具有水输送和加热能力的织物的制作方法

专利名称：具有水输送和加热能力的织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在各种应用中使用的具有水输送和加热能力的织物。
背景技术：
人体，特别是在体力活动，例如体育运动或体力劳动时段期间渗出汗液，汗液理想 地应被输送离开皮肤，以便让身体温度控制正确起作用。如果不允许蒸发，则可能会引起机 能的急剧损失，并且在极端情况下，可能出现体温过高的危险情况。体育运动执行者和救火 队员属于需要重点注意这一点的人群。大部分织物，且特别是保护性和防水织物，具有非常 差的输送湿气的能力，且甚至在正常的出汗速度下不能提供有效的输送。除过热危险以外， 还存在过分冷却的危险，因为湿的服装比干的服装传热快若干倍。当汗液保持接近身体时， 热也通过蒸发损失，因为此过程所需的热从人体得到。当代的服装件，特别是那些期望接触汗液的服装，常常包括若干层(层压)织物， 由此试图以最佳的液体输送能力将隔热材料固定在一起。例如，羊毛内层能挨着身体设置， 因为羊毛纤维是具有高的液体输送能力的少数织物之一。因此，该层用来将湿气输送到服 装的外层，在外层，能借助于来自外部环境而不是人体的热进行蒸发。更一般地，湿度控制代表了受到冷凝液、雨水、汗液、处理水、地下水等形式的水影 响的万物的潜在问题。例如，建筑物、公共运输和包装全都需要受控制的湿度水平。EP 0993328公开了一种织物中流体输送的方法，其利用电渗现象来在期望的方向 上驱动液体通过织物。用作多孔层的一块布夹在两个导电层之间。这些层可由导体或半导体材料制成， 并且可被纺织到织物中或层压到织物中。导电层连接到电脉冲发射器，该电脉冲发射器设 置成发射由相反极性的脉冲中断的一系列单向脉冲。这些脉冲引导织物内的流体的电渗运 动远离人体朝向衣服外侧。电渗现象是众所周知的，且用于许多不同的领域。其涉及在施加的电场的作用下 极性液体通过多孔结构的运动。大部分表面由于表面电离作用而具有负电荷。当离子流体 与表面接触时，在表面附近聚集阳离子层，以屏蔽该负电荷并维持电荷平衡。这形成了双电 子层(EDL)。当电场被施加时，EDL中的离子被朝向相反地充电的电极吸引，由于粘滞力导 致拉动周围的介质跟随它们。这使流体朝带负电的电极移动。该电渗形式，称为经典的或普通的电渗(E01)，通常需要提供直接电场分量以便获 得定向的液体输送。这能引起若干副作用，例如放出气体以及建立沿孔轴线的孔聚集分布， 其降低系统效率并能使系统不可靠。这些副作用尽管不能根除，但是能通过使用脉冲电流 而被降低。W0 2004/07045公开了一种使用第二种类型的电渗，也称为第二或超快电渗 (E02)的将液体输送通过织物材料的系统。与经典电渗相比，第二种类型的电渗对与表面相关的空间电荷区(SCR)内的离子 起作用，而不是对EDL中的那些离子起作用。在相同的电场强度下，通过E02的输送是经典电渗的输送的10-100倍。因此，能在相对较低的电势下实现快的液体输送。此外，使用E02 获得的速度对主电场强度是非线性的。因而，能使用AC来驱动该过程，从而防止上述关于 放出气体以及降低电渗效果的问题。然而，为了产生SCR从而能获得超快电渗，多孔层必须 包括具有与孔结构和光滑性有关的某些性质的导电装置。这些额外的考虑能增加织物的制 造成本。所以，已知使用各种类型的电渗来传输流体通过织物和其它多孔材料。这能用于 将汗液引导远离人体以及控制例如帐篷和建筑物内的湿度条件。但是，汗液和其它液体的蒸发仍依赖于来自周围环境中的热。因此，在冷的条件 下，可能不发生蒸发且能导致织物变得渗透水的或饱和的。更一般地，目前对能提供给穿着者足够舒适性的大部分服装物件存在受限的温度 范围。温度的降低将导致使用额外的服装物件以便保持穿着者温暖。在帐篷和建筑物内， 能使用隔热材料来保护居民抵抗较冷的天气，但是，这也有在热的天气下保存热的缺点，因 而引起过热。所以，舒适的温度范围没有通过使建筑物隔热而被加宽，而仅仅是被移动了。

发明内容
从一方面来看，本发明提供了一种织物，该织物包括第一导电层和第二导电层； 至少一个多孔层，其位于第一导电层和第二导电层之间，所述多孔层的孔在与所述导电层 基本垂直的方向上延伸；所述导电层连接到电信号发生器，从而在使用中，电压能施加在所 述多孔层两端，以实现在所述织物上的液体的定向流动，且还能沿导电层中的至少一个施 加电压，以实现所述织物的加热。因此，通过改变这些系统的部件使得也能实现加热功能，本发明提供了对现有的 水输送技术的改进。“基本垂直”意味着多孔层的孔从第一导电层延伸到第二导电层，以便在导电层之 间形成定向液体输送的路径。换句话说，孔轴偏离导电层的平面足够的量，以允许在使用中 液体在电渗的作用下从一个导电层流动到另一个导电层。当形成通过电渗进行流体输送的织物时，在两个导电层之间定位有多孔层。在使 用中，电压必须被施加在多孔层上(即从第一导电层到第二导电层或者从第二导电层到第 一导电层)，以便通过电渗，例如经典电渗或第二种类型的电渗引起流体输送。但是，本发明 的发明者意识到，除了实现此功能以外，能通过微小的改变进一步使用相同的装置来加热 织物。这通过将导电层中的至少一个连接到信号发生器从而电流能沿该层的长度通过来实 现。这将导致导电层变热，并因此使周围织物变暖。织物的此功能分别通过下面所述提供了益处，即提供使用者额外的温暖，以及与 液体输送功能结合，通过提供热源来蒸发所输送的流体。这些益处能以对于织物具有最微 小的改变而被提供，即在织物内不需要包括额外的层或装置。因此，本发明允许在没有显著 的成本或复杂性的情况下实现加热的益处。本发明意在用于许多类型的材料。术语“织物”意在包括所有编织物、针织物、毡、 纤维材料，例如织品、土工织物、防水帆布等。信号发生器能连接到导电层，以便实现对第一导电层或第二导电层或两者的加 热。
为了实现至少一个导电层的加热，其必须在至少两个点连接到电信号发生器，从 而电流能沿导电层通过。优选地，导电层通过电接触连接到信号发生器。这些接触提供从 导电层去除的区域，该区域使引线能电连接到导电层而没有穿透这些层或多孔层的危险。电接触优选地包括联接到导电层的塞柱。这些塞柱连接到引线，而引线则连接到 电信号发生器。替代地，可使用导电层自身的部分来形成接触，这些部分延伸超出导电层 的边界以提供物理移除的接触区域。在这样的实施方式中，还可以使导电层的这些部分形 成到信号发生器的引线，例如来自导电层内的导线能延伸超出导电层并且连接到信号发生器。在一个实施方式中，每个导电层包括第一电接触，且至少一个导电层还包括额外 的电接触。第一电接触连接到电信号发生器，以便在使用时在多孔层上施加电压，而额外的 接触连接到电信号发生器，以便与相关的第一接触一起操作，以在使用时沿至少一个导电 层施加电压来实现织物的加热。“相关的第一接触”意味着作为额外的接触联接到同一导电 层的第一接触。另一方面，本发明提供了一种织物，该织物包括第一导电层和第二导电层；至少 一个多孔层，其位于所述第一导电层和所述第二导电层之间，所述多孔层的孔在与所述导 电层大致垂直的方向上延伸；以及至少一个电接触，其联接到每一个导电层，以便连接到电 信号发生器，从而在使用时能在所述多孔层上施加电压，以实现所述织物上的液体的定向 流动，以及至少一个额外的电接触，其联接到导电层中的至少一个，以便连接到电信号发生 器，从而在使用时能沿导电层的至少一个施加电压，以实现所述织物的加热。尽管只需要一个额外的接触，但是优选的是，两个额外的接触联接到至少一个导 电层。这使得这两个接触以及在产生电渗效应时使用的那些接触能对于它们各自的功能而 最佳地定位。能在第一导电层和第二导电层上定位额外的接触。这增加织物的热生成能力，并 且还增加其多功能性，即导电层可以单独地用来产生热。例如，这在织物被用在其中液体可 能需要在任一方向上输送的两面可穿的服装中是有用的。在此情形，具有加热织物的任一 侧的能力确保了不管水输送的方向如何，导电层都能有助于所输送的水的蒸发。在其他实 施方式中，离穿着者最近的导电层能被操作来提供热，以温暖穿着者，而离穿着者最远的导 电层能在需要热来辅助蒸发时进行操作。如果需要，两层也能共同地操作来产生热。例如， 这能用于对交通工具座椅的占用者提供三个等级的热。首先，低热设置，当使用离使用者最 远的导电层产生热时。其次，较高的热设置，其中离使用者较近的导电层被加热。最后，能 使用两个导电层来产生热，以提供最高的热设置。在某些实施方式中，在每一个导电层上使用了多于一个电接触，以便实现织物内 的液体输送。在使用大的织物区域来进行液体输送的情形，或者在导电层具有低的导电性 的实施方式中，这可能是必要的，以便实现织物内的均衡的电流分布。在这种实施方式中， 额外的电接触能设置成辅助实现液体输送。替代地，或者另外，能在每个导电层上包括多个 电接触，以便单独地用于液体输送。可以使用具有与织物分开的电信号发生器和电源一起的织物，例如当在永久性结 构，例如建筑物中使用织物时。但是，优选地，关于本发明的第二方面，织物还包括电信号发 生器，所述电信号发生器通过所述接触连接到所述导电层，并且设置成对所述导电层供给电压以便实现液体输送和加热。优选地，关于本发明的第一方面，电信号发生器位于织物 内。这增加织物的便携性及其使用的方便性，因为发生器和接触之间的连接不需要在移动 时拆开和重新联接。尽管在某些实施方式中可以使用分离的信号发生器来产生水输送和加 热信号，但是优选地使用单个电信号发生器来实现两个功能。优选地，织物还包括连接到信号发生器的电源，例如电池或太阳电池板。信号发生器一般设置成对导电层发出两种信号类型。第一，液体输送信号，其提供 到多孔层上以实现水输送，以及第二，加热信号，其能被沿一个或多个导电层提供以实现加 热。能够根据织物的操作条件和期望的效果在例如时序、强度、频率等方面改变液体输送信 号和加热信号。优选地，织物还包括用于控制电信号发生器的控制装置。使用这种控制装置，能控 制信号发生器以以任何数量的序列，自动地或在手动操作时，或者两者来发送这些信号。在许多实施方式中，电信号发生器和控制装置一体地设置在单个装置中。通常，电 源进一步被结合到该装置中。在特别优选的实施方式中，织物还包括能够提供关于环境状况的信息的传感器， 例如温度或湿度传感器，或者用于监控身体功能，例如心率的生理传感器。还可使用其它传 感器，例如压力或电子(电流、电导、电容、阻抗等)传感器。所有这些传感器提供关于织物 的工作条件的信息。来自这些传感器的信息能被发送到控制装置，控制装置优选地设置成 基于该信号控制电信号发生器来实现织物的水输送和/或加热。例如，如果传感器检测到高的心率，则导电层进行操作以引起水输送，以确保汗从 穿着者的身体移走。如果输送通过多孔层的汗没有以充分的速率蒸发且在织物内检测到过 量的湿气，则控制装置能调节织物的操作以包括加热时段。替代地，一旦感测到使用者的心 率返回到正常水平，则能进入加热时段。这样，加热不会在活动时间期间干扰穿着者，而是 仅在后来发生，即当使用者很可能被汗的冷效果引起不舒服时发生。能在加热之前使用吸 收层来容纳所输送的汗液。传感器也能检测外部温度，从而如果温度降到低于预定温度或 使用者确定的温度，则控制装置能实现加热。多孔层(以及导电层)必须能够输送水，但不必包括大孔材料。而是，“多孔”应 被理解为涵盖孔尺寸在0. 1-1000纳米范围内的所谓的纳米孔材料、孔尺寸在微米范围 (1-1000微米)的微孔材料，以及孔尺寸高达几(例如3)mm的材料。重要的特征是存在大 到足以让液体(一般地水，但也为如酒精的其他液体)通过的空隙(孔)。能根据织物的期 望的液体输送能力，例如流速、泵压、输送较大分子的能力等来确定孔尺寸。能用来形成多 孔层的纳米孔材料的一个例子是离子交换膜，例如Nafion，其孔尺寸小于lOnm。逆渗透膜 能具有低至0. lnm的孔尺寸，而各种过滤膜能具有nm范围并高达几微米的孔尺寸。导电层能由通过喷涂或导电印刷涂到织物上的导电墨等形成。但是，优选地，导电 层为按重量计金属含量在3%至100%之间的金属丝纺织织物。更优选地，金属含量按重量 计在15%至45%之间。因此，导电层形成织物自身的一部分。在导电层中使用的优选的金 属是钢、铬镍铁合金和钛。后两种材料是特别优选的，因为它们是耐腐蚀的。能构成导电层的其它可能的材料是碳纤维、金属网、纺织或非纺织多孔膜、由碳或 金属充填聚合物组成的其它结构，以及固有导电聚合物，例如化学掺杂聚苯胺。优选地，在使用中实现织物加热的一个或多个导电层的金属含量比没有此功能的
8那些导电层的金属含量高。一般地，设置成加热织物的导电层的金属含量按重量计在50% 至100%之间。可选择地，刺绣金属结构被设置为与至少一个导电层接触。这增强导电性并 有助于均勻分布电流。优选地，导电层还包含银纱线。这也提供织物抗菌品质并且增加导电性。除织物中所需的三个层以外，通常优选地包括位于这些层之间或这些层以外的额 外的多孔层。例如，能在织物中包括一个或多个吸收层。这能用来收集来自空气的湿气或者收 集通过多孔层的水，例如在其蒸发之前。这样的层能定位在多孔层和导电层之间或者定位 在导电层的相对侧上(与多孔层相对)。在一些实施方式中，能在多孔层的至少一侧上包括保护层。其能定位在导电层的 与多孔层的相对侧上，或者在导电层和多孔层之间，以便排除不期望的物质，例如盐，盐可 能会阻塞多孔层。多孔层的定位保护层的一侧将取决于织物适合于进行液体输送的方向。 在液体输送可能发生在任一方向的实施方式中，保护层能包括在多孔层的两侧上。此外，能在多孔层和第一导电层和/或第二导电层之间优选地引入电绝缘层，例 如多孔聚合物网、织物、无纺物或膜。优选地使用幅材层压、点层压或喷涂层压，使得织物的这些层能被层压在一起。在 这种实施方式中，取决于其厚度，用于层压的胶能用作多孔层和导电层之间的电绝缘层。这 节省了对制造和引入织物中的额外的层的需要。将这些层层压在一起也允许缩短流体路径 并且减小导电层之间的距离，从而提高流体输送。本发明能用于通过所有类型的电渗提供液体输送，取决于多孔层的结构和在使 用过程中电信号发生器所施加的信号。但是，经典或第二种电渗是特别优选的。例如，EP 0993328和W02004/07045的设备能适合于简单地通过对导电层设置额外的连接并改变所 施加的信号而包括本发明的加热功能。不需要调节布或织物本身的组成。在一个实施方式中，多孔层构造成通过经典电渗提供液体输送。在这种实施方式 中，关于多孔层不需要有特定的要求，而是其能简单地包括织物材料层。一般地，材料的平 均孔尺寸应小于3mm，且优选地小于0. 1mm。在优选的实施方式中，多孔层为由疏水聚合物制成的多孔膜。这防止出现浸透的 膜基质，浸透的膜基质的出现将严重地不利于液体输送。该类型的膜还有的优点是在孔内 的水被液体输送移除之后不保留水。优选地，疏水膜材料选自诸如聚偏氟乙烯(PVDF)或更优选地为聚乙烯的聚合物 材料。优选地，疏水膜用亲水表面处理进行处理(在制造过程中)。例如，该处理能将磺酸 基团或中性基团引入到孔表面上。优选地，平均孔尺寸在0. 03 ii m和10 ii m之间，且更优选为在0. 1 ii m至1 ii m之间。 当期望通过织物的流速大且泵压低时，优选地，孔尺寸不小于所述尺寸，因为较小的孔将代 表能量的浪费，这是由于获得了小体积的液体输送。这种膜品质导致强大的水输送能力，从而增强了织物的效果。例如，孔尺寸在 0. 1 i! m和1 i! m之间的膜一般能使用低于10V的电压进行每小时每平方米几升的水的输送。但是，有这样一些实施方式，其中较小的孔尺寸是有益的，例如当期望小的流速和 高的泵压时。
替代地，膜能为优选地具有磺酸离子化基团的多孔离子交换膜。其具有提供亲水 表面的优点，并因此促进EDL的建立。在替代的实施方式中，多孔层构造成通过第二种类型的电渗提供水输送。在这种实施方式中，多孔层有必要包括导电装置，该导电装置成形为以便产生切 向和法向电场分量。实现这点的最常见的方法是使多孔层包括具有孔壁的导电装置，孔壁 相对于导电层的表面弯曲或倾斜。此外，导电装置的表面应是光滑的，即表面不规则性不大 于5% d。h ，其中d。h 是正交于导电层的平面测量的导电装置的尺寸。这确保了出现定向 的液体输送。导电装置的导电介质能通过离子、电子或孔来导电并能为导体或半导体。尽管 导电介质可以为微孔的，但是这将导致减小的液体输送速度，因此其应优选地为无孔的 (non-microporous) 0通过使用选择性渗透离子导体实现了良好结果。尽管导电介质本身 优选地为无孔的，但是其可构成微孔结构的实心基质(或者这样的实心基质的一部分)。优选地，导电装置为离子交换膜，也可以采用其他类型的导电介质。非导电层优选 地沉积到导电装置的每一侧上，以防止导电层和多孔层的导电装置之间直接接触。这能通 过涂层或另外的膜产生技术来实现。替代地，非导电层能通过对导电膜施用一些处理，例如 化学或等离子体处理，使其非导电至某一深度来产生。孔的长轴应正交于或近似正交于膜 表面的平面。如前面所提到的，孔壁应是光滑的，即表面不规则性应小于特征直径(d。hJ的 5%，优选为小于d。h 。在复合膜的情形，即包括导电区域和非导电区域的膜的情形中， 特征直径应测量为导电部分的厚度。导电装置的孔直径应低于2a。ha,，其中，achar是特征半径，且等于0. 5d。ha,。优选地， 孔直径在1/8至0. 5a。h 之间。非导电(绝缘)层的厚度优选为小于d。h ，最优选在0. ldchar 至0. 5d。h 之间。替代地，导电装置可为纺织结构。导电纤维，例如光滑圆形截面的离子交换纤维， 应用在至少一个纺织方向上。具有所选截面的任何纱线能用在其它方向，以便以所述间隔 (小于2a。h ，优选为在1/8至0. 5achar之间)的距离固定导电装置。导电装置的导电性必须比待输送的液体的导电性高。因此，当制造织物时，应基于 最可能与织物接触的液体，例如汗、盐水、新鲜水、酒精等来选择导电介质。因而，可使用与 比方说，T恤不同的导电介质来制造帐篷布。与比方说，与比方说用于在家用车中使用的织 物相比，用于在用于货运运输的车辆，例如搬运货车中使用的织物将预计与更宽范围的流 体接触。因此，其可用不同的导电介质制造。电信号发生器能设置成施加直流信号，以便通过E01或E02来实现液体输送。优 选地，当设置成施加直流信号时，其以脉冲信号的形式提供。该信号能用在由DC引起的副 作用不具有大的影响的情形中，例如在短操作时间期间或者当织物内的流体是稀溶液时。在其它情形，信号发生器优选地设置成施加交流电压以实现液体传递。电信号能 由具有方形_三角形_锯齿形_正弦或其它形状的交流电压组成。尽管通常需要施加DC信号以便通过经典电渗实现液体输送，但是在多孔层包括 不对称膜的情形中，也能使用AC。因此，在一个实施方式中，多孔层包括不对称膜，且信号发 生器设置成提供AC信号以通过经典电渗实现液体输送。所以，尽管主要关于产生E02进行了描述，但是也能使用下面的AC信号特性来在包括不对称多孔层的织物中引入经典电渗流。当通过E02引起液体输送时，频率必须低于流体动力学频率。因此，a。h = 1mm给 出 f—隱=1Hz, achar = 100 ii m 给出 f max = 100Hz，而 achar = 10 y m 给出 f max = 10kHz。应 优选地使用该理论最大值的十分之一的频率，以便在每个脉冲中实现有效的流动时段。对于对称的导电装置，信号应优选地具有工作循环，且更优选地29%的工作循环。 这意味着强脉冲(其应具有在期望的方向上提供E02流的极性)应具有信号周期的29%的 持续时间。当使用工作循环时，信号应优选地具有偏移，该偏移选择成使得平均信号直流分 量为零。对于具有破缺对称的导电装置(例如图3)，能使用对称的交流信号(方形-三角 形_锯齿形_正弦或其它形状)。优选地，电力应以稳压控制机制输送，因为这提供最快的极化。信号也能被没有信号的停顿中断，在信号的每N次循环中能够发生这种中断，N为 等于或大于1的数字。优选地，信号频率应选择成高于反向导电层极化时间， , Lipol.et^-^其中，L是导电层之间的距离，K是逆德拜长度(逆EDL厚度)，而D为载流离子 的扩散系数。如果施加了交流或脉冲电信号，则通过流体动力学时间常数来确定最大频率，
2tm其中v|是液体的动力黏度。当使用E02输送液体时，必须提供大到足以引起SCR的(正常)电势降。这意味 着一个特征粒子直径两端的无量纲电势大于一(unity)，这表示为E > 0. 013V/achar另外，切向场分量必须不能太大，否则，SCR耗尽离子，且SCR变得较薄。因而，电 势应不超过这里R是气体常数，T是温度，F是法拉第常数，m是无量纲常数，对于水溶液等于 0.2，而K是逆德拜长度。为了避免水裂解，SCR的浓度应大于水的离子积。因为E02对流抵消极化引起的 浓度降低，所以观察到其上不存在水裂解的较低的电场强度其中kw = 10_7M是水的离解乘积，而c是液体的离子浓度。此外，还有薄的SCR的条件，其是E02理论的基本原则。这给出以下表达
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根据这些条件，对于某一系统，能计算E02出现的电场强度的间隔。该间隔取决于 离子浓度和导电装置的尺寸等。为了减小导电层上的电荷积聚，驱动AC或DC信号能被没有电信号的时段，或者短 路导电层(在这种实施方式中，导电层通过低电阻导线，例如通过继电器来连接)，或者通 过与带电导电层建立相反的电压脉冲中断。在一个实施方式中，带电导电层建立的电压被 电子监控，且数据用于(电子地)计算去极化时段的持续时间和性质。去极化时段一般持 续0. 1秒至5秒，且每1-200秒出现，但是能根据织物的性质使用其它值。在另一实施方式 中，能基于定位在织物内的电导传感器的反馈来控制控制液体输送的电信号。优选地，信号发生器也能设置成施加进一步的信号，其足以引起至少一个导电层 的加热。控制装置优选地为电子设备，例如微芯片或计算机，且其能自动地或手动地操作。 如前面提到的，这能基于从织物传感器，例如微传感器获得的系统性能的信息来完成。另一方面，本发明提供了一种在织物内输送液体并加热所述织物的方法，所述织 物包括夹在两个导电层之间的多孔层，所述方法包括以下步骤在所述多孔层上施加信号 以通过电渗实现液体输送以及在导电层中的至少一个上施加信号以实现加热。所施加的信号能具有上面列出的任何特性。优选地，该方法还包括下述步骤从传感器获得关于织物的操作状况的信息并基 于该信息控制液体输送和加热信号。传感器能用于提供关于环境状况、生理状况、织物内的 电特性、织物上的压力和张力等的信息。可选地，信号能响应于手动操作而被施加。根据本发明的织物具有许多潜在的用途。非全面的列举提供如下。体育运动健康.服装.床衬料.鞋.电子设备.帐篷.地毯.睡袋防护建筑.制月艮.墙.帐篷.屋顶.鞋.游泳馆.电子设备.存储运输工业/工程.飞机.存储帐篷.船.货柜.集装箱.电子器件.汽车.土工织物
.跑道，道路.功能性服装其它.收集凝结水.液体分离.过滤这些都是温度和湿度控制能提供优点的情形。在服装，例如设计用于极端条件的 户外服装中使用所述织物是特别有利的。本发明的织物的另一优选的用途是在存储材料中，例如防水帆布和帐篷，意欲在 零度以下的温度中使用或保护温度敏感设备。织物还能优选地在汽车内部以及其它机动路面交通工具中使用，以提高乘员舒适 性。例如，汽车座椅，特别是在冷的气候中使用的那些汽车座椅常常具有加热功能，该加热 功能通常通过座椅内的加热板来提供。通过用本发明的织物覆盖汽车座椅的至少一部分， 不需要分离的加热元件，且汽车座椅还能通过从汽车座椅表面去除液体而给使用者提供更 大的舒适性。因而，该织物提供热和液体输送而没有明显地增加汽车座椅的体积或重量，且 比目前市售的汽车座椅加热和冷却设备便宜且简单。在一个优选实施方式中，本发明的织物用在交通工具座椅中。但是，织物还可以用 在交通工具内部内的任何其它表面上。“交通工具内部”指的是在行进过程中交通工具的由 人占用的区域，即交通工具的舱室区域。本发明的织物可用在诸如交通工具内壁、地板或天 花板的表面上。术语“交通工具”意在涵盖所有机动路面交通工具，例如汽车、卡车、公共汽车等。能在交通工具主体内包括电信号发生器和电源，且它们可与交通工具的其它部件 成为一体。但是，优选地，电信号发生器位于织物内。这减少所需的布线的量，且增加在任 何维护或修理工作的过程中定位并修理信号发生器的方便性。在一个实施方式中，如上所 述，织物包括连接到信号发生器的电源，例如电池或太阳电池板。但是，可选地，例如，能使 用单个电源来不仅对本发明的织物供电，而且也对交通工具内的其它电子设备供电。在这 种实施方式中，织物优选地由汽车电池供电。因此，另一方面，本发明提供了交通工具内部中的织物，该织物包括第一导电层 和第二导电层；至少一个多孔层，其位于第一导电层和第二导电层之间，所述多孔层的孔在 与所述导电层大致垂直的方向上延伸；所述导电层连接到电信号发生器，从而在使用中，能 在所述多孔层上施加电压，以实现所述织物上的液体的定向流动，且还能沿导电层中的至 少一个施加电压，以实现所述织物的加热。另一方面，本发明提供了交通工具内部内的织物，该织物包括第一导电层和第二 导电层；至少一个多孔层，其位于所述第一导电层和所述第二导电层之间，所述多孔层的孔 在与所述导电层大致垂直的方向上延伸；以及至少一个电接触，其联接到每一个导电层，以 便连接到电信号发生器，从而在使用时能在所述多孔层上施加电压，以实现所述织物上的 液体的定向流动，以及至少一个额外的电接触，其联接到导电层中的至少一个，以便连接到 电信号发生器，从而在使用时能沿导电层中的至少一个施加电压，以实现所述织物的加热。又一方面，本发明提供了一种在织物内输送液体并加热所述织物的方法，所述织物位于交通工具内部中，并包括夹在两个导电层之间的多孔层，所述方法包括以下步骤在 多孔层上施加信号以通过电渗实现液体输送，以及在导电层中的至少一个上施加信号以实 现加热。


现将仅通过举例并参考附图来描述本发明的优选实施方式，其中图1示出了根据本发明的织物；图2示出了根据本发明的又一实施方式的织物；图2a示出了图2的织物的另一用途；图3示出了根据本发明的织物，其中通过第二种类型的电渗来实现水输送；图4示出了本发明的又一实施方式，其中通过第二种类型的电渗来实现水输送；图5示出了图4的导电装置的平面图；图6示出了表示设置根据本发明的织物的区域的交通工具的示意图；图7示出了包括根据本发明的织物的汽车座椅。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的织物10。导电层12a、12b把多孔层14夹在中间。电接 触13a_d联接到导电层12a、12b。这些电接触是塞柱，而塞柱则连接到电信号发生器15。电 接触13a和13b分别以相对的关系定位在导电层12a、12b上，而电接触13c和13d定位在 导电层12b的任一端。电接触13a_d连接到电信号发生器15，从而电压能施加在接触13a 和13b之间，以便在多孔层14上产生电势差，且从而电势差能施加在接触13c和13d之间， 从而允许电流沿导电层12b流动，因此在织物内产生热。当电压施加在接触13a和13b上时，多孔层14内将出现流体的定向输送，取决于 电信号发生器15所产生的信号，该定向输送的流体朝导电层12a或12b移动。因此，该织物能用于将流体导向织物10的任一侧，并进一步加热织物。图2示出了根据本发明的在服装中使用的织物20。在该实施方式中，通过经典电 渗进行液体输送。多孔层24通过一层或多层布提供。在多孔层24的任一侧上，导电层22a、 22b被纺入织物内，在使用中，织物20靠着穿着者的皮肤21搁置。当身体排出汗液时，液体 透进织物的多孔层24内，从而使其潮湿。通过在导电层22a、22b上施加电压，水在远离身 体的方向上被驱出多孔层24的皮肤侧。这将引起水朝衣服的外侧积聚，该积聚的水随后通 过由于来自周围环境而不是人体的热而导致的蒸发去除。通过由电池27供电的电信号发生器/控制装置25施加电压。该发生器25还能用 于提供沿导电层22b的电压。在此情形，仅使用导电层和信号发生器之间的一个额外的连 接来提供该加热功能。织物20因此能用于辅助汗液远离身体的水输送，且起到对穿着者提 供热的额外的功能。尽管在图2中，加热层示出为离皮肤21最近的导电层22b，但是，当然 也可以连接信号发生器/控制装置25，从而导电层22a用于加热织物。这在利用热来辅助 汗液蒸发时是有益的。此外，还可以对导电层22a、22b进行连接，从而这两层都能提供热。在图2中，电信号发生器/控制装置25设置成发射窗口 29中所示的信号。由相 反极性的脉冲中断的此系列的单向脉冲将引发多孔层24内的经典电渗流。使用脉冲而不是连续电流，并包括相反极性的周期脉冲，有助于减少在使用DC信号时可能发生的不想要 的副作用。图2a示出了在汽车座椅的靠背中使用的相同的织物20。因此其中适当地使用了 相同的参考数字。通过一层或多层布提供多孔层24。在多孔层24的任一侧上，导电层22a、 22b纺入织物中。在使用中，使用者28的身体靠着织物20。当身体排出汗液时，液体透入 织物的多孔层24内，使其潮湿。通过在导电层22a、22b上施加电压，水在远离身体的方向 上被驱出多孔层24的皮肤侧。通过由电池27供电的电信号发生器/控制装置25施加电压。该发生器25还能用 于提供沿导电层22b的电压。在此情形，仅使用导电层和信号发生器之间的一个额外的连 接来提供该加热功能。织物20因此能用于辅助汗液远离身体的水输送，且起到对座椅的占 用者提供热的额外的功能。尽管在图2a中，加热层示出为离使用者28最近的导电层22b， 但是，当然也可以连接信号发生器/控制装置25，从而导电层22a用于加热织物。此外，还 可以对导电层22a、22b进行连接，从而这两层都能提供热。在图2a中，电信号发生器/控制装置25设置成发射窗口 29中所示的信号。由相 反极性的脉冲中断的此系列的单向脉冲将引发多孔层24内的经典电渗流。使用脉冲而不 是连续电流，并包括相反极性的周期脉冲，有助于减少在使用DC信号时可能发生的不想要 的副作用。在使用者已经腾出汽车座椅之后，该信号能被反相以使汗液向后跨过多孔层24 到达电极22b。随后，电信号发生器25能在该电极22b上施加电压，以便辅助流体蒸发。图3示出了又一织物30，其中通过第二种类型的电渗进行水输送。这里，在多孔层 34的任一侧上设置导电层32a、32b。在此情形中，多孔层34由夹在非导电多孔层35之间 的多孔导电装置33组成，非导电多孔层35将导电装置33与导电层32a、32b分开。为了简 化，没有示出到电信号发生器的电连接。但是，电信号发生器将连接到导电层32a、32b，从而 能在多孔层34上以及沿着多孔电极层32a、32b中的一个或两者施加电场。导电装置33为具有下述孔的膜，所述孔的尺寸沿其厚度变化，从而孔壁相对于在 多孔层34上施加的电场倾斜。此外，孔壁是光滑的，因此导电装置33允许通过第二种类型 的电渗进行水输送。织物30还包括定位在导电层32a外侧的吸收层38。该层38能用于吸收输送通过 多孔层34的液体。能使用许多其它形式的多孔导电装置，以便实现第二种类型的电渗。在图4中，以纺入织物40内的光滑柱状纤维形式提供导电装置43。在其它纺织方 向上使用了较薄的非导电纤维46，以便以彼此相距略微小于a。h 的距离固定导电纤维。在 该实施方式中，还示出了非导电多孔层34和导电层32。图5示出了图4的纺织层的平面图，图4示出了导电纤维43和非导电纤维46之 间的间隔和布置。在这些实施方式中的每一个中，导电电极层32的任一个或者两者都能用 来加热织物。如上面所提到的，本发明的织物能用在许多不同的应用中。一个有利的使用是在 交通工具内。图6示出了交通工具100的示意图，在此情形中为标准的四座椅汽车。本发明的织 物能安放在交通工具内部120内的许多位置处。交通工具内部120被分为交通工具100的舱室。这是汽车的在行进的过程中乘员所坐的区域。还提供了汽车座椅122上的织物，该织 物也能包括在舱室区域120的地板、车顶和壁的材料中。在交通工具，例如公共汽车内，其 中驾驶员可能位于远离乘客的位置，交通工具内部将包括乘客座位区域以及驾驶员舱室。图7示出了由头枕221、靠背222、座椅223和扶手224组成的汽车座椅200。本发 明的织物能用来覆盖整个座椅200或只覆盖座椅200的某些区域。在图7中，阴影部分表 示了使用了织物的地方。这些是座椅200的使用者可能与座椅表面接触的区域，因此将最 受益于织物的加热和水输送功能。未示出的传感器能包括在织物中，以允许控制装置基于 特定条件来调节织物的操作。例如，如果传感器检测到湿气，则导电层能被操作以引起水输 送，以确保湿气从使用者的身体移走。能使用压力传感器来检测使用者离开座椅的时间，使 得控制装置能够操作导电层来将流体输送回到汽车座椅表面并加热和蒸发该流体。能在加 热之前使用吸收层来保持所输送的汗液。替代地，如果温度传感器检测到温度低于预定温 度或使用者确定的温度，则能进入加热时段。因此，本发明提供了一种功能非常多的织物，其能用于在各种应用中输送流体并 产生热。实施例对织物在透气的汽车座椅内的水输送的效率进行了试验。采用了以下织物样品按重量计30%的聚酰亚胺钢丝织物，用亲水表面处理层压到100微米厚的聚偏二 氟乙烯(PVDF)膜的每一侧上且孔尺寸为0. 1微米。将样品织物放在与在透气的汽车座椅中使用的相同类型的多孔泡沫上并用湿布 覆盖。将设计成模拟坐在汽车座椅上的人的人体模型放在布的上面。在不使用本发明的织 物的透气座椅上进行相同的试验，结果是去除了布的20-40%的水含量，且在开始干燥之后 使用20-40W的能量(当其使用更多的功率时)。下表示出了使用本发明的织物获得的结果。其示出了使用本发明的织物在较低的 功率消耗下能实现相等或更大的水输送。
权利要求
一种织物，包括第一导电层和第二导电层；至少一个多孔层，位于所述第一导电层和所述第二导电层之间，所述多孔层的孔在与所述导电层大致垂直的方向上延伸；所述导电层连接到电信号发生器，从而在使用中，电压能施加在所述多孔层上，以实现所述织物上的液体的定向流动，并且还能沿所述导电层中的至少一个施加电压，以实现所述织物的加热。
2.如权利要求1所述的织物，其中所述电信号发生器位于所述织物内。
3.如权利要求1或2所述的织物，其中所述导电层通过电接触连接到所述信号发生器。
4.如权利要求3所述的织物，其中每一个导电层包括第一电接触，且至少一个导电层 还包括额外的电接触，所述第一电接触连接到所述电信号发生器，以便在使用中在所述多孔层上施加电压，并且所述额外的电接触连接到所述电信号发生器，以便与相关的所述第一电接触一起操 作，以在使用中沿至少一个导电层施加电压，以实现所述织物的加热。
5.一种织物，包括第一导电层和第二导电层；至少一个多孔层，位于所述第一导电层和所述第二导电层之间，所述多孔层的孔在与 所述导电层大致垂直的方向上延伸；以及电接触，联接到所述导电层，以连接到电信号发生器，从而在使用中， 电压能施加在所述多孔层上，以实现所述织物上的液体的定向流动，以及 至少一个额外的接触，联接到所述导电层中的至少一个，以连接到电信号发生器，从而 在使用中，能沿所述导电层中的至少一个施加电压，以实现所述织物的加热。
6.如权利要求5所述的织物，还包括电信号发生器，所述电信号发生器通过所述接触 连接到所述导电层，并且设置成对所述导电层提供电压，以实现液体输送和加热。
7.如权利要求4、5或6所述的织物，其中两个额外的接触联接到至少一个导电层。
8.如权利要求4、5或6所述的织物，其中所述第一导电层和所述第二导电层包括至少 一个额外的接触。
9.如任一前述权利要求所述的织物，其中所述导电层为按重量计金属含量在 3% -100%之间的金属丝纺织织物。
10.如权利要求9所述的织物，其中所述导电层的金属含量按重量计在15%至45%之间。
11.如权利要求9或10所述的织物，其中所述导电层包括钢、铬镍铁合金或钛。
12.如权利要求1-8中任一项所述的织物，其中所述导电层由碳纤维、金属网、纺织或 无纺多孔膜、碳或金属充填聚合物或固有导电聚合物构成。
13.如权利要求9-12中任一项所述的织物，其中额外的刺绣金属结构被设置为与在使 用中实现所述织物的加热的一个或多个导电层接触。
14.如权利要求9、10或11所述的织物，其中在使用中实现所述织物的加热的所述一个或多个导电层的金属含量按重量计在50%至100%之间。
15.如任一前述权利要求所述的织物，其中所述导电层包含银纱线。
16.如任一前述权利要求所述的织物，还包括一个或多个吸收层。
17.如任一前述权利要求所述的织物，还包括在所述多孔层的至少一侧上的保护层。
18.如任一前述权利要求所述的织物，还包括电绝缘层，所述电绝缘层位于所述多孔层 和所述第一导电层和/或所述第二导电层之间。
19.如任一前述权利要求所述的织物，其中所述层被层压在一起。
20.如任一前述权利要求所述的织物，其中所述多孔层构造成通过经典电渗来提供液 体输送。
21.如权利要求20所述的织物，其中所述多孔层为由疏水聚合物制成的多孔膜。
22.如权利要求21所述的织物，其中所述多孔膜由聚乙烯制成。
23.如权利要求21或22所述的织物，其中所述膜用亲水表面处理来处理。
24.如权利要求23所述的织物，其中所述处理将磺酸基团引入到孔表面上。
25.如权利要求21-24中任一项所述的织物，其中所述膜的平均孔尺寸在0.03 μ m至 10 μ m之间。
26.如权利要求25所述的织物，其中所述膜的平均孔尺寸在0.Ιμπι至Ιμπι之间。
27.如权利要求20所述的织物，其中所述多孔层为多孔离子交换膜。
28.如权利要求27所述的织物，其中所述多孔离子交换膜具有磺酸离子基团。
29.如权利要求1-19中任一项所述的织物，其中所述多孔层构造成通过第二种类型的 电渗来提供液体输送。
30.如权利要求29所述的织物，其中所述多孔层包括导电装置，所述导电装置的孔壁 相对于所述导电层的表面弯曲或倾斜且表面不规则性不大于5% d。h 。
31.如权利要求29或30所述的织物，其中所述导电装置的孔直径小于2a。ha,。
32.如从属于权利要求1或6时的任一前述权利要求所述的织物，还包括用于控制所述 信号发生器的控制装置。
33.如权利要求32所述的织物，还包括传感器，所述控制装置适合于从所述传感器获 得信息并相应地调节所述信号发生器的输出。
34.如权利要求33所述的织物，其中所述传感器包括温度、湿度、生理或电子传感器。
35.如从属于权利要求1或6时的任一前述权利要求所述的织物，其中所述电信号发生 器设置成提供DC信号以实现液体输送。
36.如从属于引用权利要求1或6时的权利要求20-28中任一项时的任一前述权利要 求所述的织物，其中所述多孔层包括非对称膜，且所述信号发生器设置成提供AC信号以实 现液体输送。
37.一种在织物内输送液体并加热所述织物的方法，所述织物包括夹在两个导电层之 间的多孔层，所述方法包括以下步骤在所述多孔层上施加信号，以通过电渗实现液体输送；以及在所述导电层中的至少一个上施加信号，以实现加热。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤从传感器获得关于操作条件的信息；以及基于该信息控制液体输送信号和加热信号。
39.如权利要求37所述的方法，其中响应于手动控制施加所述信号。
40.服装，其包括如权利要求1-36中任一项所述的织物。
41.交通工具，其内部包括如权利要求1-36中任一项所述的织物。
全文摘要
一种织物(10)，包括第一导电层和第二导电层(12a、12b)；至少一个多孔层(14)，位于第一导电层和第二导电层(12a、12b)之间，所述多孔层(14)的孔在与所述导电层(12a、12b)大致垂直的方向上延伸；所述导电层(12a、12b)连接到电信号发生器(15)，从而在使用中电压能施加在所述多孔层(14)上，以实现所述织物(10)上的液体的定向流动，且还能沿导电层(12a、12b)中的至少一个施加电压，以实现所述织物(10)的加热。
文档编号A41D13/05GK101854819SQ200880103856
公开日2010年10月6日 申请日期2008年8月20日 优先权日2007年8月22日
发明者佩尔·阿尔内·利斯利恩, 托尔莫德·沃尔戴恩, 特朗德·海尔达尔 申请人:奥斯莫泰克斯股份有限公司