本技术介绍了一种碳纳米管电热复合布料及其制备方法,旨在解决传统加热布料无法多次折叠、舒适性差和无法剪裁的问题。该布料由抗菌层、防水层、加热层和基底层组成,其中防水层分为上下两层。加热层位于结构中心,上端连接上防水层和抗菌层,下端连接下防水层和基底层,包含发热元件和柔性电极。发热元件采用两端封闭的多壁碳纳米管薄膜,其电导率在纵向大于横向,表面通过经纬交叉电性连接柔性电极。该技术可广泛应用于布料制备领域。
背景技术
近几年来,随着人们生活水平的日益提升,人们对物质要求越来越高,尤其是在穿戴方面的要求,在寒冷的冬天,人们对传统臃肿的保暖服饰感到不满,这就要求加工衣物的布料具有加热、透气、防水、耐磨、轻盈的特性。电加热材料均是利用的电流热效应,加热材料分为金属与非金属材料。其中金属加热材料主要有贵金属铂、铁、铜、银、铝、高温熔点金属以及合金类材料,将金属加热材料制成导电纱线,然后将其织入其它材料制成加热元件。非金属加热材料主要有碳基材料、二氧化硅、过渡金属碳化物、碳化硅、聚吡咯等。虽然金属材料的研究有很大的进展,但是其在实际应用中还有相当大的挑战,金属材料在发热的过程中能耗较大,且金属加热材料制成的布料其轻柔性、轻薄性、抗腐蚀性、防水性、耐洗性、耐磨性都是需要进一步解决的问题。
随着碳纳米管的发展,正在逐步走进人们的视野。碳纳米管,又称巴基管,具有非常优异的力学、电学与化学性能,碳纳米管径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级,管子两端均封口,在电流通过碳纳米网格时会产生大量的热,其经过一定规则排列后能形成碳纳米管薄膜,将碳纳米管薄膜与其他材料复合后仍能保持自身的导电性,但是功耗较金属发热材料更少。碳纳米管薄膜有轻薄与柔韧的特点,目前已经有较多关于基于碳纳米管膜、碳纳米管纤维等的线面热源、加热模组、加热布料。
专利CN109203611A公开的一种带加热功能的纳米布料,其中纳米布料由快干层、保温防水层、加热层以及外接电源线组成,快干层由阻燃腈氯纶纤维、棉纤维和亚麻纤维制成,且按7:1 .6:1 .4的比例混纺织而成;保温防水层由脱氧棉、聚酯纤维、黏胶纤维以及氨纶制成,且按3:2:1:1的比例混纺织而成,并用蒸馏水和白醋混合而成的溶液进行熏制,再将其浸泡在聚丙烯酸酯、聚硅氧烷、聚氯乙烯以及橡胶按照1.1:0.9:1.1:0.5比例溶液中半小时,然后晾干,循环两次;加热层由石墨烯加热丝以及纺织丝线制成,与电极线通过经纬编织法所得,将半成品放入由异氰酸酯、多元醇、二元醇、无卤阻燃母料以及聚对苯二甲酸乙二酯按照3.5:4.5:0.7:0.:0.5制备溶剂中进行浸泡半个小时,然后对浸泡半成品进行烘干。
专利CN101400198A公开了面热光源,包括第一电极、第二电极、碳纳米管薄膜结构。第一电极和第二电极可以设置在碳纳米管薄膜结构的同一表面上也可以设置在碳纳米管薄膜结构的不同表面上;碳纳米管结构至少包括两层重叠且交叉设置的碳纳米管薄膜,相邻的碳纳米管薄膜之间通过范德华力紧密结合;至少两电极间隔设置并与该加热元件电连接。
上述结构中,第一种加热布料使用石墨烯加热丝作为发热材料,石墨烯材料基材较硬,不能多次折叠,舒适性较差,在使用过程中,因其加热层与电源线外接,无法实现裁剪;第二种加热布料虽然考虑了绝缘透气的问题,但并未涉及防水与抗菌的性能特征,且柔性发热元件未考虑加热电极问题,在应用过程中无法实现均匀加热与高效加热的问题。因此,本发明提供了一种碳纳米管薄膜柔性电加热复合布料及制备方法。
实现思路