專利名稱：熱紡織物的制作方法
背景技術：
本發(fā)明一般涉及由電能產(chǎn)生熱量的紡織物。
當電流施加于導電紗線時就會產(chǎn)生熱，把這種導電紗線加入到紡織物中就制作成我們都知道的熱紡織物。
為了提供熱生成的自我調(diào)節(jié)性能，可生成熱的金屬線已經(jīng)用于紡織物中。一般情況下，自我調(diào)節(jié)導線是兩根并聯(lián)的導體，在兩導體之間布置有熱生成材料。當電施加在兩導線之間時導線就產(chǎn)生熱量。為了調(diào)節(jié)導線產(chǎn)生的熱量，在導線之間的熱生成材料應具有下列特性溫度增加電阻加大；溫度降低電阻減小。然而，在現(xiàn)有的產(chǎn)品中導線和紡織品表現(xiàn)出不規(guī)律性，因此不能使用戶滿意。
因此，人們需要有自我調(diào)節(jié)的但不應用加熱導線的熱紡織物。
圖2A和圖2B顯示機織紡織品，其顯示根據(jù)本發(fā)明的另一應用機織織物的實施方案。
圖3A和圖3B所示為根據(jù)本發(fā)明的另一用于編織物的實施方案的圖示。
在本發(fā)明的一個實施方案中，像傳統(tǒng)的紡織品生產(chǎn)一樣，紡織物是連續(xù)、滾動制成的。隨后裁剪成用于最終產(chǎn)品的合適的尺寸片。熱織物可以放在織物外層內(nèi)的指定層或可以是外層織物，諸如印制的裝飾織物。
在本發(fā)明中，這些加熱器是具有正溫度系數(shù)的紗線(“PTC”)。PTC紗線是導電紗線，當溫度升高或降低時，紗線的電阻亦會相應增加或減小。PTC紗線通常包括具有導電性能的PTC材料，其導電性能為當溫度升高時，電阻增加，當電阻減小時，電阻減小。在一個實施方案中，PTC紗線是由一個低傳導或非傳導的紗芯和一個PTC材料的護套構成的。
一個紗芯/護套紗線，作為一種發(fā)熱紗線適用于本發(fā)明的實施方案中。其在美國專利號為09/667,065，標題是“隨電阻溫度變化紗線”，申請日期為2000年9月29日，申請人為DeAngel等的專利中有詳細描述。作為一個整體，此專利在此作為參考。
如PTC紗線10一樣，紗芯/護套紗線作為一種發(fā)熱紗線適用于本發(fā)明的實施方案在

圖1中被示出。如圖1所示，PTC紗線10通常包含有一個芯紗11和一個具有正溫度系數(shù)阻抗(PTCR)的護套12，還包括一個在護套12上的絕緣體13。如圖中所示PTC紗線10的橫截面是一圓形，還可以預先設計紗線10的橫截面為其它形狀，使之適合于紡織物的構造，像橢圓、扁平或類似其它形狀。
芯紗11一般是具有彈性和伸展性、適合于紡織的任何材料的紗線。芯紗11可以由各種合成紗線構成，譬如聚脂、尼龍、聚丙烯腈系纖維、人造纖維、凱夫拉爾、諾梅克斯、玻璃纖維或類似材料，或者可以由天然纖維，譬如棉、木、絲綢、亞麻或類似材料構成。芯紗11還可以由單纖維、多纖維或人造短纖維等構成。另外，芯紗11可以是扁平狀、螺旋狀或應用于紡織品中的任意形狀的紗線。在一個實施方案中，芯紗11選用的是非傳導材料。
具有正溫度系數(shù)的電阻(PTCR)護套12，是一種隨溫度增高而電阻加大的材料。在本發(fā)明的一個實施方案中，如圖1所示，護套12一般包括良導體21和熱膨脹低傳導(TELC)基質(zhì)22混合構成。
良導體21在PTCR護套12中產(chǎn)生一個導電通路。該良導體21優(yōu)選是顆粒狀，譬如傳導材料中的粒子、涂覆有傳導涂層的球體、傳導薄層、傳導纖維或類似的傳導材料一樣。這些傳導粒子、纖維、薄層由譬如碳、石墨、金、銀、銅或其它類似的傳導材料形成。涂覆有涂層的球體可以是玻璃、陶瓷、銅，其被涂覆有例如碳、石墨、金、銀、銅或類似的傳導材料。這些球體都是微型球體，在一個實施方案中，這些球體的直徑大約在10-100微米之間。
TELC基質(zhì)22的膨脹系數(shù)高于傳導粒子21。使TELC基質(zhì)22的材料隨溫度升高而膨脹，這樣就能夠使TELC基質(zhì)22內(nèi)的傳導粒子21分離，傳導粒子21的分離加大了PTCR護套12的阻抗。TELC基質(zhì)22也是為了彈性程度的需要而被加入到紗線中。在一個實施方案中，TELC基質(zhì)22是乙基丙烯酸脂(EEA)或EEA與聚乙烯的合成物。還有一些材料為了滿足用作TELC基質(zhì)22的材料的需要，包括但不局限于下列物質(zhì)聚乙烯、聚烯烴、聚乙烯的衍生物、熱固塑料或熱固材料。
PTCR護套12可以通過擠壓、噴涂或其它方法給芯紗11涂覆上一層材料。選擇特殊的良導體21(例如薄層、纖維、等等)就使紗線具有了不同溫度一阻抗特性，同時也影響了PTCR護套12的機械特性。TELC基質(zhì)22還可以在工作溫度內(nèi)抵抗和防止紗線的軟化或熔化。已經(jīng)確定，PTC紗線10的有效阻抗值可以根據(jù)想要的應用在大約在0.1歐/英寸-2500歐/英寸范圍內(nèi)任意改變。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，譬如，在涂覆到芯紗11上后通過輻射，TELC基質(zhì)22可以為交叉縫合材料。在另一實施方案，用熱固性聚合物作為TELC基質(zhì)22。在又一實施方案中，它可防止在特殊溫度下介質(zhì)軟化和起內(nèi)部保險絲的作用，在超過規(guī)定溫度的特定區(qū)域時TELC基質(zhì)22的傳導將切斷。
絕緣體13是適用于紗線柔性的非傳導材料。在一個實施方案中，絕緣體的膨脹系數(shù)與TELC基質(zhì)22的膨脹系數(shù)非常接近。絕緣體13可以是熱塑性塑料、熱固性塑料或經(jīng)過處理可以由熱塑性變?yōu)闊峁绦缘牟牧?，譬如聚乙烯。適用于絕緣體13的材料包括聚乙烯、聚氯乙烯或類似材料。絕緣體13可以通過擠壓、噴涂、纏繞、以及纏繞加熱的方法敷于PTCR護套12上。
把電壓施加于PTC紗線10上就會產(chǎn)生電流流過PTCR護套12，當PTC紗線10的溫度增高時，PTCR護套12的電阻也加大。在TELC基質(zhì)22中，PTC紗線10電阻增加是由于分離出傳導顆粒21的TELC基質(zhì)22的膨脹形成的，因此，使基質(zhì)中的微通路沿紗線長的方向移動并且增加了PTCR護套的總電阻。這種特有的溫度傳導關系適合于特殊應用，例如，利用它的特性可以讓傳導率慢慢增加到給定值，到溫度斷點處迅速上升。
為了幫助PTC紗線的導電連接，加熱和加壓能使PTC材料軟化使連接更完全。另外，在紡織物中，傳導紗線可以預先涂覆高傳導敷料以增強在紡織物中的導電連接。
為了使熱量均勻，發(fā)熱紗線之間可以有1-2英寸的間距，但只要不違背本發(fā)明的本質(zhì)，這個間距還可以更大或更小。由于當PTC紗線溫度升高會使PTC紗線的加熱減少，使用PTC紗線作為加熱器可以控制溫度直接進入紡織物中。因此，當這種熱紡織品的溫度升高時其電阻就會增大，從而減少由這種熱紡織物產(chǎn)生的熱。當熱紡織物的溫度減小時其電阻就會減小，從而增加由熱紡織物產(chǎn)生的熱就會增加。
導線一般(但不總是)比加熱器具有更好的傳導性和更小的頻率。在一個實施方案中，導線是高傳導材料的紗線。在另一個實施方案中，導線可以是導電金屬線，諸如鎳、其具有和紡織物中紗線相同的截面。
任何非傳導紗線可以被用于改善織物的機械構造，例如，緯紗中具有發(fā)熱紗線的機織織物可以具有另外的非傳導性緯紗紗線，以用來改善織物的機械穩(wěn)定性。玻璃纖維或聚酰氨紗線可以在高溫下應用。
發(fā)熱織物還可以涂覆有電絕緣材料，以在譬如使用期間和熨燙過程中保護織物。涂料可以選用任何電絕緣聚合物和通過任何可用方式涂覆于加熱器。涂料的厚度可以變化，但在一個實施方案中，涂層的厚度為從5mils-13mils。聚丙稀腈系纖維是一種適合的涂料是，因為它們具有高絕緣、可彈性和非粘性的特點。彈性可幫助織物保持手感。低粘性幫助涂層織物保持涂層后織物的透氣程度，本發(fā)明的開放式構造盡可能給織物涂層，又使空氣透氣度沒有大幅度減少或消除。透氣性能對于舒適性是很重要的，例如衣料、座套、毯子的透氣性。涂層還增加了織物的機械穩(wěn)定性，這對于保證織物內(nèi)導電連接尤其重要。涂層還賦予了紡織物防火、防水或其它保護特性。
參考圖示2A和2B，它們分別是根據(jù)本發(fā)明的實施方案，顯示機織織物210和220的圖示。如圖2A所示，紡織物210由多根非傳導紗線13、一根連續(xù)的發(fā)熱紗線11混合編織而成。在發(fā)熱紗線11的兩端施加一電壓，紡織物210就會產(chǎn)生熱。如圖2B所示，織物220由多根發(fā)熱紗線11、引導紗線12和非傳導紗線13編織而成。在一個實施方案中，發(fā)熱紗線11是一根連續(xù)紗線的節(jié)?？椢?20中的發(fā)熱紗線11，以并聯(lián)方式連接在引導紗線12之間。給織物220中的引導紗線12之間施加一電壓，紡織物220就會產(chǎn)生熱。
參考圖3A和圖3B，他們分別是根據(jù)本發(fā)明的實施方案，顯示編織織物310和320。如圖3A所示，紡織物310包含編織到織物上的非傳導紗線13，上面還有發(fā)熱紗線11。在發(fā)熱紗線的兩端施加一電壓，熱織物310就會產(chǎn)生熱量。如圖3B所示，紡織物320包括非傳導導線13、發(fā)熱紗線11和引導紗線12，發(fā)熱紗線11以并聯(lián)方式與引導紗線12連接。在紡織物中320給引導紗線12間施加一個電壓，織物320就會產(chǎn)生熱量。從織物310和320的圖示看出發(fā)熱紗線11和引導紗線12，被編織進非傳導紗線13的編織圖案中。依本發(fā)明考慮，熱紗線11和/或引導紗線12也可以用于加入織物310或320的編織回路中。
這樣織物就要完成了，恰當?shù)氖瘴布夹g要根據(jù)所用的紗線類型。對于毛圈織物，在基底中用傳導紗線是最好的選擇。
紡織物加熱器比傳統(tǒng)的金屬線有很多優(yōu)點，比如彈性、空氣的透氣性、快速加熱、熱分布均勻且又有纖細(“無線的”)的外形等。因為紡織物能折疊或縫合到一個結(jié)構中或成卷的形式，所以在一些實例中紡織物也可以簡化最終產(chǎn)品的生產(chǎn)。PTC材料的發(fā)熱紗線是可以自動調(diào)節(jié)熱量并且通常優(yōu)于傳統(tǒng)的傳導熱材料。通過混合PTC材料，織物具有一個固定的控制裝置，它可以簡化或排除溫度反饋或額外的溫度控制電路的需要。
權利要求
1.一種熱紡織物包括至少一根非傳導紗線，至少一根正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線；所述的非傳導紗線和發(fā)熱紗線被混合用于熱紡織物中。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，其中正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線的電阻值在0.1歐姆/英寸到2500歐姆/英寸。
3.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，其中正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線是一個有芯紗/護套的紗線。
4.根據(jù)權利要求3所述的熱紡織物，其中護套是具有正溫度系數(shù)的電阻材料。
5.根據(jù)權利要求4所述的熱紡織物，其中正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線包含一個單絲芯紗。
6.根據(jù)權利要求4所述的熱紡織物，其中正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線包含一個多絲芯紗。
7.根據(jù)權利要求4所述的熱紡織物，其中正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線包含一個人造短纖維芯紗。
8.根據(jù)權利要求7所述的熱紡織物，其中人造短纖維芯紗是并捻的人造短纖維。
9.根據(jù)權利要求4所述的熱紡織物，其中在護套的熱膨脹性低的傳導基質(zhì)中包括良導體。其中傳導基質(zhì)比導電體的膨脹系數(shù)高。
10.根據(jù)權利要求9所述的熱紡織物，其中基質(zhì)是交叉縫合的。
11.根據(jù)權利要求9所述的熱紡織物，其中基質(zhì)有明確的軟化溫度，當達到所選擇的溫度值時電源被切斷。
12.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，其中正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線包含一個絕緣涂層。
13.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，還包括涂覆在發(fā)熱織物上面的絕緣涂層。
14.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，其中正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線的橫截面為圓形。
15.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，其中正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線的橫截面為橢圓形。
16.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，其中正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線的橫截面為扁平。
17.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，還包括至少一個連接到所述正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線的可導電導線。
18.根據(jù)權利要1所述的熱紡織物，還包括兩根可導電導線，且其中所述正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線在兩根導電導線之間是導電的。
19.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，其中所述的熱紡織物中至少有一根具有正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線包括多條具有正溫度系數(shù)的發(fā)熱紗線，還包括兩根導電導線，且其中所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線在兩根導電導線之間采用并聯(lián)的導電連接。
20.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，其中所述熱紡織物是機織織物。
21.根據(jù)權利要求20所述的熱紡織物，還包括至少一根導電導線連接到所述正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線。
22.根據(jù)權利要求20所述的熱紡織物，還包括兩根導電導線，其中所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線導電連接在兩根導電導線之間。
23.根據(jù)權利要求20所述的熱紡織物，其中所述的至少一根正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線包括多條正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線，還包括兩根導電導線，且其中所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線以并聯(lián)方式在兩根導電導線之間導電連接。
24.根據(jù)權利要求1所述的熱紡織物，其中所述的熱紡織物是編織織物。
25.根據(jù)權利要求24所述的熱紡織物，其中所述的發(fā)熱紗線構成所述織物的回路。
26.根據(jù)權利要求24所述的熱紡織物，其中所述的發(fā)熱紗線置于所述的非傳導紗線的回路中。
27.根據(jù)權利要求24所述的熱紡織物，還包括至少一根導電導線連接到所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線。
28.根據(jù)權利要求24所述的熱紡織物，其中所述導線包含一根傳導紗線，其中所述熱紡織織物包含一編織物，且其中所述的傳導紗線構成所述編織物回路。
29.根據(jù)權利要求24所述的熱紡織物，其中所述的傳導導線置于所述的非傳導紗線的回路中。
30.根據(jù)權利要求24所述的熱紡織物，其中所述的熱紡織物包括一個編織物，且其中所述的導線置于所述的非傳導紗線的回路中。
31.根據(jù)權利要求24所述的熱紡織物，還包括兩根導電導線，且其中所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線在兩根導電導線之間是導電連接的。
32.根據(jù)權利要求24所述的熱紡織物，其中所述的至少一根正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線包含多條正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線，還包括兩根導電導線，且其中所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱紗線在兩根導電導線之間以并聯(lián)方式導電連接。
全文摘要
為了由電源產(chǎn)生熱量，紡織物(310)至少一部分由導電紗線(12)制成。紡織物(310)具有導電紗線(12)或“加熱器”。使用有傳導特性和可裁剪間距的導電材料用以產(chǎn)生熱量。發(fā)熱紗線具有一個正溫度系數(shù)，其紗線的電阻隨著溫度的增加和降低而分別加大或減少。“引導線”，譬如導電紗線(12)可用于給發(fā)熱紗線提供電能。為了在使用譬如熨燙等過程中保護紡織物的使用性能，以及使紡織物電絕緣，紡織物上涂覆有涂層。
文檔編號D03D15/00GK1471462SQ01818068
公開日2004年1月28日 申請日期2001年10月25日 優(yōu)先權日2000年10月27日
發(fā)明者A·R·丁格理斯, A R 丁格理斯, E·沃利尼斯, 崴 申請人:美利肯公司