一种可拉伸电加热织物的制备方法技术

本发明专利技术属于材料技术领域，具体为一种可拉伸电加热织物的制备方法。本发明专利技术的本质特征在于具有高浓度碳纳米成分的复合浆料能在单宁酸的介导下紧密吸附在弹性织物内部纤维的表面上，并且该浆料不会团聚在织物的编织空隙结构中，在经过弹性防水涂料的浸泡后，得到的碳纳米涂覆织物不仅具有很好的导电性和电加热性能，而且仍可保持其原有的透气空隙结构和可拉伸性。本发明专利技术制备过程无需使用任何有机溶剂，绿色环保，成本低，易于规模化生产。易于规模化生产。易于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸电加热织物的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种可拉伸电加热织物的制备方法，属于材料


技术介绍

[0002]传统的保暖服装通常臃肿厚重，并且保暖效果不佳，属于消极式保暖。而电加热服装能够依靠外部能量而产生热量，并且可调节温度的大小以提供人体所需的热量，属于积极式保暖。将传统织物与碳基导电材料、金属导电纱线、以及导电聚合物结合是一种既能赋予传统织物电加热性能，又能保留其透气性、柔顺性的方法。金属导电纱线的引入能很好改善织物的电加热性能，但其密度大，对纺织设备要求也较高。导电聚合物通过单体原位聚合法能容易的吸附在织物内部纤维表面，但外界环境酸碱性对其掺杂态和本征态的调控影响着其导电性能。石墨烯和碳纳米管因其优异的导电导热性能和独特的纳米结构，是改性织物纤维表面的理想材料，二者结合有利于长程导电网络的构建。然而，目前主要有两方面的因素阻碍了石墨烯或碳纳米管涂覆织物的规模化应用。一方面采用有毒或昂贵的有机溶剂、离子液体分散剂对石墨烯或碳纳米管进行分散，不利于环保的要求，另一方面石墨烯或碳纳米管难以均匀且紧密的吸附在织物的表面上，限制了石墨烯或碳纳米管优秀性能的发挥。此外，为适应人体运动的需求，需要采用具有弹性的织物作为改性的基体，但这对电加热织物的高效制备、涂层稳定性、拉伸不敏感性都提出了更高的要求。中国专利（CN111844941A、CN110284322A）采用将传统织物进行碳化的方式增加有机溶剂分散的石墨烯和碳纳米管在织物表面的粘附力，这不仅降低了原有织物的柔软程度，也不适用于弹性织物。专利（CN104674541A）利用氧化石墨烯辅助分散的碳纳米管分散液对织物进行涂覆，虽然氧化石墨烯容易粘附在织物表面，但后续采用了高毒性水合肼或强腐蚀性的氢碘酸对其进行还原以提高导电性。而且，为了实现充分的涂覆，采用的多步浸涂法也增加了导电织物的制备难度（CN112853743A）。因此，通过绿色环保、简单高效的方法制备柔软、可拉伸、性能稳定的电加热织物一直存在挑战。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种可拉伸电加热织物的制备方法，旨在解决现有电加热织物涂覆浆料制备困难，导电添加剂与织物结合强度低，以及可拉伸性能差等问题，最终获得高能效比的可拉伸电加热织物。本专利技术采用高分散、高导电的水相石墨烯/碳纳米管复合浆料作为弹性织物的表面涂覆剂，并且采用对织物基材、石墨烯、碳纳米管和高分子助剂均有很好亲和性的单宁酸将复合浆料中的石墨烯、碳纳米管和高分子助剂均匀且紧密的桥接在织物的纤维表面，并采用成膜性能优异的弹性水性聚氨酯构建防水层。得益于单宁酸的桥接，复合浆料能自发地吸附到纱线纤维的表面，并与其紧密结合，因此制备的可拉伸电加热织物不仅能在低电压下实现较高的温度提升，而且在拉伸情况下其导电和电加热性能仍可保持。本专利技术制备的可拉伸电加热织物可运用于服装、电阻式传感、柔性电极、织物储能等各种可穿戴电子设备中。
[0004]本专利技术提出的一种可拉伸电加热织物的制备方法，具体步骤如下：（1）将碳纳米管粉末加入到高浓度石墨烯水相分散液中并进行充分研磨，得到高浓度的石墨烯/碳纳米管复合水性浆料；所述高浓度石墨烯水相分散液成分为石墨烯、高分子助剂和去离子水，其中：石墨烯浓度为20~200 mg/mL，石墨烯和高分子助剂的质量比为1：5
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5：1。碳纳米管和石墨烯的质量比为1：5
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5：1，石墨烯/碳纳米管复合水性浆料固含量中高分子助剂质量分数为10~40 wt%；（2）将具有弹性的坯布浸泡在单宁酸水溶液中，取出干燥后得到单宁酸包覆的织物；其中：单宁酸水溶液的质量分数为0.1~90 wt%；（3）将步骤（2）得到的浆料均匀涂覆在单宁酸包覆的织物表面，然后使其充分干燥，使碳纳米颗粒均匀吸附在织物纤维表面上形成导电层，得到碳纳米涂覆的织物；（4）将步骤（3）得到的碳纳米涂覆的织物浸泡在防水涂料分散液中，取出充分干燥，使防水涂料吸附在碳纳米涂覆的织物纤维表面形成防水层，最终得到可拉伸的电加热织物；防水涂料分散液中水性聚氨酯含量为0.1~40wt%，粘度小于300 mPa
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s。
[0005]本专利技术中，步骤（1）中所述的碳纳米管，其包括单壁或多壁碳纳米管中任一种或其组合。
[0006]本专利技术中，步骤（1）中所述的高分子助剂为聚乙烯吡咯烷酮、水性聚氨酯、聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵或丝胶蛋白中的任一种或其组合。
[0007]本专利技术中，步骤（1）中所述的研磨为球磨或砂磨中任一种或其组合，其转速为100~5000转/分钟，时间为0.5~12小时。
[0008]本专利技术中，步骤（1）中所述的复合水性浆料，其中碳纳米管和石墨烯的质量比为1：5
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5：1，并且浆料固含量中高分子助剂质量分数为10~40wt%。
[0009]本专利技术中，步骤（1）中所述的石墨烯/碳纳米管复合水性浆料，其特征在于利用高浓度的石墨烯分散液中石墨烯纳米片与碳纳米管之间的π
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π相互作用以及研磨作用从而促进碳纳米管均匀分散在含有水溶性高分子助剂溶液中。
[0010]本专利技术中，步骤（2）中所述的坯布，其包括氨纶与涤纶、腈纶、锦纶、再生纤维素纤维、棉、麻、丝的混纺布，氨纶含量为0.5~80wt%。
[0011]针对现有可拉伸电加热织物制备技术的不知，本专利技术提出了一种新的技术方案，该方案可实现电加热织物水相涂覆浆料的低成本、大规模制备，解决了电加热织物在拉伸过程导电网络的破坏问题，为实现可拉伸电加热织物在柔性可穿戴服装及设备中的应用提供了一种有效途径。
[0012]本专利技术与现有技术相比具有以下有益的效果：（1）本专利技术能实现水相石墨烯/碳纳米管复合浆料的制备和直接使用，无需对碳纳米颗粒的进一步分级处理；（2）本专利技术不使用任何氧化剂，得到的水相石墨烯/碳纳米管复合浆料具有高电导率，可大幅增加坯布的导电性，改善其电加热性能；（3）本专利技术不使用任何有机溶剂，制备过程简单高效、绿色环保、成本低廉，易于规模化生产；（4）本专利技术制备的水相石墨烯/碳纳米管复合浆料能紧密吸附在织物纤维表面，电加热织物性能稳定，几乎不随拉伸形变而变化；
（5）本专利技术采用的涂覆浆料不会堵塞织物内部的空隙结构，对织物透气性、柔顺性和拉伸性能无显著影响。
[0013]本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以说明。
附图说明
[0014]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的实施方式一起用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的限制。在附图中，图1示出了本专利技术未经研磨的碳纳米管和制备的水相石墨烯/碳纳米管复合浆料的透射电镜图。由图可知，通过在石墨烯分散液中进行研磨处理，所制备的石墨烯/碳纳米管复合浆料中碳纳米管得到了均匀分散，不再以缠结状态团聚在一起。经研磨的碳纳米管（a）和制备的水相石墨烯/碳纳米管复合浆料（b）的透射电镜图。
[0015]图2示出了本专利技术原始的坯布、经石墨烯/碳纳米管复合浆料涂覆的织物以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸电加热织物的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）将碳纳米管粉末加入到高浓度石墨烯水相分散液中并进行充分研磨，得到高浓度的石墨烯/碳纳米管复合水性浆料；所述高浓度石墨烯水相分散液成分为石墨烯、高分子助剂和去离子水，其中：石墨烯浓度为20~200 mg/mL，石墨烯和高分子助剂的质量比为1：5
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5：1；碳纳米管和石墨烯的质量比为1：5
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5：1，石墨烯/碳纳米管复合水性浆料固含量中高分子助剂质量分数为10~40 wt%；（2）将具有弹性的坯布浸泡在单宁酸水溶液中，取出干燥后得到单宁酸包覆的织物；其中：单宁酸水溶液的质量分数为0.1~90 wt%；（3）将步骤（2）得到的浆料均匀涂覆在单宁酸包覆的织物表面，然后使其充分干燥，使碳纳米颗粒均匀吸附在织物纤维表面上形成导电层，得到碳纳米涂覆的织物；（4）将步骤（3）得到的碳纳米涂覆的织物浸泡在防水涂料分散液中，取出充分干燥，使防水涂料吸附在碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢红斌，潘绍学，胡波，王乐泉，张佳佳，翟志敏，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：