞核心，且取決於核心之丹尼及直徑以及組成內蓋之紗線之丹尼變動。較佳地，內蓋依自4 tpi至15 tpi之一速率纏繞，更佳地，自6 tpi至12 tpi。內蓋紗線可再次取決於最終產品紗線之所要大小具有任一所要丹尼。較佳地，內蓋具有自50至1500之一丹尼，更佳地，自100至1000。 外蓋可由任一所要纖維製得，包含天然纖維及合成纖維兩者，且較佳地係一合成纖維，包含(但不限於)聚酯或尼龍。如內蓋，外蓋可取決於所得紗線產品之最終大小係任一所要丹尼，且較佳地係自50丹尼至1500丹尼，最佳地係自100丹尼至1000丹尼。接著，外蓋再次取決於核心/內蓋組合之複合丹尼及組成外蓋之紗線之丹尼依足以提供內蓋之完全覆蓋之一速率纏繞，較佳地自4 tpi至15 tpi，更佳地自6 tpi至12 tpi。外蓋較佳地保護核心及內蓋。 在本發明之一耐火實施例中，描述於美國專利7,111,445 (該案之內容以全文引用之方式併入本文中)中之耐火縫紉線可結合加至核心之本發明之金屬股線使用。在此類較佳實施例中，若縫紉產品存在於一火災中，則內蓋將保持完整且將織物部分維持在一起，即使核心可能會融化。 所得複合紗線可具有任一所要複合丹尼，且較佳地具有自300至2000之一經量測複合丹尼，更佳地自500至1500，最佳地自1000至1400。雖然此係經量測複合丹尼，但所得紗線具有可與150至1000之一含有非金屬複合紗線之一典型複合丹尼相比較之一大小，更佳地自350至750，最佳地自500至600。高得多之經量測複合丹尼之原因係核心中之金屬股線之更高密度(且因此，每單位體積更高重量)。 一旦形成複合紗線，其經受一完成操作，其中施加至少一種黏合劑，且視情況，施加至少一種潤滑劑。此等可係依任一習知方式施加，包含(但不限於)噴於纖維上、藉由軋輥接觸(kiss-roll)施加，或將紗線浸入至含有黏合劑或潤滑劑之一浴中，其為純的或作為在一合適有機溶劑或水性溶劑中之一溶液。較佳潤滑劑係添加了石蠟之一矽酮。已發現係令人滿意之額外潤滑劑係RAYOLAN 1813、Boehme FILATEX或KL 400 (Kelmar)。當複合紗線係一複合縫紉線時，複合紗線經潤滑使得縫紉線可在其在縫紉操作期間反復地滑動穿過針眼時承受針的熱。 複合紗線經使用至少一種合適黏合劑來處理，包含(但不限於)選自由下列各物組成之群組之至少一個成員：聚氨酯、聚丙烯酸、尼龍，及其他習知纖維黏合組合物。黏合劑可被施加至經組裝核心，被施加至內蓋，或被施加至完全組裝複合紗線之外側。黏合劑宜經施加至完全組裝複合紗線之外側。一旦施加，則黏合劑可以變乾或固化，以提供紗線纖維之足夠黏合。 本發明涵蓋導電性紗線/縫紉線之各種實施例，包含(但不限於)： -在核心中具有3條、4條或四條以上金屬股線之導電性紗線/縫紉線，用於提供額外高級導電性；此等更高級金屬股線通常必須在可撓性要求下達到平衡，以便提供仍可被縫紉、紡織或編織之一紗線/縫紉線； -取決於所尋求之性質，而具有不同黏合劑之導電性紗線，諸如聚氨酯或聚醯胺； -導電性反光紗線/縫紉線，其中提供反光性質，例如，藉由將回射反光珠(直徑在微米或更小範圍內)嵌入於紗線/縫紉線之表面中； -導電性發光紗線/縫紉線，其中光致發光紗線被用作外蓋之至少一部分； -磁性導電性紗線/縫紉線，其中額外磁性金屬股線(諸如具有低導電性但高磁化性質之鎳導線之一股線)係包含於核心內； -彩色編碼導電性紗線/縫紉線，其中為了容易地識別起見，存在於核心中之各種金屬股線各經塗佈有不同顏色聚合物塗層；及 -抗菌導電性紗線/縫紉線，其中本發明之導電性紗線/縫紉線透過使用一抗菌組合物進行處理而被製成為抗菌的，諸如經闡述於美國專利7,939,686中之抗菌組合物，該案之全部內容係以全文引用方式併入本文中。 出於闡示說明目的，下文闡述若干實例： 實例1 核心：兩條44 ga銅導線及一條1.6密耳不鏽鋼導線，各具有一聚氨酯塗層 內蓋：70丹尼聚酯(PET) 外蓋：70丹尼聚酯(PET) 黏合劑：聚氨酯 實例2 核心：兩條44 ga銅導線，各具有一聚氨酯塗層 內蓋：100丹尼聚酯(PET) 外蓋：100丹尼聚酯(PET) 黏合劑：聚醯胺 實例3 核心：兩條40 ga銅導線，各具有一聚醯胺塗層 內蓋：50丹尼聚酯(PET) 外蓋：70丹尼尼龍(尼龍6,6) 黏合劑：聚氨酯 實例4 核心：四條44 ga銅導線，各具有一聚氨酯塗層 內蓋：70丹尼尼龍(尼龍6,6) 外蓋：70丹尼聚酯(PET) 黏合劑：聚氨酯 實例5 核心：兩條44 ga銅導線，各具有一聚醯胺塗層，100丹尼SPECTRA 內蓋：70丹尼聚酯(PET) 外蓋：70丹尼聚酯(PET) 黏合劑：聚氨酯 實例6 核心：兩條44 ga銅導線，各具有一聚醯胺塗層，G-450玻璃纖維 內蓋：70丹尼聚酯(PET) 外蓋：70丹尼聚酯(PET) 黏合劑：聚氨酯 本發明之一較佳實施例係一導電性複合縫紉線，在核心中具有2條金屬股線，較佳地自44規格銅導線。當此一導電性縫紉線使用一標準筒管類型縫紉機縫紉時，所得針腳提供一4引線系統，因此具有提供一電源引線、一接地引線及2條信號引線之能力。此一系統可用於在導電性花紋組織中縫紉成織物或衣服，從而允許各種生物計量量測裝置或其他電氣裝置之連接。 在本發明之一進一步實施例中，導電性複合縫紉線具有由兩條44規格銅導線形成之一核心及一條1.6密耳不鏽鋼導線，其將額外強度提供至縫紉線使得其可使用商業級縫紉機縫紉，同時仍維持所要導電性質。 本發明之導電性縫紉線可用於將任一所要織物或衣服轉成一「智能織物」或「智能衣服」。在本發明之背景內容中，術語「智能織物」或「智能衣服」意謂指示一導電性花紋組織或格網，或至少導電性片段，已經縫紉成織物或衣服，從而允許電引線附接至導電性片段/花紋組織/格網，且實現衣服用於此類衣服常見之多種監測或追蹤目的之使用。使用本發明製得之此類織物或衣服之一主要差異係客製花紋組織或格網可使用一標準縫紉機容易地應用至衣服，而無需擔心穿過其本身之紗線且致使發生一短路或其它電故障。 雖然此處及上文描述了某些較佳實施例，但應明白可在不背離本發明之範疇之情況下做出各種變化。舉例而言，如此處及上文所述，導電性複合紗線/縫紉線在核心中可包含多條股線，在內蓋中可包含多條股線，及/或在外蓋中可包含多條股線。

Claims (14)

1. 一種導電性複合紗線，其包括：a)一核心，其係由40規格(gauge)或更高之銅之至少一條股線及具有1密耳至2密耳之一直徑之一不鏽鋼導線形成；b)至少一個內蓋，其依足以由該至少一個內蓋提供該核心之實質上完全覆蓋之每英吋之轉數之一速率，以一第一方向環繞該核心，其中該至少一個內蓋係一天然紗線或合成紗線；c)至少一個外蓋，其環繞該至少一個內蓋，其中該外蓋依足以提供該至少一個外蓋直接纏繞於其上之該至少一個內蓋之實質上完全覆蓋之一速率，以與該至少一個外蓋直接纏繞於其上之該至少一個內蓋之一方向相反之一第二方向纏繞；d)至少一種黏合劑，其經施加至該至少一個外蓋上；及e)一潤滑劑，其中元件a)至e)經組態以提供一導電性複合縫紉線，該導電性複合縫紉線可使用一商業級筒管類型縫紉機縫紉；且其中該導電性複合紗線具有附接至各端之至少一或多個引線。
2. 如請求項1之導電性複合紗線，其中該核心包括40規格(gauge)或更高之一導電性金屬之兩條或兩條以上股線。
3. 如請求項1之導電性複合紗線，其中該至少一個銅導線股線係一42規格銅導線。
4. 如請求項1之導電性複合紗線，其中該至少一個銅導線股線係一44規格銅導線。
5. 如請求項1之導電性複合紗線，其中該核心包括兩條40規格或更高銅導線。
6. 如請求項5之導電性複合紗線，其中該兩條銅導線各係44規格。
7. 如請求項1之導電性複合紗線，其中該至少一個外蓋係由選自由尼龍及聚酯紗線組成之群組之一紗線中之至少一條股線形成。
8. 如請求項1之導電性複合紗線，其中該核心進一步包括具有自100至300之一丹尼之玻璃纖維。
9. 如請求項1之導電性複合紗線，其中該導電性複合紗線具有自400至700之一複合丹尼。
10. 如請求項1之導電性複合紗線，其中該導電性複合紗線具有自500至600之一複合丹尼。
11. 如請求項1之導電性複合紗線，其中該導電性複合紗線包含該潤滑劑，且其中該潤滑劑係包括矽酮及石蠟之一組合物。
12. 一種具有一導電性片段、花紋組織或格網之織物，其包括：一紡織或編織織物，及一片段、花紋組織或格網，其係藉由將如請求項1之導電性複合紗線縫紉成該織物以形成該片段、花紋組織或格網而形成於該織物上。
13. 一種具有一導電性片段、花紋組織或格網之由請求項12之織物形成之衣服。
14. 一種具有一導電性片段、花紋組織或格網之衣服，其包括：一衣服，其包括一織物，及一片段、花紋組織或格網，其係藉由將如請求項1之導電性複合紗線縫紉成該織物以形成該片段、花紋組織或格網而形成於該衣服上。