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柔性导电涂层助力智能无纺布

作者:Vicki Barbur,Battelle公司来源:荣格非织造布资讯网址:http://www.industrysourcing.cn/nonwovens

从手术衣到重型建筑材料,无纺布材料越来越受到消费者和工业应用的欢迎。这些无纺布产品中有多少可以从轻质的集成热源中受益?碳纳米管(CNT)涂层轻而薄,能导电,并且不会干扰无纺布材料的性能。Battelle的新型加热涂层系统将CNT技术的优势带入了无纺布材料行业。


智能无纺布的兴起


“智能”或“功能性”无纺布材料在多个行业中占据一席之地。这些高科技无纺布结合了智能涂层或内层,具有导电性、传感功能或抗菌特性等附加功能。


智能无纺布结合了非织造材料的优点和智能涂层和层压材料的功能特性。与传统的纺织品相比,无纺布织物具有高强度和耐久性以及相对低的制造成本,因此对于许多应用而言是非常有吸引力的替代品。这些特性使它成为各种产品的首选,包括用于医疗、个人护理、运输、家居用品和建筑行业的材料。


无纺布本身可以由多种基础材料制成,包括天然或合成的材料,它们以各种方法粘合以形成纤网。有些无纺布可以使用基础材料的混合物来制造,包括超细纤维或纳米纤维。有些无纺布织物可以是皮芯结构,不同无纺布织物使用不同的基础材料混合物制成。根据所使用的材料和制造工艺,可以赋予无纺布特定的性能特征,例如吸收性、拒液性、阻燃性、拉伸性、柔软性、绝缘性或过滤能力。


给无纺布材料添加功能性涂层能在保留无纺布材料的一些或所有初始性能特征的同时,增加一些新功能。智能涂层可以使用树脂、聚合物和高科技材料(如碳纳米管)来创造,从而提供独特的功能。得到的涂层无纺布织物将具有单独的任一组分都不能提供的组合性能。作为基材的无纺布织物赋予复合材料抗撕裂和拉伸强度、伸长率和尺寸稳定性,并为施加到其上的涂层提供支撑。涂层则控制化学性质和特性,例如耐磨性和耐液体和气体渗透性。


通过仔细选择基础织物和功能性涂层的组合,制造商可以生产将许多不同可能的性能特征组合在一起的智能织物。通常,可以使用涂层改变的性质包括一般的织物性质、外观和美观性以及阻隔性能。智能涂层提供更广泛的性能特征,包括导电性、细菌抗性或传感性。


智能涂层无纺布材料已经在多个市场中创造了新的市场机会。例如,抗菌性能可以添加到一次性手术衣和其他医疗和个人护理产品中。具有湿度感应能力的无纺布材料在建筑材料以及农业和环境等方面可以发挥潜在的作用。


制作涂层无纺布


将两层或更多层材料组合成复合材料来形成涂层织物,其定义是“由两层或更多层组成的材料,其中至少一层是织物,并且其中至少一层是聚合物层”。虽然无纺布织物不被认为是纺织品,但它们可以类似地被涂覆或层压以形成复合材料。


涂覆或层压的无纺布织物可以使用各种方法制造,包括刮涂、转移、喷涂等。所有这些方法都有着相同的基本步骤:将纺织材料从张力辊送入涂覆的区域,加热涂层织物以固化涂层或生成凝胶,并使溶剂挥发,再冷却涂层织物。


对于智能涂层织物,基材的质量至关重要。在制造高性能无纺布涂层织物时,涂层中所用材料的纯度和物理性质以及涂层技术的工艺步骤也是需要考虑的重要因素。必须仔细考虑用于将涂层沉积并粘合到无纺布材料上的方法,以确保最终产品具有所需的性能特征。


柔性和不规则表面涂层


Battelle创造了一种智能导电涂层,可用于无纺布和其他柔性或不规则的基材。Battelle的HeatCoat技术能实现独特的性能特征组合,它可产生均匀、温和的升温,而不会对织物本身的性能产生负面影响。


虽然加热或导电织物有许多潜在的应用,但大多数导电涂层并不适用于柔软、不规则或柔性的基材。现有的大部分技术不能用于柔性基材(例如无纺布织物)的弯曲,或者是在弯曲时失去导电性,或者改变表面性质让基材更加坚硬,或是两者兼而有之。


大多数加热织物技术会增加织物的重量和体积,影响材料的悬垂性,并且易于破损。通过在织物层之间泵送加热的空气可以实现更温和、更均匀的加温,这种方法有时用于手术期间患者的加温。这解决了热点问题并能提供一致的保暖性,但增加了体积并降低了织物的柔韧性和悬垂性。通风系统也需要相当大的功率,并且必须连接风扇,这限制了它们的实用环境。


其他产品,例如家庭保健产品或消费品,可以在织物层之间使用一层凝胶,在烤箱或微波炉中加热。这些产品能提供均匀的热量,但非常沉重和笨重。凝胶层也容易快速地冷却,在最初加热时通常变得太热,但是一旦从加热源中取出产品就会迅速失去热量。有些产品使用化学物质,当它们之间的屏障被破坏时会产生热量。这些产品保持加热时间更长,但仅限一次性使用,并且在重量和体积方面具有相同的缺点,并且由于涉及化学品的使用而会给消费者带来额外的风险。


Battelle的HeatCoat技术采用了完全不同的方法。涂层由分散的单壁碳纳米管(CNT)组成。当应用于无纺布织物时,它会形成薄的导电层,当施加电源时产生热量。CNT涂层非常薄,不会改变其所施加的织物的柔韧性或悬垂性,并且不会给最终产品增加重量或体积。HeatCoat技术即使在弯曲时也能保持导电性,并能给柔软、柔韧和不规则的基材上提供均匀、可预测的热量。与传统的加热涂层解决方案相比,它具有多种优势:


• HeatCoat技术能直接应用于基材。结合闭环温度控制和低电阻电气接口,它能准确地提供所需的热量,最大限度地减少所需的功率。


• HeatCoat技术具有灵活性,可在弯曲过程中保持导电性。当应用于最柔软的基材如记忆海绵或织物时,它不会影响硬度并会随着基材移动。


• HeatCoat技术可以使用各种方法应用于无纺布,包括刮涂、转移、Zimmer涂层、喷涂等。即使在柔软或不规则的表面上也能提供良好的热触点,从而防止出现热点。


• HeatCoat技术可精确控制温度曲线,防止基材或下层材料发生意外过热的问题。这使得它可以安全地用于与人和其他温度敏感应用接触的织物中。


• HeatCoat技术还可以实现透明导体,对RF通信没有影响。


Battelle在CNT涂层领域进行了深入研究,优化了CNT涂层及其产品的性能、稳定性、制造、集成和维护。HeatCoat技术在结合良好的设计后,可增强热均匀性,减少浪费的功率,并通过闭环反馈实现对单独加热区域的控制。这些元素可根据需要加入,从低成本、灵活的消费应用到复杂、专用于工程的航空或工业应用。该技术已经在几种无纺布应用中得到证明,包括用于体温调节治疗的织物加温系统和适用于风力涡轮机或螺旋桨防冰或除冰的耐用型玻璃纤维垫。


如何运作


HeatCoat技术是一种基于CNT涂层的集成加热涂层系统,通过使电流通过导体来产生电阻加热。在固定电压下,产生的热量取决于施加的电压和加热电阻。CNT涂层的高导电率和低电阻率意味着极薄的薄膜也能产生热量,薄膜可以是柔性的甚至是透明的。


CNT涂层非常薄且贴合产品形状,通常厚度不超过3μm,这让涂层表面紧密贴合基材的表面。涂层可以容易地喷涂或印刷到任何基材上,包括热稳定和/或敏感基材。


HeatCoat系统在整个开发过程中通过了严格的耐久性测试。这种广泛的测试为HeatCoat在各种应用中的使用提供了高度的信心。这些测试包括耐湿度、溶剂和水;耐腐蚀性能;循环弯曲;循环热负荷;高应变测试。


导电无纺布材料的机会


使用CNT涂层技术制造的无纺布加热产品可用于广泛的商业和工业应用中。这些加热材料比市场上现有的织物加热技术更轻、更薄和更灵活,能提供显著的优势,并且在重量、厚度或加热困难的区域开辟了新的可能性。HeatCoat技术的潜在应用包括:


• 医疗:外科手术单和患者用的加热面料、医务人员的手术服,或用于体温调节治疗的包裹。

• 汽车:加热座椅套。

• 建筑:加热垫层,用于屋顶除冰、铺设混凝土和其他建筑应用。

• 农业:用于温室和种子浸渍。

• 能源:用于风力涡轮机防冰或除冰,以及加热绝缘材料。


经过优化的HeatCoat不但可以为其应用的基材提供热量,同时导电CNT涂层还有许多其他潜在的应用,包括为可穿戴技术或集成传感器提供支持。我们现在才开始探索具有集成导电CNT涂层和传感器的无纺布的潜在机会。未来几年,集成导电CNT涂层将为无纺布带来许多新机遇。


文章分类: 行业资讯
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