CN111636131B - 借助气流发电织物及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种借助气流发电织物及其制备方法与应用。该织物为双层结构设计，包括相互叠置但不进行交织的面层织物和里层织物以及形成于两者之间的气流空间，且面层织物上设置有至少一个开口。其中，面层织物与里层织物中的一者为柔性磁性纱织物，另一者为柔性导电纱织物。如此设置，外部气流能够通过开口进入双层结构中间的气流空间进行流通，以带动面层织物产生形变切割磁感线，产生电磁感应电流，实现发电功能，解决了现有可穿戴器件需要依靠外部供电或与储能装置配套工作才能正常使用的缺陷，有助于其朝着轻量化、便捷化及智能化等方向发展。本发明提供的制备方法操作简单，材料的组成、结构和性能可根据实际应用进行调控。

Description

借助气流发电织物及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及功能纺织品加工技术领域，尤其涉及一种借助气流发电织物及其制备方法与应用。
背景技术
目前，可穿戴技术及可穿戴器件的研究和产品开发比较热门，穿戴式器件的设计讲究轻薄柔性舒适，不论是整体设计或是零组件搭配，重量及体积的限制都相对严格，其中之一就是对电源和续航的要求。可穿戴器件产品大多需要依靠从外部供电或与储能装置等进行配套工作才能正常使用，因此大规模应用受到一定的限制。从长远来看，发电自供能的柔性可穿戴器件是穿戴式技术未来的发展趋势。
电磁感应现象是指穿过闭合回路的磁通量发生变化而产生感应电动势的现象，它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础，同时也为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，具有重要的实用意义。目前主流的无线充电设备就是利用电磁感应原理制得，并且已经开始广泛应用。电磁发电装置主要是利用电磁感应原理，将人体活动(如手臂的摆动、膝盖的运动等)中产生的机械能收集起来，并通过磁体和线圈转化为电能，从而实现发电的目的。因此，如果能将电磁发电原理应用在可穿戴器件发电领域，那将具备巨大的应用前景。
申请号为CN201620546773.4的实用新型专利公开了一种具有发电装置的服装及可发光的服装。衣服本体包括衣身与衣袖，发电装置包括线圈、第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁与衣袖连接，第二磁铁与衣身连接，第一磁铁面向线圈的磁极与第二磁铁面向线圈的磁极相反，线圈设置在第一磁铁与第二磁铁之间，当摆动胳膊时，线圈切割第一磁铁与第二磁铁形成的磁感线，第一磁铁与第二磁铁之间的磁通量改变从而产生电流。但是该服装柔性差，且质量重，穿戴体验差，舒适性能差，在实际应用中受到限制。
申请号为CN201510549363.5的发明专利公开了一种穿戴式发电装置、穿戴式可发电衣服及发电的方法。该穿戴式可发电衣服包括至少一个磁体单元、至少一个电磁感应单元，以及与至少一个电磁感应单元电连接的储能单元；其中，磁体单元和电磁感应单元分别设置为可穿戴于动物体的不同部位，在动物体运动时通过改变磁体单元和电磁感应单元的相对位置，使穿过电磁感应单元的磁通量发生变化产生感应电流；储能单元用于将电磁感应单元所产生的感应电流转换为电能储存。但是该方法的不足之处在于：电磁感应单元线圈和磁体单元需要粘合或者粘贴到衣服上，会导致衣服的柔性差，且质量较重，不能很好地满足柔性可穿戴服装的要求。
以上现有技术说明，在已有的电磁材料中，导电线圈和磁体基本为硬质材料，且质量较重，很难做成纤维状或织物状。有鉴于此，需要制作更轻量化以及更好柔性的电磁材料，并将电磁发电装置顺利应用在可穿戴器件上。从而解决目前可穿戴器件需要依靠从外部供电或与储能装置等配套工作才能正常使用的缺陷，有助于其朝着轻量化、便捷化及智能化等方向进一步发展。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有优异柔性的借助气流发电织物及其制备方法与应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种借助气流发电织物，所述借助气流发电织物为双层结构，包括相互叠置但不进行交织的面层织物和里层织物以及形成于两者之间的气流空间，且所述面层织物上设置有至少一个开口；所述面层织物与所述里层织物中的一层为柔性磁性纱织物，另一层为柔性导电纱织物；
所述柔性导电纱织物通过将导电丝包芯纱缠绕成柔性导电线圈，并将若干个所述柔性导电线圈串联缝制在织物基体上制备得到；所述柔性磁性纱织物由耐磨经纱与柔性磁性纬纱交织而成；所述柔性磁性纬纱呈芯-鞘结构，包括磁性纱芯和紧密缠绕在所述磁性纱芯外周的纱鞘层；所述磁性纱芯由复合纤维条带包裹连续、均匀、线性排布的磁性粉体构成，所述纱鞘层由耐磨、高强、柔软的纤维紧密包缠构成；
外部气流能够通过所述开口进入双层结构中间的所述气流空间进行流通，以带动面层织物产生形变切割磁感线，产生电磁感应电流，以将机械能转化为电能，然后将电能储存在设置于所述借助气流发电织物上的储能单元中，实现发电功能。
优选的，所述面层织物与所述里层织物的边缘相互固定连接以形成所述气流空间。
优选的，所述借助气流发电织物包括两个开口，所述两个开口呈对称设置，供气流在所述气流空间内流通。
优选的，所述柔性磁性纱织物中，所述磁性粉体的质量比例为10～70％，所述磁性粉体为钕铁硼磁粉、钕镍钴磁粉、氧化铁磁粉、二氧化铬磁粉、钴-氧化铁磁粉、金属磁粉中的一种或多种。
优选的，所述磁性粉体为钕铁硼磁粉、钕镍钴磁粉、氧化铁磁粉、二氧化铬磁粉、钴-氧化铁磁粉、金属磁粉中的一种或多种。
优选的，所述柔性磁性纱织物的制备包括充磁后处理过程，所述柔性磁性纱织物的磁性强度为0.1～0.8T。
优选的，所述导电丝包芯纱内的导电长丝为铜丝、铝丝、银丝、金丝、碳纤维长丝中的一种或几种；所述导电长丝的直径为0.01～1mm。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了上述借助气流发电织物的制备方法。所述的借助气流发电织物的制备方法，包括如下步骤：
S1，制备柔性导电纱织物：将导电丝包芯纱缠绕预定圈数成柔性导电线圈，形成闭合回路，并将若干个所述柔性导电线圈串联缝制在织物基体上，得到预定尺寸的柔性导电纱织物，形成线圈导体；
S2，制备柔性磁性纱织物：
S21，制备柔性纤维条带S1：将面密度为2～100克/平方米的无纺布柔性面材分切成线密度为10～800克/千米的柔性纤维条带S1；
S22，制备复合纤维条带S2’：对磁粉进行去磁化处理，将宽度为10～20mm、线密度为10～1000克/千米的纤维条带S2放入反应容器内，通过原位聚合导电聚合物，在所述纤维条带上生长导电聚合物，牵拉、烘干干燥处理后，得到带有导电聚合物的复合纤维条带；将所述复合纤维条带浸入磁性粉体粒径为10～1000nm、磁性粉体质量浓度为1～15％的分散液中进行浸轧处理，使得分散液中的所述磁性粉体挤压在原位聚合后的所述复合纤维条带的结构面中，烘干干燥，使得所述纤维条带的结构面中生长所述导电聚合物并在所述导电聚合物外层覆盖有所述磁性粉体，得到复合纤维条带S2’；
S23，制备磁性纱：将一对柔性纤维条带S1的筒管卷装和一个复合纤维条带S2’的筒管卷装分别放置在改进的翼锭粗纱装置上增设的两组退绕装置上，一对柔性纤维条带S1的筒管卷装分别位于复合纤维条带S2’的筒管卷装的两侧，两根柔性纤维条带S1与一根复合纤维条带S2’在前钳口处相互重合，且复合纤维条带S2’位于两根柔性纤维条带S1的中部，形成夹心状的复合条带，复合条带从所述前钳口输出，输出后的复合条带受到翼锭加捻和卷绕牵拉，加捻作用力立体扭转所述复合条带，增强所述柔性纤维条带S1与中间的所述复合纤维条带S2’之间的包缠抱合，牵拉作用力牵引所述复合条带内部纤维及复合纤维条带S2’长度方向伸展、复合纤维条带S2’在复合条带中沿径向被均匀包缠包覆，经加捻牵伸后的复合条带形成细度为40～2000特克斯的复合纱条，复合纱条依次经翼锭粗纱机的旋转翼锭的锭翼顶孔、侧孔、空心臂、压掌杆、压掌叶，最终卷绕到芯纱筒管上，得到呈芯-鞘结构的磁性纱；
S24，制备柔性磁性纱织物：以步骤S23制备的所述磁性纱作为纬纱，高强耐磨纱线为经纱织造得到预定尺寸的织物，并进行充磁处理，得到磁场强度为0.1～0.8T的柔性磁性纱织物；
S3，制备借助气流发电织物：以步骤S1制备的所述柔性导电纱织物与步骤S2制备的所述柔性磁性纱织物中的一者为面层织物，另一者为里层织物，并在所述面层织物上设置至少一个开口；将所述面层织物与所述里层织物的边缘相互固定连接；将储能单元与所述柔性导电纱织物电性连接，制备得到借助气流发电织物；外部气流能够通过所述开口进入双层结构中间的气流空间进行流通，以带动面层织物产生形变切割磁感线，产生电磁感应电流，以将机械能转化为电能，然后将电能储存在所述储能单元中，实现发电功能。
优选的，在步骤S23中，所述磁性纱采用改进的翼锭粗纱装置进行制备；所述改进的翼锭粗纱装置包括翼锭粗纱机本体和增设的两组退绕装置；
所述翼锭粗纱机本体包括相邻设置并啮合形成前钳口结构的前罗拉和前胶辊，以及顺次设置的锭翼顶孔、侧孔、空心臂、压掌杆、压掌叶、筒管卷装和芯纱筒管；
所述退绕装置增设于所述前钳口的后方，由退绕轴、静电喷丝装置、与所述静电喷丝装置对应设置的静电收集板、对称设置在所述前钳口上、下两侧的引布辊以及芯条导辊构成；所述静电喷丝装置与所述静电收集板之间形成静电喷丝区，所述静电喷丝区的后方设置有退绕辊，所述静电喷丝区的前方设置有所述引布辊。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了上述借助气流发电织物在自供能可穿戴服装、军工服装、野外科考服装、运动探险服装、消防服装、医疗防护服装中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的借助气流发电织物，将磁性粉体均匀分散于纱线中，利用纺织技术制备得到柔性磁性纱织物，将柔性导电丝包芯纱缠绕成柔性导电线圈缝制在织物基体上制备得到柔性导电纱织物；利用电磁感应原理，将上述两者设置为发电织物的里层织物和面层织物的双层结构，通过在面层织物上设置供气流进入双层结构之间的开口，通过气流波动带动面层织物发生形变波动，切割磁感线，由此产生感应电流，本发明借助气流波动和利用电磁感应原理联合实现织物发电的功能，将机械能转换为电能，有效解决了目前可穿戴器件需要依靠从外部供电或与储能装置等配套工作才能正常使用的缺陷，有助于其朝着柔性化、轻量化、便捷化及智能化等方向进一步发展。
2.本发明提供的借助气流发电织物的制备方法，操作简单，材料的组成、结构和发电性能可根据实际应用进行调控。本发明制备出的磁性纱织物具备优异的柔性和磁场强度，且结构稳定性能可控，本发明制备出的导电纱织物具备优异的柔性和机械性能，两者相互配合，实现织物发电功能。
3.本发明提供的借助气流发电织物在制备自供能可穿戴设备、军工、野外科考、运动探险、消防、医疗防护等服装领域具备巨大的应用前景。
附图说明
图1为本发明采用的改进的翼锭粗纱装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的借助气流发电可穿戴服装的结构示意图。
图3为本发明实施例1提供的借助气流发电可穿戴服装中气流吹拂波动面层织物部分结构的侧面示意图。
图4为本发明实施例2提供的借助气流发电野外科考上衣马甲的结构示意图。
图5是本发明实施例1中由测试者奔跑产生的感应电动势图；
图6是本发明实施例2中由测试者奔跑产生的感应电动势图；
附图标记：
100、改进的翼锭粗纱装置；1、静电喷丝装置；2、静电收集板；3、引布辊；4、芯条导辊；5、前胶辊；6、前罗拉；7、锭翼顶孔；8、侧孔；9、筒管卷装；10、压掌叶；11、空心臂；12、压掌杆；13、芯纱筒管；
S1、柔性纤维条带；S2’、复合纤维条带；
A、里层柔性磁性纱织物；B、面层柔性导电纱织物；A1、面层柔性磁性纱织物；B1、里层柔性导电纱织物；C、C1：气流流动方向；D、D1：第一开口；E、E1：第二开口。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
请参阅图1所示，本发明采用的改进的翼锭粗纱装置100包括翼锭粗纱机本体和增设的两组退绕装置；
所述翼锭粗纱机本体包括相邻设置并啮合形成前钳口结构的前罗拉6和前胶辊5，还包括顺次设置的锭翼顶孔7、侧孔8、空心臂11、压掌杆12、压掌叶10、筒管卷装9和芯纱筒管13；
所述退绕装置增设于所述前钳口的后方，由退绕轴、静电喷丝装置1、与所述静电喷丝装置1对应设置的静电收集板2、对称设置在所述前钳口的上、下两侧的引布辊3以及芯条导辊4构成；所述静电喷丝装置1与所述静电收集板2之间形成静电喷丝区，所述静电喷丝区的后方设置有退绕辊，所述静电喷丝区的前方设置有所述引布辊3。
本发明提供了一种借助气流发电织物的制备方法，包括如下步骤：
S1，制备柔性导电纱织物：将导电丝包芯纱缠绕预定圈数成柔性导电线圈，形成闭合回路，并将若干个所述柔性导电线圈串联缝制在织物基体上，得到预定尺寸的柔性导电纱织物，形成线圈导体；
S2，制备柔性磁性纱织物：
S21，制备柔性纤维条带S1：将面密度为2～100克/平方米的无纺布柔性面材分切成线密度为10～800克/千米的柔性纤维条带S1；
S22，制备复合纤维条带S2’：对磁粉进行去磁化处理，将宽度为10～20mm、线密度为10～1000克/千米的纤维条带S2放入反应容器内，通过原位聚合导电聚合物，在所述纤维条带上生长导电聚合物，牵拉、烘干干燥处理后，得到带有导电聚合物的复合纤维条带；将所述复合纤维条带浸入磁性粉体粒径为10～1000nm、磁性粉体质量浓度为1～15％的分散液中进行浸轧处理，使得分散液中的所述磁性粉体挤压在原位聚合后的所述复合纤维条带的结构面中，烘干干燥，使得所述纤维条带的结构面中生长所述导电聚合物并在所述导电聚合物外层覆盖有所述磁性粉体，得到复合纤维条带S2’；
S23，制备磁性纱：将一对柔性纤维条带S1的筒管卷装和一个复合纤维条带S2’的筒管卷装分别放置在所述改进的翼锭粗纱装置100上增设的两组所述退绕装置上，一对柔性纤维条带S1的筒管卷装分别位于复合纤维条带S2’的筒管卷装的两侧，两根柔性纤维条带S1与一根复合纤维条带S2’在所述前钳口处相互重合，且复合纤维条带S2’位于两根柔性纤维条带S1的中部，形成夹心状的复合条带，复合条带从所述前钳口输出，输出后的复合条带受到翼锭加捻和卷绕牵拉，加捻作用力立体扭转所述复合条带，增强所述柔性纤维条带S1与中间的所述复合纤维条带S2’之间的包缠抱合，牵拉作用力牵引所述复合条带内部纤维及复合纤维条带S2’长度方向伸展、复合纤维条带S2’在复合条带中沿径向被均匀包缠包覆，经加捻牵伸后的复合条带形成细度为40～2000特克斯的复合纱条，复合纱条依次经翼锭粗纱机的旋转翼锭的锭翼顶孔7、侧孔8、空心臂11、压掌杆12、压掌叶10，最终卷绕到芯纱筒管13上，得到呈芯-鞘结构的磁性纱；
S24，制备柔性磁性纱织物：以步骤S23制备的所述磁性纱作为纬纱，高强耐磨纱线为经纱织造得到预定尺寸的织物，并进行充磁处理，得到磁场强度为0.1～0.8T的柔性磁性纱织物。
具体对磁性纱织物进行充磁处理的方法为：先将样品放置于直径为50厘米，深度为3厘米的圆柱型充磁台内腔中，圆柱型充磁台的内腔外有充磁线圈，在9千伏、10毫秒的瞬间可以为内腔提供中心强度为3特斯拉竖直向上的瞬间磁场。
将上述磁性纱织物水平放置在充磁台内腔中充磁，冲磁完毕后平铺样品，样品内部即会存在N极竖直向上的磁场方向。含有钕铁硼磁粉的样品在充磁台内腔中被瞬间充磁到磁饱和强度，充磁后的剩磁磁场强度与样品所含的钕铁硼磁粉含量正相关。
S3，制备借助气流发电织物：以步骤S1制备的所述柔性导电纱织物与步骤S2制备的所述柔性磁性纱织物中的一者为面层织物，另一者为里层织物，并在所述面层织物上设置至少一个开口；将所述面层织物与所述里层织物的边缘相互固定连接；将储能单元与所述柔性导电纱织物电性连接，制备得到借助气流发电织物；外部气流能够通过所述开口进入双层结构中间的气流空间进行流通，以带动面层织物产生形变切割磁感线，产生电磁感应电流，以将机械能转化为电能，然后将电能储存在所述储能单元中，实现发电功能。
下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
请参阅图2所示，本实施例提供了一种借助气流发电的可穿戴服装，该服装包括服装本体，且为双层结构设计，其制备方法，包括如下步骤：
S1、制备面层织物：
将导电丝包芯纱缠绕100圈成柔性导电线圈，形成闭合回路，并将40个所述柔性导电线圈串联且均匀分成两组，左右两两对称缝制在所述服装本体的前襟位置上，制备得到面层柔性导电纱织物，形成线圈导体；所述的导电丝包芯纱内设置有导电长丝，所述导电长丝为铜丝，所述导电长丝的直径为0.05mm；
S2、制备里层织物：
S21，制备柔性纤维条带S1：将面密度为60克/平方米的无纺布柔性面材分切成线密度为500克/千米的柔性纤维条带S1；
S22，制备复合纤维条带S2’：对磁粉进行去磁化处理，将宽度为10mm、线密度为100克/千米的纤维条带S2放入反应容器内，通过原位聚合导电聚合物，在所述纤维条带上生长导电聚合物，牵拉、烘干干燥处理后，得到带有导电聚合物的复合纤维条带；将所述复合纤维条带浸入磁性粉体粒径为200nm、磁性粉体质量浓度为10％的分散液中进行浸轧处理，使得分散液中的所述磁性粉体挤压在原位聚合后的所述复合纤维条带的结构面中，烘干干燥，使得所述纤维条带的结构面中生长所述导电聚合物并在所述导电聚合物外层覆盖有所述磁性粉体，得到复合纤维条带S2’；
S23，制备磁性纱：将一对柔性纤维条带S1的筒管卷装和一个复合纤维条带S2’的筒管卷装分别放置在所述改进的翼锭粗纱装置100上增设的所述退绕装置上，一对柔性纤维条带S1的筒管卷装分别位于复合纤维条带S2’的筒管卷装的两侧，两根柔性纤维条带S1与一根复合纤维条带S2’在所述前钳口处相互重合，且复合纤维条带S2’位于两根柔性纤维条带S1的中部，形成夹心状的复合条带，复合条带从所述前钳口输出，输出的线速度为15米/分钟，输出后的复合条带受到翼锭加捻和卷绕牵拉，加捻作用力立体扭转所述复合条带，增强所述柔性纤维条带S1与中间的所述复合纤维条带S2’之间的包缠抱合，牵拉作用力牵引所述复合条带内部纤维及复合纤维条带S2’长度方向伸展、复合纤维条带S2’在复合条带中沿径向被均匀包缠包覆，经加捻牵伸后的复合条带形成细度为800特克斯的复合纱条，复合纱条依次经翼锭粗纱机的旋转翼锭的锭翼顶孔7、侧孔8、空心臂11、压掌杆12、压掌叶10，最终卷绕到芯纱筒管13上，得到呈芯-鞘结构的磁性纱；
S24，制备柔性磁性纱织物：以步骤S23制备的所述磁性纱作为纬纱，高强耐磨纱线为经纱织造得到织物，并进行充磁处理，得到磁场强度为0.4T的柔性磁性纱织物；
S3，制备借助气流发电织物：将相互叠置的步骤S1制备的面层柔性导电纱织物与步骤S2制备的里层柔性磁性纱织物的边缘相互固定连接；将储能单元与所述柔性导电纱织物电性连接，制备得到借助气流发电织物；里层柔性磁性纱织物位于服装本体前襟的内侧位置；所述储能单元无线充电装置(图2中未标出)与所述面层柔性导电纱织物电性连接，制备得到所述借助气流发电织物，如图2所示，其中A为里层柔性磁性纱织物(画虚线轮廓部分，位于服装本体前襟内侧位置)，B为面层柔性导电纱织物(位于服装本体前襟位置)。
本实施例中，面层柔性导电纱织物B还设置了左右两个15cm左右长度的垂直方向上的开口。外部气流能够通过所述开口进入双层结构中间的气流空间进行流通，以带动面层织物产生形变切割磁感线，产生电磁感应电流，以将机械能转化为电能，然后将电能储存在所述储能单元中，实现发电功能。
进行发电试验时，用户穿上借助气流发电可穿戴服装进行步行或者跑步运动，空气气流从第一开口D中进入，在面层织物B和里层织物A两层中间的空间流动，再从第二开口E中流出，借助气流流动(箭头C为气流流动方向)，实现面层柔性导电纱织物B的飘动，产生波动变形(如图3所示)，使得面层柔性导电纱织物B产生不平行于里层柔性磁性纱织物A的不规则波动运动，切割磁感线，产生电磁感应效应，以此产生电能，再将电能存储在储能单元无线充电装置中完成发电和电能存储，使得电子设备能够随身进行无线充电。
经测试，在测试者奔跑速度为1.5米/秒时，由本实施例生产的磁性纱织物和导电线圈织物组成的气流发电可穿戴服装能够产生峰值电压为0.8伏特的交流感应电能，测试者行走过程产生的感应电动势图如图5所示。
实施例2
请参阅图3所示，本实施例提供了一种借助气流发电野外科考上衣马甲，该马甲包括马甲本体，且为双层结构设计，其制备方法包括如下步骤：
S1、制备面层织物：
S211，制备柔性纤维条带S1：将面密度为40克/平方米的无纺布柔性面材分切成线密度为800克/千米的柔性纤维条带S1；
S12，制备复合纤维条带S2’：对磁粉进行去磁化处理，将宽度为20mm、线密度为500克/千米的纤维条带S2放入反应容器内，通过原位聚合导电聚合物，在所述纤维条带上生长导电聚合物，牵拉、烘干干燥处理后，得到带有导电聚合物的复合纤维条带；将所述复合纤维条带浸入磁性粉体粒径为500nm、磁性粉体质量浓度为15％的分散液中进行浸轧处理，使得分散液中的所述磁性粉体挤压在原位聚合后的所述复合纤维条带的结构面中，烘干干燥，使得所述纤维条带的结构面中生长所述导电聚合物并在所述导电聚合物外层覆盖有所述磁性粉体，得到复合纤维条带S2’；
S13，制备磁性纱：将一对柔性纤维条带S1的筒管卷装和一个复合纤维条带S2’的筒管卷装分别放置在所述改进的翼锭粗纱装置100上增设的所述退绕装置上，一对柔性纤维条带S1的筒管卷装分别位于复合纤维条带S2’的筒管卷装的两侧，两根柔性纤维条带S1与一根复合纤维条带S2’在所述前钳口处相互重合，且复合纤维条带S2’位于两根柔性纤维条带S1的中部，形成夹心状的复合条带，复合条带从所述前钳口输出，输出的线速度为10～25米/分钟，输出后的复合条带受到翼锭加捻和卷绕牵拉，加捻作用力立体扭转所述复合条带，增强所述柔性纤维条带S1与中间的所述复合纤维条带S2’之间的包缠抱合，牵拉作用力牵引所述复合条带内部纤维及复合纤维条带S2’长度方向伸展、复合纤维条带S2’在复合条带中沿径向被均匀包缠包覆，经加捻牵伸后的复合条带形成细度为1000特克斯的复合纱条，复合纱条依次经翼锭粗纱机的旋转翼锭的锭翼顶孔7、侧孔8、空心臂11、压掌杆12、压掌叶10，最终卷绕到芯纱筒管13上，得到呈芯-鞘结构的磁性纱；
S14，制备柔性磁性纱织物：以步骤S13制备的所述磁性纱作为纬纱，高强耐磨纱线为经纱织造得到织物，并进行充磁处理，得到磁场强度为0.8T的柔性磁性纱织物；然后称缝制在所述服装本体的前襟位置上，制备得到面层柔性磁性纱织物；
S2、制备里层织物：
将导电丝包芯纱缠绕50圈成柔性导电线圈，形成闭合回路，并将40个所述柔性导电线圈串联缝制在织物基体上，制备得到里层柔性导电纱织物，形成线圈导体；所述的导电丝包芯纱内设置有导电长丝，所述导电长丝为铜丝，所述导电长丝的直径为0.02mm；
S3、制备借助气流发电织物：将相互叠置的步骤S1制备的面层柔性磁性纱织物与步骤S2制备的里层柔性导电纱织物的边缘相互固定连接；将储能单元与所述柔性导电纱织物电性连接，制备得到借助气流发电织物；里层柔性导电纱织物位于服装本体前襟的内侧位置；所述储能单元无线充电装置(图4中未标出)与所述里层柔性导电纱织物电性连接，制备得到所述借助气流发电织物，如图4所示，其中A1为面层柔性磁性纱织物(位于马甲前襟位置)，B1为里层柔性导电纱织物(画虚线轮廓部分，位于马甲前襟内侧位置)。
本实施例中，面层柔性磁性纱织物A1还设置了左右两个20cm左右长度的半圆形开口。外部气流能够通过所述开口进入双层结构中间的气流空间进行流通，以带动面层织物产生形变切割磁感线，产生电磁感应电流，以将机械能转化为电能，然后将电能储存在所述储能单元中，实现发电功能。
进行发电试验时，用户穿上借助气流发电野外科考上衣马甲进行步行或者跑步运动，空气气流从第一开口D1中进入，在面层织物A1和里层织物B1两层中间的空间流动，再从第二开口E1中流出，借助气流流动(箭头C1为气流流动方向)，实现面层柔性磁性纱织物A1的飘动，产生波动变形，使得面层柔性磁性纱织物A1产生不平行于里层柔性导电纱织物B1的不规则波动运动，切割磁感线，产生电磁感应效应，以此产生电能，再将电能存储在储能单元中完成发电和电能存储。
经测试，在测试者奔跑速度为1.5米/秒时，由本实施例生产的磁性纱织物和导电线圈织物组成的气流发电可穿戴服装能够产生峰值电压为0.6伏特的交流感应电能，测试者行走过程产生的感应电动势图如图6所示。
需要说明的是，本领域技术人员应当理解，面层织物上的开口并不限于为2个，还可以为1个、3个、4个或者更多个，空气气流从若个个开口中进入双层结构的气流空间，再从其它若干个开口流出，借助气流的流通，同样能达到带动面层织物形变切割磁感线产生电能的效果。
需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，所述磁性粉体还可以为氧化铁磁粉、二氧化铬磁粉、钴-氧化铁磁粉、金属磁粉中的一种或多种；所述导电长丝还可以为铝丝、银丝、金丝中的一种或几种，由此制备出的织物在进行气流波动产生形变动作时，均能产生电磁感应效应，产生感应电流，实现发电的功能。
综上所述，本发明提供了一种借助气流发电织物及其制备方法与应用。该织物为双层结构设计，包括相互叠置但不进行交织的面层织物和里层织物以及形成于两者之间的气流空间，且面层织物上设置有至少一个开口。其中，面层织物与里层织物中的一者为柔性磁性纱织物，另一者为柔性导电纱织物。如此设置，外部气流能够通过开口进入双层结构中间的气流空间进行流通，以带动面层织物产生形变切割磁感线，产生电磁感应电流，实现发电功能，解决了现有可穿戴器件需要依靠外部供电或与储能装置配套工作才能正常使用的缺陷，有助于其朝着轻量化、便捷化及智能化等方向发展。本发明提供的制备方法操作简单，材料的组成、结构和性能可根据实际应用进行调控。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (3)

1.一种借助气流发电织物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，制备柔性导电纱织物：将导电丝包芯纱缠绕预定圈数成柔性导电线圈，形成闭合回路，并将若干个所述柔性导电线圈串联缝制在织物基体上，得到预定尺寸的柔性导电纱织物，形成线圈导体；
S2，制备柔性磁性纱织物：
S21，制备柔性纤维条带S1：将面密度为2～100克/平方米的无纺布柔性面材分切成线密度为10～800克/千米的柔性纤维条带S1；
S22，制备复合纤维条带S2’：对磁粉进行去磁化处理，将宽度为10～20mm、线密度为10～1000克/千米的纤维条带S2放入反应容器内，通过原位聚合导电聚合物，在所述纤维条带上生长导电聚合物，牵拉、烘干干燥处理后，得到带有导电聚合物的复合纤维条带；将所述复合纤维条带浸入磁性粉体粒径为10～1000nm、磁性粉体质量浓度为1～15％的分散液中进行浸轧处理，使得分散液中的所述磁性粉体挤压在原位聚合后的所述复合纤维条带的结构面中，烘干干燥，使得所述纤维条带的结构面中生长所述导电聚合物并在所述导电聚合物外层覆盖有所述磁性粉体，得到复合纤维条带S2’；
S23，制备磁性纱：将一对柔性纤维条带S1的筒管卷装和一个复合纤维条带S2’的筒管卷装分别放置在改进的翼锭粗纱装置(100)上增设的两组退绕装置上，一对柔性纤维条带S1的筒管卷装分别位于复合纤维条带S2’的筒管卷装的两侧，两根柔性纤维条带S1与一根复合纤维条带S2’在前钳口处相互重合，且复合纤维条带S2’位于两根柔性纤维条带S1的中部，形成夹心状的复合条带，复合条带从所述前钳口输出，输出后的复合条带受到翼锭加捻和卷绕牵拉，加捻作用力立体扭转所述复合条带，增强所述柔性纤维条带S1与中间的所述复合纤维条带S2’之间的包缠抱合，牵拉作用力牵引所述复合条带内部纤维及复合纤维条带S2’长度方向伸展、复合纤维条带S2’在复合条带中沿径向被均匀包缠包覆，经加捻牵伸后的复合条带形成细度为40～2000特克斯的复合纱条，复合纱条依次经翼锭粗纱机的旋转翼锭的锭翼顶孔(7)、侧孔(8)、空心臂(11)、压掌杆(12)、压掌叶(10)，最终卷绕到芯纱筒管(13)上，得到呈芯-鞘结构的磁性纱；
S24，制备柔性磁性纱织物：以步骤S23制备的所述磁性纱作为纬纱，高强耐磨纱线为经纱织造得到预定尺寸的织物，并进行充磁处理，得到磁场强度为0.1～0.8T的柔性磁性纱织物；
S3，制备借助气流发电织物：以步骤S1制备的所述柔性导电纱织物与步骤S2制备的所述柔性磁性纱织物中的一者为面层织物，另一者为里层织物，并在所述面层织物上设置至少一个开口；将所述面层织物与所述里层织物的边缘相互固定连接；将储能单元与所述柔性导电纱织物电性连接，制备得到借助气流发电织物；外部气流能够通过所述开口进入双层结构中间的气流空间进行流通，以带动面层织物产生形变切割磁感线，产生电磁感应电流，以将机械能转化为电能，然后将电能储存在所述储能单元中，实现发电功能。
2.根据权利要求1所述的借助气流发电织物的制备方法，其特征在于：
在步骤S23中，所述磁性纱采用改进的翼锭粗纱装置(100)进行制备；所述改进的翼锭粗纱装置(100)包括翼锭粗纱机本体和增设的两组退绕装置；
所述翼锭粗纱机本体包括相邻设置并啮合形成前钳口结构的前罗拉(6)和前胶辊(5)，以及顺次设置的锭翼顶孔(7)、侧孔(8)、空心臂(11)、压掌杆(12)、压掌叶(10)、筒管卷装(9)和芯纱筒管(13)；
所述退绕装置增设于所述前钳口的后方，由退绕轴、静电喷丝装置(1)、与所述静电喷丝装置(1)对应设置的静电收集板(2)、对称设置在所述前钳口上、下两侧的引布辊(3)以及芯条导辊(4)构成；所述静电喷丝装置(1)与所述静电收集板(2)之间形成静电喷丝区，所述静电喷丝区的后方设置有退绕辊，所述静电喷丝区的前方设置有所述引布辊(3)。
3.一种根据权利要求1-2任一项所述的制备方法制备得到的借助气流发电织物的应用，其特征在于：所述借助气流发电织物在自供能可穿戴服装、军工服装、野外科考服装、运动探险服装、消防服装、医疗防护服装中的应用。
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