一种柔性复合发热体及其制备方法与流程

本发明涉及功能性面料领域，尤其涉及柔性复合发热体及其制备方法。

背景技术：

随着人民生活水平的不断提高，发热体已广泛应用于服装，鞋帽、手套等日用品领域。发热体除了本身有加热增温的功能，还具备保暖保健效应，因此，一直是业内人士研究的热门课题。

目前市面上用于智能服装上的柔性发热体主要有如下几类：（一）面料采用特殊处理自发热等而达到保健预防的目的，面料通过在沾泡液体里、或桨印液体里加入用来实现自发热远红外热量的物质，通过人体穿着实现自发热0.2度~2度，但随着多次洗涤的快速衰减，保健效果差强人意；（二）面料采用附着力较好的棉织物外层需要包裹导电发热体，这样使得发热体柔性下降，随着不确定的场景下弯曲，导电性能不稳定，经过多次含有化学原料的洗涤剂洗涤，导电性能大大降低；（三）面料用石墨烯加入聚乙烯制造的发热体，柔性很好，但是一点不透气，大功耗；（四）面料用一定含量的金属丝织造的柔性发热体，功耗大，比表面积小；（五）cn105780242a和cn101998706a中均提及了一种碳纳米管织物发热体，所用制造设备为机械纺织织造，即机织常规工艺和针织常规工艺织造，相关性能如柔性、强度、导电性等有了提高，此发热体用在服装的平面造型结构设计上会带来很大帮助，平面造型结构设计即为：发热体完全是平面光面结构，同一发热体上面无分割、无拼缝止口、收省等重叠工艺结构，即使有缝制重叠结构必须解决重叠部分的发热体电阻增大、电流过载问题，否则导致发热不均，重叠结构的位置温度堆积很高，其他位置很低，耗电很快，例如如想在文胸的胸杯面料加入碳纳米管发热布用来保健，因胸杯的造型是深凹状，如果用机织或针织的碳纳米管发热面料与之缝制，显然不能贴合凹状，再如果用收省或分割工艺来达到凹状，但分割拼缝、收省都存在止口重叠导致止口位置电阻增大温度很高，整体温度高低偏差太大，不能达到所需要求，因此此类发热体用于发热毯、发热坐垫、热敷腰带、暖袋等等平面设计结构上可以广泛应用，用在有重叠止口设计的服装则有所局限，同时，同一种发热面料的规格由于采用的是机织和针织设备织造，发热温度和发热面积基本上恒定在一定范围，很多设计的发热产品又有温度和面积限制，在此情况下，使用这种发热体就出现应用弊端，国内专利及文献也鲜有报道能够：满足任意品种面料和克重为载体的发热体制造、满足任意柔性手感设计、满足任意功耗、满足不同服装设计的结构发热体、满足同一发热体的载体能够制造多种类的功率发热体等等。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种柔性复合发热体及其制备方法。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

一种柔性复合发热体的制备方法，包括如下步骤：

（1）将发热纱线通过缝纫工艺或绣花工艺复合在柔性载体上，形成复合发热体；

（2）在上述复合发热体上缝制导电线，所述导电线与发热纱线之间形成电接触，且通过导电线导入正负极电源。

进一步地，所述复合发热体贴合人体凹凸曲线。

进一步地，所述复合发热体具有重叠部分或符合人体曲线的凹槽。

进一步地，所述柔性载体由成品面料构成。

进一步地，所述成品面料包括棉、麻，化纤、毛、丝、和无纺面料。

进一步地，所述发热纱线为碳纳米管纱线。

进一步地，所述发热纱线为金属线。

进一步地，所述碳纳米管纱线的制备方法为：通过常压化学气相沉积法制备纯度为99wt%的单壁碳纳米管，将单壁碳纳米管纺丝得到碳纳米管纤维，将碳纳米管纤维纺纱得到初级碳纳米管纱线，将初级碳纳米管纱线经加捻工艺合成双股、四股或更多股的纱线，再经高温定型。

进一步地，先在柔性载体上按照人体凹凸曲线设计要求，设计好凹进区域、凹进中心位置、车缝省位位置以及车缝省位的省量；然后用缝纫设备按照车缝省位位置和车缝省位的省量进行缝制，缝制成丁字省，这样凹进区域形成了符合人体曲线的凹槽；接着按照成品发热位置和发热温度的需求，选用不同功率的碳纳米管纱线通过缝纫设备或绣花设备，在柔性载体上车缝或电绣成各种造型的线迹，形成复合发热体；接着在复合发热体上用缝纫设备缝制两条导电线，复合发热体通过导电线导入正负极电源。

进一步地，用缝纫设备将第一柔性载体的车缝止口位置与第二柔性载体的车缝止口位置按照车缝止口量进行车缝，车缝成止口车缝线；然后按照成品发热位置和发热温度的需求，选用不同功率的碳纳米管纱线，通过缝纫设备或绣花设备，在第一柔性载体和第二柔性载体上车缝或电绣成各种造型的线迹，形成复合发热体；接着在复合发热体上用缝纫设备缝制两条导电线，通过导电线导入正负极电源。

本发明还提供一种柔性复合发热体，其通过上述制备方法制备得到。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明克服了现有技术中用发热纱线直接纺织为发热体带来的各种弊端，本发明直接将发热纱线通过缝纫工艺或绣花工艺复合在柔性载体上，形成复合发热体，满足任意品种面料为柔性载体；满足任意柔性设计需求；满足任意功耗需求；满足不同服装的设计结构：如分割、收省等，使得服装更符合人体的曲线结构工程，可塑性灵活、柔性好、物理性能稳定、制造简单，通过工艺容易调节所需要的功耗，以满足市场需求的多样性。

（2）本发明的柔性复合发热体耐折弯，可水洗，使用寿命长，发热均匀，有很好的热疗保健作用。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1的另一结构示意图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为本发明实施例2的另一结构示意图；

图5为本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

一种柔性复合发热体的制备方法，包括如下步骤：

（1）将发热纱线通过缝纫工艺或绣花工艺复合在柔性载体上，形成复合发热体；

（2）在上述复合发热体上缝制导电线，所述导电线与发热纱线之间形成电接触，且通过导电线导入正负极电源。

本发明中，所述柔性载体可以为任意厚度、任意克重、任意柔性的成品面料及其它能够承载碳纳米管纱线的非面料产品，以满足市场上不同柔性用品的设计需求。优选地，所述柔性载体的材料选自棉、麻，化纤、毛、丝、无纺面料。因为这些面料已经经过漂染定型，物理性能、化学性能稳定，发热纱线与之复合，发热功率相对稳定，避免了用发热纱线直接纺织为发热体应用到市场所出现的各种弊端。

本发明中导电线设置目的是为了使发热纱线中流过电流，导电线沿设定方向间隔设置，导电线与发热纱线之间形成电接触，且通过导电线导入正负极电源。使用时，导电线接通电源，即可导通发热纱线，将电能转化为热能，其传导面积大，热效率高，发热均匀。

本发明中，所述发热纱线优选但不限定为能够导电远红外发热的碳纳米管纱线和金属线。优选地，所述发热纱线为碳纳米管纱线，根据碳纤维特定的远红外热传导、对流与辐射性能，即使红外效应与热能传导形成和谐的统一，有利于身体健康。

只要不影响在本发明的目的，本发明的碳纳米管纱线可以采用任何本技术领域的常规工艺制备，例如碳纳米管纱线的制备工艺包括阵列纺丝法、溶液纺丝法和化学气相沉积纺丝法中的任意一种；制备工艺中所用的碳纳米管包括单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。但优选采用如下工艺制备：通过常压化学气相沉积法制备纯度为99wt%的单壁碳纳米管，将单壁碳纳米管纺丝得到碳纳米管纤维，将碳纳米管纤维纺纱得到初级碳纳米管纱线，将初级碳纳米管纱线经加捻工艺合成双股、四股或更多股的纱线，再经高温定型即可。采用上述制备方法得到的碳纳米管纱线具有出乎意料的优异的导电性和机械性能。

本发明中，根据实际需要，所述发热纱线可以复合在柔性载体局部，也可以覆盖柔性载体的整个面积。发热纱线复合在柔性载体的线迹可以为直线或曲线；各条线迹之间可以平行设置，也可以沿经、纬向上交叉设置。

现有技术中通常用发热纱线直接纺织为发热体，这种发热体要么不能符合人体凹凸曲线，要么需要形成重叠止口结构来使发热体符合人体凹凸曲线，但由于有止口重叠导致止口位置电阻增大、温度升高，导致发热不均；同时对于同一种克重的发热纱线，运用同一种机织和针织设备，同一织造工艺、在同一种制备上只能织造单一功率的发热体，无法满足发热产品有温度限制、面积限制和位置限制的制造工艺的要求。本发明克服了上述弊端，直接将发热纱线通过缝纫工艺或绣花工艺复合在柔性载体上，形成复合发热体，可以满足不同服装和用品的设计；而根据最终用途和温度要求，选择不同直径的发热纱线、在柔性载体上设计制作不同的发热纱线线迹，通过控制发热纱线的直径以及线迹的图案，形成不同的功率的发热体。本发明不受制造场景限制，能够满足在同一克重柔性载体上、用同一台设备、用多种直径的碳纳米管纱线、用多种工艺，制造多种功率、多花样、多种线迹的发热体，工业化复合制造简单、方便、随意、多变。

本发明中，制备复合发热体的设备为缝纫设备或绣花设备，对缝纫设备和绣花设备没有特殊限制，可以选用任意各种缝纫设备、人工或电脑绣花设备。

本发明中，能够根据服装或用品各部位的变化制造出多元化、个性化风格的柔性复合发热体，所述柔性复合发热体不仅可以为发热毯、发热坐垫、暖袋等平面设计结构，还可以具有非平面造型结构设计，例如所述柔性复合发热体具有重叠部分或符合人体曲线的凹槽，具体可以为文胸的胸杯。只要不影响在本发明的目的，本发明的重叠部分或符合人体曲线的凹槽可以采用任何本技术领域的常规工艺制备，但优选采用实施例中所描述的工艺进行。

实施例1

参阅图1-2，一种柔性复合发热体的制备方法，包括如下步骤：

（1）先在柔性载体1上按照人体凹凸曲线设计要求，设计好凹进区域2、凹进中心位置3、车缝省位位置4，车缝省位的省量5；

（2）用缝纫设备按照车缝省位位置4和车缝省位的省量５进行缝制，缝制成丁字省6，这样凹进区域形成了符合人体曲线的凹槽；如用在人体文胸的胸杯、腹部、膝盖、臀部等部位。

（3）按照成品发热位置和发热温度的需求，选用不同直径的碳纳米管纱线8，通过缝纫设备或绣花设备，在柔性载体1上按照发热工艺要求车缝或电绣成直线、曲线等各种线迹，形成复合发热体；

（4）接着在已经形成复合发热体上的导电两端，用缝纫设备缝制第一导电线7和第二导电线9，复合发热体通过第一导电线和第二导电线，导入正负极电源，发热体发热。

实施例2

参阅图3-4，一种柔性复合发热体的制备方法，包括如下步骤：

（1）用缝纫设备将第一柔性载体11的车缝止口位置15与第二柔性载体12的车缝止口位置16按照车缝止口量13和车缝止口量14进行车缝，车缝成止口车缝线17；

（2）按照成品发热位置和发热温度的需求，选用不同直径的碳纳米管纱线8，通过缝纫设备或绣花设备，在第一柔性载体和第二柔性载体上的重叠区域和非重叠区域，按照发热工艺要求车缝或电绣成直行、弯曲以及各种结构特征的线迹，形成复合发热体；

（3）在已经形成复合发热体上的导电两端，用缝纫设备缝制第三导电线18和第四导电线19，复合发热体通过第一导电线18和第二导电线19，导入正负极电源，发热体发热。

实施例3

参阅图5，一种柔性复合发热体的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备一电热毯本体；

（2）按照电热毯发热位置和发热温度的需求，选用不同直径的碳纳米管纱线，通过缝纫设备或绣花设备，在电热毯本体上按照发热工艺要求车缝或电绣成弯曲的线迹，形成复合发热体；

（3）接着在已经形成复合发热体上的导电两端，用缝纫设备缝制两条导电线，复合发热体通过导电线导入正负极电源，发热体发热。

实施例4

具体制备方法同实施例1，不同之处仅在于步骤（3）中选用不同直径的金属线。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。