CN103194842A - 适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物，其主体由纱线纺织而成，所述主体中设有由能够通电发热的金属丝构成的电通道，所述织物表面可以根据需要设置各种功能层。本发明的电热织物具有较高的机械性能和电热性能，并能够有效防水，耐高温和低温，适用于各种恶劣的环境，并且内部导电性能好，电阻小，可以通过调节织物的张紧程度或压实程度有效地调节织物的电特性和发热特性，适应于各种室外场合下的设备保温和加热，特别是铁轨等长距离的电热除雪、除冰。

Description

适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物

技术领域

本发明涉及一种电热织物，尤其是一种能够适用于恶劣环境的含有金属丝的电热织物。

背景技术

目前常见的电热元件为金属电热丝，通常可以采用螺旋结构，其外面可以包裹有用于防护和/或绝缘的织物外皮，将这种金属电热丝铺设在织物夹层中间，就形成电热毯之类的平面电热产品，这种电热产品的缺陷是：（1）由于导电和发热集中在电热丝上，产品的其他部分不导电、不发热，因此不仅发热不均匀，而且电热丝本身的发热量较高，易于导致电热丝附近局部的高温老化甚至烧毁；（2）由于电热丝必须预先按照所需的样式铺设好，产品制成后不可以任意的剪裁和拼接，同时还由于织物与电热丝相互分离，因此使用不方便；（3）由于采用中间设有电热丝的夹层结构，导致产品结构的复杂性，并且厚度大，占用空间多；（4）由于电热丝易于损坏，绝缘要求高，并且同织物夹层的物理参数不一致，不适应恶劣环境或温度变化较大的室外环境使用。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物，这种织物结构简单，发热均匀，厚度小，绝缘要求低，适应于室外恶劣环境下的加热和保温。

本发明采用的主要技术方案是：

一种适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物，其主体由纱线纺织而成，所述主体中设有由能够通电发热的金属丝构成的电通道。

优选地，所述主体中设置金属丝的方式为将由金属丝制成的金属丝发热丝纺织在所属主体中或者所述部分或全部纱线中含有金属丝。

所述金属丝发热丝为金属丝长丝，或者所述金属丝发热丝由金属丝长丝纺制或者有金属丝长丝与其他纱/丝纺制而成，含有金属丝的所述纱线为以金属丝短丝或者金属丝短丝与其他纤维的混合物为原料纺成的纱线，或者含有金属丝的所述纱线为由金属丝长丝与原料中含有和/或不含有金属丝短丝的其他纱捻成的纱线。

优选地，所述金属丝包括金属纤维，优选为进行过螺旋化处理的金属纤维。

所述金属纤维可以为下列中的一种或几种的混合：纯金属纤维，成型后的纯金属纤维外包覆有导电层或不导电层的金属芯复合纤维，在成型后的其他纤维外包覆金属层的金属膜复合纤维，混杂有其他材料的金属纤维。

优选地，所述金属丝短丝相互立体交织形成所述电通道或形成所述电通道的一部分，所述金属丝上设有螺旋结构。

优选地，上述任意一种所述的适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物中，所述主体上设有用于连接外接电源的电连接件，所述电连接件与所述电通道电连接。

所述织物表面设有用于将织物胶接在该织物要加热的物体上的胶接层，例如可以是磁粉涂层。

所述织物表面还可以设有下列中的任意一种、几种或全部功能层：耐磨涂层、耐压涂层、防水涂层、耐低温涂层、耐高温涂层、电绝缘层、导热层和隔热层。

优选地，所述隔热层与胶接层分别设于所述织物的两个不同表面，例如可以分别设于织物的正反面。

优选地，上述任意一种所述的适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物，所述织物中构成所述电通道的金属丝含量不低于30wt%。

本发明的有益效果是：

本发明将导热的金属丝直接包含在织物中，不需设置夹层，也无需设置独立的电加热元件，因此简化了结构，减小了厚度，并且可以根据实际需要任意剪裁和拼接，因此极大的方便了使用；由于金属丝的导电性能好，电阻小，因此其发热部分主要集中在金属丝之间的接触点上，由此可以通过金属丝的优良导电特性更好地实现长距离的使用，并且还可以通过调节织物的张紧程度或压实程度有效地调节织物中金属丝之间的接触点数量和接触点压力，进而调节织物的电特性和发热特性。由于在不同的金属丝结构和金属丝混入比例的情况下会产生不同的导电和发热特性，因此可以在基本上不改变生产工艺的前提下通过简单的配比调节生产出各种不同电性能的产品；由于可以通过特定的电通道结构设计，使得电热织物的电热转化率高达98%以上，正反两面的最大温差超过80℃，尤其是采用金属丝短丝/短碳纤维混合的方式时，不仅可以在织物中形成立体交织的网络状电通道，并且，温度越低的情况下该电通道的电阻越小，在同样的外接电源下通电电流越大，发热量越高，特别是这种由金属丝短丝/短碳纤维立体交织的电通道在一定的临界温度范围下的电阻可以随温度快速变化，可以通过适当的参数设置，使得织物在较高的温度下（例如0℃以上）电阻相对较大，而在较低的温度下（例如0℃以下）的电阻相对较小，以保证织物在低温条件下具有较高的通电发热效率，并兼顾高温条件下的安全性；由于导电发热的金属丝分散在整个织物主体中，局部的短路或断路并不影响织物整体的导电性，也不会同外部物体之间产生过大的短路电流，即使假设因某种原因出现了局部过大的电流，也会因金属丝之间的相应接触点熔断等原因而迅速断开，因此绝缘要求低，电安全性好；并且，由于还可以辅以各种功能层的设置，使本发明的电热织物可以适用于各种恶劣的环境，并可以根据实际使用环境选择功能层的具体设置方式，以保证电热织物较高的使用安全性和较长的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的一种织物组织的结构示意图；

图2是本发明的一种电通道的结构示意图（混合有短碳纤维和/或金属丝短丝，不含有金属丝长丝和长碳纤维）；

图3是本发明的另一种电通道的结构示意图（混合有金属丝长丝和/或长碳纤维，还混和有金属丝短丝和/或短碳纤维）；

图4是本发明的第三种电通道的结构示意图（混合有金属丝长丝和/或长碳纤维）。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便更好的理解，下面结合附图通过具体实施方式对本发明进行更详细的描述。

参见图1至图4，本发明提供了一种适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物，其主体由纱线纺织而成，所述主体中设有由能够通电发热的金属丝构成的电通道。

所述主体中设置金属丝的方式为将由金属丝制成的金属丝发热丝纺织在所属主体中或者所述部分或全部纱线中含有金属丝。优选地，所述金属丝在织物中构成立体交织的电通道，以保证织物中的电通道具有良好的导电性能，织物本身组织可以保证电通道具有一定的强度和伸缩性能，避免织物在安装、使用过程中由外力造成的破坏，尤其是避免了电通道被破坏时对织物的导电性能和发热性能造成的严重影响。所述织物可以为三维织物。

当织物用于铁轨的除雪、除冰时，由于织物长期处于室外环境中，因此，其外界环境恶劣，尤其是温度变化较大。特别是，降雪后的环境温度通常较低，而通电后特别是在夏季太阳照射下织物的温度则较高，设置了织物的铁轨容易因热胀冷缩导致体积发生较大变化，进而有可能造成织物中导电通道的损坏，而该种“立体交织的电通道”的结构设置有利于提高织物的强度和伸缩性能，避免因温差较大而导致其损坏。

另外，立体交织的电通道具有较强的抗损能力，由于这种通道是由数量巨大的碳纤维相互搭接而成的，构成了数量巨大的错综复杂的导电支路，当其中的部分支路出现短路、断路等损坏时基本不会影响整体的导电能力和发热能力，避免了简单的电路结构容易因一点损坏导致整体无法使用的弊端，尤其是对于线路极长的铁轨而言，为了避免中间断电导致串联的电路完全停用的问题，通常需要在较长距离内设置多个供电电源或并联支路，其成本较高，维护困难，而采用立体交织的电通道有效解决了该问题，使得其只需简单铺设即可，可以有效避免该问题导致的故障，尤其是铺设距离长时，其优势更加明显。另外，由于金属丝之间的电连接是通过金属丝表面的相互接触实现的，并且这种接触点的数量巨大，任何局部同外界的断路所形成的电压降都非常有限，同时就单个接触点而言，这种接触是相当脆弱和不稳定的，如果假设因某种特殊原因使织物局部的电流过大，在位于该局部的数量不多的接触点上就会出现较大的电流密度，产生高温熔断或机械振动等效应使相应的接触点迅速地断开，切断该局部电流，因此这种织物具有很好的电安全性。

所述金属丝发热丝为金属丝长丝41，或者所述金属丝发热丝由金属丝长丝纺制或者有金属丝长丝与其他纱/丝纺制而成，含有金属丝的所述纱线为以金属丝短丝31或者金属丝短丝与其他纤维的混合物为原料纺成的纱线，或者含有金属丝的所述纱线为由金属丝长丝与原料中含有或不含有金属丝短丝的其他纱捻成的纱线。其他纤维可包括碳纤维，可以为长碳纤维11或短碳纤维21。

所述金属丝短丝可以相互立体交织形成所述电通道或形成所述电通道的一部分，所述金属丝上优选为设有螺旋结构。

当采用金属丝短丝/短碳纤维混合的方式时，不仅可以在织物中形成立体交织的网络状电通道，并且，温度越低的情况下该电通道的电阻越小，在同样的外接电源下通电电流越大，发热量越高，特别是这种由金属丝短丝/短碳纤维立体交织的电通道在一定的临界温度范围下的电阻可以随温度快速变化，可以通过适当的参数设置，使织物所处的外界环境温度较高时（例如0℃以上）电阻相对较大，而在外界环境温度较低时（例如0℃以下）的电阻相对较小，以兼顾高温停用时的安全性和低温通电发热时的有效性。

优选地，所述金属丝包括金属纤维，优选为进行过螺旋化处理的金属纤维，以提高织物的弹性和抗拉伸性能，避免因发热引起的热胀冷缩或外力对织物的拉伸导致电通道的损坏。

所述金属纤维可以为下列中的一种或几种的混合：纯金属纤维，成型后的纯金属纤维外包覆有导电层或不导电层的金属芯复合纤维，在成型后的其他纤维外包覆金属层的金属膜复合纤维，混杂有其他材料的金属纤维。

为了提高织物的机械性能和导电性能，所述织物优选采用平纹组织结构，优选采用双层或多层平纹组织结构。例如可以为三层织物组织。

当采用双层或多层织物组织时，优选采用联合接结法、接结经接结法或接结纬接结法。

所述主体上设有用于连接外接电源的电连接件，所述电连接件与所述电通道电连接。

优选地，上述任意一种所述的适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物的表面设有用于将织物胶接在该织物要加热的物体上的胶接层，例如可以是磁粉涂层。

所述织物表面还可以设有下列中的任意一种、几种或全部功能层：耐磨涂层、耐压涂层、防水涂层、耐低温涂层、耐高温涂层、电绝缘层、导热层和隔热层。

优选地，所述隔热层与胶接层分别设于所述织物的两个不同表面，例如可以分别设于织物的正反面。

导热层通常设于织物与被加热物体之间，所述磁粉涂层可以作为所述导热层。

所述隔热层优选为仅设于所述织物与外界环境直接接触的一面。尤其是当若干层所述织物重叠使用时，仅设于最外层的所述织物的一面设有所述隔热层，其他位于内层的所述织物优选为双面设置所述胶接层。

所述织物可以为特氟龙金属纤维布。

优选地，上述任意一种所述的适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物，所述织物的经或纬中混有、绞有或捻有耐高温的高粘物质，可以是丝状或其他任何形状，如可以是高粘丝，优选为在制成织物时不影响织物的制成，通电后随温度的升高而***或熔融，降温后凝固于织物中，通常熔融温度应高于工作温度，例如，可以为熔点低于109℃的线性低密度聚乙烯粘性纤维，优选为熔点在80℃～95℃的粘性纤维。

可以在织物制成后加热织物，例如可以采用各种方式加热，以使得其中的部分或全部高粘物质发生软化或熔融，然后降温，使高粘物质再次凝固，以提高织物的强度和弹性。

还可以在安装后首先通电试用，并于试用合格后继续通电达到高粘物质熔融的温度以使高粘物质熔融，然后断电降温，使熔融状态的高粘物质在织物中凝固，增强织物的弹性、稳定性、抗张强度和导电性能，并且，还能够保证织物在环境温度升高、降低时均保持较高的弹性、稳定性、抗张强度和导电性能。可以先采用测试电流后改用加热电流。

尤其是，高粘物质熔融后，用于导电的金属丝之间（尤其是指织物中能够导电的组织点）的高粘物质融出，使其接触更加良好，而再次凝固的高粘物质有利于加固金属丝之间的接触，并有利于保证在低温环境中再次通电时的导电和发热效果。

更为重要的是，高粘物质的添加使得织物能够耐受较大的双面温差，即织物的两面同时处于温差很大的环境温度下而不会对织物造成影响。

例如，当织物贴附于铁轨的适宜表面用于铁轨的除雪时，当除雪工作进行时，铁轨一侧的环境温度通常要求维持于0℃～10℃，该侧织物表面的温度甚至可以达到50℃左右，而为了提高热量有效利用的效率，通常在织物的另一侧表面设置隔热层，因此，织物表面的另一侧的温度通常仍处于自然环境的温度，甚至可能低至-20℃左右，尤其是降雪量大时环境温度通常更低，除雪需要的热量也更多，而高粘物质的添加不仅使得织物可以适应如此大的双面温差，并且，还可以通过相应的调整使织物在低温环境下的发热效率更高、发热量更大，以适应较高降雪量的需求。

并且，高粘物质使得织物在反复通电发热后，其导电性能有升高的趋势，发热效率也有所提高，尤其是其稳定性、抗张强度和弹性也有所提高。即使在低温环境中高粘物质发生裂纹等缺陷，通电发热后亦可以再次融合，使得织物具有一定的自愈能力。

所述高粘物质可以覆于金属丝的表面，以利于熔融再凝固后提高金属丝间的导电性能和彼此间接触的牢固度。例如可以是所述的金属芯复合纤维。

织物中的所述高粘物质优选为可以在通电时被电击穿或热击穿，尤其是能够导电的金属丝之间的交错处，即织物中能够导电的组织点处，随着部分组织点处的高粘物质的被击穿，相应组织点处的电阻降低，有利于织物整体导电性能的进一步提高，并由此引发连锁反应，使得其他同类的组织点处的高粘物质不断被击穿，电击穿发生时在击穿点处释放大量热量，不仅能够熔融该处的高粘物质，也有利于织物整体温度的迅速提高，融雪效率较高。

所述织物中组织点处的高粘物质优选为可以被安全电压电击穿。

并且，在通电过程中，部分组织点的位置还会产生电火花，也有利于高粘物质的熔融以及织物整体温度的升高。

所述织物优选为不燃或耐燃织物。

优选地，上述任意一种所述的适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物，所述织物中构成所述电通道的金属丝含量不低于30wt%。

作为一个优选的实施方式，对于上述各种织物或织成所述织物的纤维、纱等，可以采用下列助剂进行整理:

所述助剂组分为：

聚四氟乙烯乳液    18～26%（质量），

氨基改性聚醚硅油    3.5～4.7%（质量），

苯甲基硅油乳液    13～14.5%（质量），

水基柔性聚丙烯酸酯乳液    5～19%（质量），

硅烷偶联剂    0.5～2.3%（质量），

硅氟化铵    0.12%～0.26%（质量），

无水乙醇    0.7～1.8%（质量），

水    余量，

所述氨基改性聚醚硅油可以为下列中的一种或几种：吗啉改性聚醚硅油、乙二胺改性聚醚硅油、N,N-二甲基丙二胺改性聚醚硅油和N-氨乙基哌嗪改性聚醚硅油。

处理纱线时，所述助剂的组分优选为：

聚四氟乙烯乳液    21.5～23.2%（质量），

氨基改性聚醚硅油    3.95～4.27%（质量），

苯甲基硅油乳液    13.8～14.1%（质量），

水基柔性聚丙烯酸酯乳液    9.5～12.9%（质量），

硅烷偶联剂    1.85～2.03%（质量），

硅氟化铵    0.19%～0.21%（质量），

无水乙醇    1.27～1.38%（质量），

水    余量，

助剂的制备工艺可以为：将聚四氟乙烯乳液和苯甲基硅油乳液混合均匀制成混合液1，将水基柔性聚丙烯酸酯乳液和氨基改性聚醚硅油混合均匀制成混合液2，将混合液1、混合液2、硅烷偶联剂和无水乙醇混合均匀，加入溶有适量硅氟化铵的水中，充分溶解后制成所述助剂。

将所述助剂按照用量o.w.f 1.9%～4.7%、液比1:10～1:15、温度60℃～90℃进行浸渍处理，时间23～36分钟，然后取出、脱水、干燥即可。也可以根据实际需要按照现有技术下的工艺条件对所述织物进行整理。

例如，可以采用下列实施例的助剂进行整理：

实施例1：

聚四氟乙烯乳液	18Kg	苯甲基硅油乳液	14.5Kg
				氨基改性聚醚硅油	4.1Kg	水基柔性聚丙烯酸酯乳液	12Kg
硅烷偶联剂	0.5Kg	硅氟化铵	0.19Kg
				无水乙醇	1.8Kg	水	48.91Kg

实施例2：

聚四氟乙烯乳液	22Kg	苯甲基硅油乳液	13Kg
				氨基改性聚醚硅油	4.7Kg	水基柔性聚丙烯酸酯乳液	19Kg
硅烷偶联剂	1.4Kg	硅氟化铵	0.26Kg
				无水乙醇	0.7Kg	水	38.94Kg

实施例3：

聚四氟乙烯乳液	26Kg	苯甲基硅油乳液	13.75Kg
				氨基改性聚醚硅油	3.5Kg	水基柔性聚丙烯酸酯乳液	5Kg
硅烷偶联剂	2.3Kg	硅氟化铵	0.12Kg
				无水乙醇	1.25Kg	水	48.08Kg

实施例4：

聚四氟乙烯乳液	21.5Kg	苯甲基硅油乳液	14.1Kg
				氨基改性聚醚硅油	4.11Kg	水基柔性聚丙烯酸酯乳液	9.5Kg
硅烷偶联剂	1.94Kg	硅氟化铵	0.21Kg
				无水乙醇	1.27Kg	水	47.37Kg

实施例5：

聚四氟乙烯乳液	22.35Kg	苯甲基硅油乳液	13.8Kg
				氨基改性聚醚硅油	4.27Kg	水基柔性聚丙烯酸酯乳液	11.2Kg
硅烷偶联剂	2.03Kg	硅氟化铵	0.19Kg
				无水乙醇	1.325Kg	水	44.835Kg

实施例6：

聚四氟乙烯乳液	23.2Kg	苯甲基硅油乳液	13.95Kg
				氨基改性聚醚硅油	3.95Kg	水基柔性聚丙烯酸酯乳液	12.9Kg
硅烷偶联剂	1.85Kg	硅氟化铵	0.2Kg
				无水乙醇	1.38Kg	水	42.57Kg

依据申请人的实验，进行上述整理后，可以明显地提高织物的柔韧性、抗拉强度、耐磨性能和耐高、低温性能，并且，织物的耐气候老化性能、防水性能和耐虫蛀性能意外地显著提高。

以上助剂组成及配比是几种优选的情况，实践中不限于上述具体组成和具体配比。此外，前述未尽之工艺条件可参考现有的类似工艺条件选取。

本发明的适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物采用了立体交织的电通道的设计，有效提高了电热织物的机械性能和电热性能，并通过设置多种功能层使得该电热织物可以用于各种恶劣的工作环境中，尤其是可以用于各种户外设备的保温以及铁轨或其他场合的除雪、除冰。 

Claims (10)

1.一种适于恶劣环境的含有金属丝的电热织物，其主体由纱线纺织而成，其特征在于所述主体中设有由能够通电发热的金属丝构成的电通道。

2.根据权利要求1所述的织物，其特征在于所述主体中设置金属丝的方式为将由金属丝制成的金属丝发热丝纺织在所属主体中或者所述部分或全部纱线中含有金属丝。

3.根据权利要求2所述的织物，其特征在于所述金属丝发热丝为金属丝长丝，或者所述金属丝发热丝由金属丝长丝纺制或者有金属丝长丝与其他纱/丝纺制而成，含有金属丝的所述纱线为以金属丝短丝或者金属丝短丝与其他纤维的混合物为原料纺成的纱线，或者含有金属丝的所述纱线为由金属丝长丝与原料中含有或不含有金属丝短丝的其他纱捻成的纱线。

4.根据权利要求3所述的织物，其特征在于所述金属丝包括金属纤维，所述金属纤维为下列中的一种或几种的混合：纯金属纤维、成型后的纯金属纤维外包覆有导电层或不导电层的金属芯复合纤维、在成型后的其他纤维外包覆金属层的金属膜复合纤维和混杂有其他材料的金属纤维。

5.根据权利要求4所述的织物，其特征在于所述金属丝短丝相互立体交织形成所述电通道或形成所述电通道的一部分，所述金属丝上设有螺旋结构。

6.根据权利要求5所述的织物，其特征在于所述织物中构成所述电通道的金属丝含量不低于30wt%。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的织物，其特征在于所述主体上设有用于连接外接电源的电连接件，所述电连接件与所述电通道电连接。

8.根据权利要求7所述的织物，其特征在于所述织物表面设有用于将织物胶接在该织物要加热的物体上的胶接层。

9.根据权利要求8所述的织物，其特征在于所述织物表面还设有下列中的任意一种、几种或全部功能层：耐磨涂层、耐压涂层、防水涂层、耐低温涂层、耐高温涂层、电绝缘层、导热层和隔热层，所述隔热层与胶接层分别设于所述织物的两个不同表面。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的织物，其特征在于所述织物或用于形成所述织物的纱线或纤维采用下列组分的助剂进行整理:

聚四氟乙烯乳液    18～26%（质量），

氨基改性聚醚硅油    3.5～4.7%（质量），

苯甲基硅油乳液    13～14.5%（质量），

水基柔性聚丙烯酸酯乳液    5～19%（质量），

硅烷偶联剂    0.5～2.3%（质量），

硅氟化铵    0.12%～0.26%（质量），

无水乙醇    0.7～1.8%（质量），

水    余量，

所述氨基改性聚醚硅油为下列中的一种或几种：吗啉改性聚醚硅油、乙二胺改性聚醚硅油、N,N-二甲基丙二胺改性聚醚硅油和N-氨乙基哌嗪改性聚醚硅油。

Images