一种基于碳纳米管膜的电热织物的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能纺织品技术领域，特别是涉及一种基于碳纳米管膜的电热织物。
【背景技术】
[0002]近来，席卷欧亚多国的强冷空气中，部分地区出现百年来的最低温，面对日愈严重的冬季寒冷情况和边防地区严寒工作环境，对于军用而言，传统的冬季出警服比较笨重，发热效率低，不满足电热服的需求要求，严重影响寒冷环境中公安干警的工作行动。对于民用而言，市场上的电热服普及率低，安全隐患多，科技含量低，真假难辨。集功能性与服用性为一体，方便户外工作者和行军作战，又发热保暖的电热服装需求紧迫。传统的发热材料可分为金属或镀金属发热材料(金属丝或金属片)、电热膜(碳基油墨与涂层)材料、碳纤维发热材料，但金属电热丝易断、电热膜手感硬、碳纤维发热材料温度分布不均匀、发热材料的安全性低等问题尚未得到很好解决。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于碳纳米管膜的电热织物，使电热织物具有发热稳定、温度均匀、安全舒适、轻便易携等特点。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种基于碳纳米管膜的电热织物，包括发热层、织物保护层和粘合层，所述发热层上下两面均通过所述粘合层与织物保护层粘合；所述发热层为碳纳米管膜。
[0005]所述碳纳米管膜中碳管直径为10nm-50nm，薄膜厚度为10 μ m_50 μ m，孔隙率为45% -75%，拉伸强度为 200MPa-500MPa，面电阻为 1.0 Ω / □ -5.0 Ω / 口。
[0006]所述碳纳米管膜排布方式为条状平行排列、“之”字状排列或单片式排列。
[0007]所述碳纳米管膜为多孔结构。
[0008]所述织物保护层为天然纤维或合成纤维中的一种或几种的混纺织物。
[0009]所述粘结层为聚氨酯、热塑性材料或聚合物纤维网。
[0010]所述碳纳米管膜的两侧还装配有柔性电极片，并通过导电胶将两侧的柔性电极片相连，构成正负极。
[0011]有益效果
[0012]由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:
[0013]本发明采用高导通性碳纳米管膜为电热层所得到电热织物，柔性轻薄，发热面积大，热转化率高，电能消耗低，克服传统发热材料存在的金属电热丝易断、电热膜手感硬、发热材料温度分布不均匀等问题。碳纳米管膜作为发热层，不会像发热材料一样将电阻和电压降集中在纤维之间的接触点，有利于发热均匀，减小振动与噪音。碳纳米管膜的整体性和高熔点，使得其绝缘要求低，安全性能好，局部的短路或断路并不影响织物整体的导电性。本发明可通过调整发热层的发热面积或增大电源供给来实现不同的发热要求，适应范围广，是用于军用服装和在极寒条件下工作的工人服装的理想材料。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的结构示意图；
[0015]图2是本发明连接电路时的电路图；
[0016]图3是单片式排列的碳纳米管膜的示意图；
[0017]图4是条状平行排列的碳纳米管膜的示意图；
[0018]图5是之字形排列的碳纳米管膜的示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0020]本发明的实施方式涉及一种基于碳纳米管膜的电热织物，如图1所示，包括发热层1、织物保护层2和粘合层3，所述发热层I上下两面均通过所述粘合层3与织物保护层2粘合；所述发热层I为碳纳米管膜。
[0021]如图2所示，碳纳米管膜的两侧装配柔性电极片4，并通过导电胶将两者相连，构成正负极。电极片4与导线和控制器5相连。所述控制器5设有指示加热状态的LED指示灯、监控发热层温度的控温装置、温敏开关和电池，防止低温或高温烫伤。控制器上设有两个温度调节档位，电池可采用干电池，锂电池以及超级电容器等储能装置，供电电压为3V-12V。
[0022]由此可见，本发明采用高导通性碳纳米管膜为电热层，并且与织物进行复合，所得到轻薄型电热织物，具有发热面积大，能有效提高热转化率，降低电能消耗的优势，且柔性轻薄，可直接进行裁剪缝制，发热均匀、安全性高，是用于军用服装和在极寒条件下工作的工人服装的理想材料，穿着舒适，功能性强，具有广泛的市场前景。此外，以高强度碳纳米管膜为基础的电热保暖服还具有远红外辅助理疗保健作用，前景广阔，利于产业化。
[0023]下面以4个具体的实施例进一步说明本发明。
[0024]实施例1柔性轻薄电热棉织物
[0025]在本实施例中，采用苏州捷迪纳米科技有限公司制备的立式浮动催化工艺制备的碳纳米管膜。碳纳米管膜厚度20微米，强度200兆帕，导电性500S/cm，如图3所示。织物保护层采用纯棉的机织物，具有吸湿性好、耐碱性好等特点。粘合层采用热塑性材料PE薄膜，熔点为100-110°C，通过热压方法进行将发热层与织物保护层进行粘合(如图1所示)。热压机器采用硫化机，其上下底板温度均设置为110°C，压强3兆帕，预热时间I分钟，热压时间为I分钟。热压结束后，置于50°C的硫化机上冷压2分钟。选择碳纳米管膜的两侧装配柔性电极片，并通过导电胶将两者相连，构成正负极。电极片与导线和控制器相连。所述控制器设有指示加热状态的LED指示灯、监控发热层温度的控温装置、温敏开关和电池，电路连接示意图如图2所示。
[0026]20mmX20mm的柔性轻薄电热复合织物，在2.4W功率下30秒内温度可上升到37-47 °C ；30mmX 30mm的柔性轻薄电热复合织物，在3.2W功率下30秒内温度可上升到45-55°C。可通过调整样品发热面积或增大电源供给来实现不同的发热要求。
[0027]实施例2防水透气涤纶电热织物
[0028]在本实施例中，发热层采用条状平行排列的碳纳米管膜，如图4所示，在条状碳纳米管膜两侧装配柔性电极片，通过导电胶将电极片和碳纳米管膜相连，构成正负极。织物保护层采用涤纶织物，其弹性模量为60-80cN/dteX，熔点为240-250°C。粘合层采用防水透气的PU，通过刷涂的方式直接将发热层和织物保护层粘结固定，并在复合压力为5兆帕，复合温度为30°C时，对复合织物进行压实处理，使其均匀粘合。粘合结束后，置于通风橱中静置24小时后，将柔性电极片与导线和控制器相连。所述控制器设有指示加热状态的LED指示灯、监控发热层温度的控温装置、温敏开关和电池，防止低温或高温烫伤。控制器上设有两个温度调节档位。
[0029]对复合织物的测试显示，当条状碳纳米管膜长为20mm，宽为5mm，平行排布时间距为3mm。20mmX32mm样品2.8W功率下30秒内平均温度可上升到30_45°C;当条状碳纳米管膜长为30mm，宽为5mm，平行排布时间距为3mm，30mmX 48mm样品3.1W功率下30秒内温度可上升到50°C -55°C。可通过调整样品发热面积或增大电源供给来实现不同的发热要求。
[0030]实施例3耐刮擦电热织物
[0031 ] 在本实施例中，发热层采用单片式排列的碳纳米管膜，如图3所示。保护层采用高密的锦纶机织物作为织物保护层，锦纶是羽绒服、登山服衣料的常用面料，密度小，织物轻，弹性好，耐疲劳破坏。通过PU涂层的方式将织物保护层与发热层进行粘合。并在复合压力为6兆帕，复合温度为30°C时，对复合织物进行压实处理，使其均匀粘合。粘合结束后，置于通风橱中静置24小时。选择碳纳米管膜的两侧装配柔性电极片，并通过导电胶将两者相连，构成正负极。电极片与导线和控制器相连，所述控制器设有指示加热状态的LED指示灯、监控发热层温度的控温装置、温敏开关和电池，防止低温或高温烫伤。控制器上设有两个温度调节档位。
[0032]对该柔性轻薄电热复合织物的测试显示，20mmX 20mm样品在2.8W功率下，温度可上升到38-45°C ;30mmX30mm样品在4.0W功率下，温度可上升到43°C-51°C。可通过调整样品发热面积或增大电源供给来实现不同的发热要求。
[0033]实施例4轻薄型涤纶电热织物
[0034]在本实施例中，发热层采用之字型排布的碳纳米管膜，如图5所示，在之字型发热层两端装配柔性电极片，通过导电胶将电极片和碳纳米管膜相连，构成正负极。采用低密度的涤纶织物作为织物保护层，将非织造低熔点PET纤维网作为粘合网，熔点为120-135°C。通过热压方式进行网状粘合，热压机器采用硫化机，其上下底板温度均设置为125°C，压强2兆帕，预热时间I分钟，热压时间为I分钟。热压结束后，置于50°C的硫化机上冷压2分钟。
[0035]热压结束后，将发热层两端的电极片与控制器相连。所述控制器设有指示加热状态的LED指示灯、监控发热层温度的控温装置、温敏开关和电池，防止低温或高温烫伤。控制器上设有两个温度调节档位。
【主权项】
1.一种基于碳纳米管膜的电热织物，包括发热层(I)、织物保护层(2)和粘合层(3)，其特征在于，所述发热层(I)上下两面均通过所述粘合层(3)与织物保护层(2)粘合；所述发热层(I)为碳纳米管膜。
2.根据权利要求1所述的基于碳纳米管膜的电热织物，其特征在于，所述碳纳米管膜中碳管直径为10nm-50nm，薄膜厚度为10 μ m_50 μ m，孔隙率为45 % -75 %，拉伸强度为200MPa_500MPa，面电阻为 1.0 Ω / □ -5.0 Ω / 口。
3.根据权利要求1所述的基于碳纳米管膜的电热织物，其特征在于，所述碳纳米管膜排布方式为条状平行排列、“之”字状排列或单片式排列。
4.根据权利要求1所述的基于碳纳米管膜的电热织物，其特征在于，所述碳纳米管膜为多孔结构。
5.根据权利要求1所述的基于碳纳米管膜的电热织物，其特征在于，所述织物保护层(2)为天然纤维或合成纤维中的一种或几种的混纺织物。
6.根据权利要求1所述的基于碳纳米管膜的电热织物，其特征在于，所述粘结层(3)为聚氨酯、热塑性材料或聚合物纤维网。
7.根据权利要求1所述的基于碳纳米管膜的电热织物，其特征在于，所述碳纳米管膜的两侧还装配有柔性电极片(4)，并通过导电胶将两侧的柔性电极片(4)相连，构成正负极。
【专利摘要】本发明涉及一种基于碳纳米管膜的电热织物，包括发热层、织物保护层和粘合层，所述发热层上下两面均通过所述粘合层与织物保护层粘合；所述发热层为碳纳米管膜。本发明使电热织物具有发热稳定、温度均匀、安全舒适、轻便易携等特点。
【IPC分类】B32B9-00, H05B3-34, B32B7-10
【公开号】CN104589714
【申请号】CN201510020540
【发明人】许福军, 张琳婕, 谢惺, 邱夷平
【申请人】东华大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月15日