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柔性導電涂層助力智能無紡布

作者:Vicki Barbur,Battelle公司來源:榮格非織造布資訊網址:http://www.industrysourcing.cn/nonwovens

從手術衣到重型建筑材料,無紡布材料越來越受到消費者和工業應用的歡迎。這些無紡布產品中有多少可以從輕質的集成熱源中受益?碳納米管(CNT)涂層輕而薄,能導電,并且不會干擾無紡布材料的性能。Battelle的新型加熱涂層系統將CNT技術的優勢帶入了無紡布材料行業。


智能無紡布的興起


“智能”或“功能性”無紡布材料在多個行業中占據一席之地。這些高科技無紡布結合了智能涂層或內層,具有導電性、傳感功能或抗菌特性等附加功能。


智能無紡布結合了非織造材料的優點和智能涂層和層壓材料的功能特性。與傳統的紡織品相比,無紡布織物具有高強度和耐久性以及相對低的制造成本,因此對于許多應用而言是非常有吸引力的替代品。這些特性使它成為各種產品的首選,包括用于醫療、個人護理、運輸、家居用品和建筑行業的材料。


無紡布本身可以由多種基礎材料制成,包括天然或合成的材料,它們以各種方法粘合以形成纖網。有些無紡布可以使用基礎材料的混合物來制造,包括超細纖維或納米纖維。有些無紡布織物可以是皮芯結構,不同無紡布織物使用不同的基礎材料混合物制成。根據所使用的材料和制造工藝,可以賦予無紡布特定的性能特征,例如吸收性、拒液性、阻燃性、拉伸性、柔軟性、絕緣性或過濾能力。


給無紡布材料添加功能性涂層能在保留無紡布材料的一些或所有初始性能特征的同時,增加一些新功能。智能涂層可以使用樹脂、聚合物和高科技材料(如碳納米管)來創造,從而提供獨特的功能。得到的涂層無紡布織物將具有單獨的任一組分都不能提供的組合性能。作為基材的無紡布織物賦予復合材料抗撕裂和拉伸強度、伸長率和尺寸穩定性,并為施加到其上的涂層提供支撐。涂層則控制化學性質和特性,例如耐磨性和耐液體和氣體滲透性。


通過仔細選擇基礎織物和功能性涂層的組合,制造商可以生產將許多不同可能的性能特征組合在一起的智能織物。通常,可以使用涂層改變的性質包括一般的織物性質、外觀和美觀性以及阻隔性能。智能涂層提供更廣泛的性能特征,包括導電性、細菌抗性或傳感性。


智能涂層無紡布材料已經在多個市場中創造了新的市場機會。例如,抗菌性能可以添加到一次性手術衣和其他醫療和個人護理產品中。具有濕度感應能力的無紡布材料在建筑材料以及農業和環境等方面可以發揮潛在的作用。


制作涂層無紡布


將兩層或更多層材料組合成復合材料來形成涂層織物,其定義是“由兩層或更多層組成的材料,其中至少一層是織物,并且其中至少一層是聚合物層”。雖然無紡布織物不被認為是紡織品,但它們可以類似地被涂覆或層壓以形成復合材料。


涂覆或層壓的無紡布織物可以使用各種方法制造,包括刮涂、轉移、噴涂等。所有這些方法都有著相同的基本步驟:將紡織材料從張力輥送入涂覆的區域,加熱涂層織物以固化涂層或生成凝膠,并使溶劑揮發,再冷卻涂層織物。


對于智能涂層織物,基材的質量至關重要。在制造高性能無紡布涂層織物時,涂層中所用材料的純度和物理性質以及涂層技術的工藝步驟也是需要考慮的重要因素。必須仔細考慮用于將涂層沉積并粘合到無紡布材料上的方法,以確保最終產品具有所需的性能特征。


柔性和不規則表面涂層


Battelle創造了一種智能導電涂層,可用于無紡布和其他柔性或不規則的基材。Battelle的HeatCoat技術能實現獨特的性能特征組合,它可產生均勻、溫和的升溫,而不會對織物本身的性能產生負面影響。


雖然加熱或導電織物有許多潛在的應用,但大多數導電涂層并不適用于柔軟、不規則或柔性的基材?,F有的大部分技術不能用于柔性基材(例如無紡布織物)的彎曲,或者是在彎曲時失去導電性,或者改變表面性質讓基材更加堅硬,或是兩者兼而有之。


大多數加熱織物技術會增加織物的重量和體積,影響材料的懸垂性,并且易于破損。通過在織物層之間泵送加熱的空氣可以實現更溫和、更均勻的加溫,這種方法有時用于手術期間患者的加溫。這解決了熱點問題并能提供一致的保暖性,但增加了體積并降低了織物的柔韌性和懸垂性。通風系統也需要相當大的功率,并且必須連接風扇,這限制了它們的實用環境。


其他產品,例如家庭保健產品或消費品,可以在織物層之間使用一層凝膠,在烤箱或微波爐中加熱。這些產品能提供均勻的熱量,但非常沉重和笨重。凝膠層也容易快速地冷卻,在最初加熱時通常變得太熱,但是一旦從加熱源中取出產品就會迅速失去熱量。有些產品使用化學物質,當它們之間的屏障被破壞時會產生熱量。這些產品保持加熱時間更長,但僅限一次性使用,并且在重量和體積方面具有相同的缺點,并且由于涉及化學品的使用而會給消費者帶來額外的風險。


Battelle的HeatCoat技術采用了完全不同的方法。涂層由分散的單壁碳納米管(CNT)組成。當應用于無紡布織物時,它會形成薄的導電層,當施加電源時產生熱量。CNT涂層非常薄,不會改變其所施加的織物的柔韌性或懸垂性,并且不會給最終產品增加重量或體積。HeatCoat技術即使在彎曲時也能保持導電性,并能給柔軟、柔韌和不規則的基材上提供均勻、可預測的熱量。與傳統的加熱涂層解決方案相比,它具有多種優勢:


? HeatCoat技術能直接應用于基材。結合閉環溫度控制和低電阻電氣接口,它能準確地提供所需的熱量,最大限度地減少所需的功率。


? HeatCoat技術具有靈活性,可在彎曲過程中保持導電性。當應用于最柔軟的基材如記憶海綿或織物時,它不會影響硬度并會隨著基材移動。


? HeatCoat技術可以使用各種方法應用于無紡布,包括刮涂、轉移、Zimmer涂層、噴涂等。即使在柔軟或不規則的表面上也能提供良好的熱觸點,從而防止出現熱點。


? HeatCoat技術可精確控制溫度曲線,防止基材或下層材料發生意外過熱的問題。這使得它可以安全地用于與人和其他溫度敏感應用接觸的織物中。


? HeatCoat技術還可以實現透明導體,對RF通信沒有影響。


Battelle在CNT涂層領域進行了深入研究,優化了CNT涂層及其產品的性能、穩定性、制造、集成和維護。HeatCoat技術在結合良好的設計后,可增強熱均勻性,減少浪費的功率,并通過閉環反饋實現對單獨加熱區域的控制。這些元素可根據需要加入,從低成本、靈活的消費應用到復雜、專用于工程的航空或工業應用。該技術已經在幾種無紡布應用中得到證明,包括用于體溫調節治療的織物加溫系統和適用于風力渦輪機或螺旋槳防冰或除冰的耐用型玻璃纖維墊。


如何運作


HeatCoat技術是一種基于CNT涂層的集成加熱涂層系統,通過使電流通過導體來產生電阻加熱。在固定電壓下,產生的熱量取決于施加的電壓和加熱電阻。CNT涂層的高導電率和低電阻率意味著極薄的薄膜也能產生熱量,薄膜可以是柔性的甚至是透明的。


CNT涂層非常薄且貼合產品形狀,通常厚度不超過3μm,這讓涂層表面緊密貼合基材的表面。涂層可以容易地噴涂或印刷到任何基材上,包括熱穩定和/或敏感基材。


HeatCoat系統在整個開發過程中通過了嚴格的耐久性測試。這種廣泛的測試為HeatCoat在各種應用中的使用提供了高度的信心。這些測試包括耐濕度、溶劑和水;耐腐蝕性能;循環彎曲;循環熱負荷;高應變測試。


導電無紡布材料的機會


使用CNT涂層技術制造的無紡布加熱產品可用于廣泛的商業和工業應用中。這些加熱材料比市場上現有的織物加熱技術更輕、更薄和更靈活,能提供顯著的優勢,并且在重量、厚度或加熱困難的區域開辟了新的可能性。HeatCoat技術的潛在應用包括:


? 醫療:外科手術單和患者用的加熱面料、醫務人員的手術服,或用于體溫調節治療的包裹。

? 汽車:加熱座椅套。

? 建筑:加熱墊層,用于屋頂除冰、鋪設混凝土和其他建筑應用。

? 農業:用于溫室和種子浸漬。

? 能源:用于風力渦輪機防冰或除冰,以及加熱絕緣材料。


經過優化的HeatCoat不但可以為其應用的基材提供熱量,同時導電CNT涂層還有許多其他潛在的應用,包括為可穿戴技術或集成傳感器提供支持。我們現在才開始探索具有集成導電CNT涂層和傳感器的無紡布的潛在機會。未來幾年,集成導電CNT涂層將為無紡布帶來許多新機遇。


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