一种多层复合发热面料及其制备方法与流程

本发明涉及面料制备，具体涉及一种多层复合发热面料及其制备方法。

背景技术：

1、随着柔性穿戴用品的发展，电热护膝、电热护腰、户外保暖服和电热披肩等产品对发热面料提出了低电压发热、可弯折、可水洗和贴身舒适的要求。现有发热面料多以涤纶、锦纶或弹性针织布为承载层，在其表面设置碳纳米管、石墨烯、碳黑、金属纤维或金属箔条等导电发热结构，再通过热熔胶膜、水性聚氨酯胶层或热塑性聚氨酯薄膜进行复合封装，初始状态下能够实现一定发热功能。

2、但发热面料在实际穿戴中并非处于静态平铺状态，而是长期受到弯折、揉搓、汗液浸润和周期性水洗作用。对于直接涂覆导电浆料的结构，导电发热层与纺织基材层之间主要依赖胶层的物理包覆和膜层附着，织物表面的纱线间隙、沟槽和残留油剂容易造成导电层厚薄不均，水洗和弯折后导电填料易发生迁移、团聚或断裂，使局部电阻分布发生变化。

3、普通热熔胶膜或普通水性聚氨酯胶层虽能提高整体粘结强度，但难以针对导电发热层侧界面、电极搭接区和反复屈曲区域进行稳定调控。不同材料之间的极性、吸水性和热收缩差异，容易在热压复合、水洗干燥和通电升温过程中形成界面应力集中，进而导致边缘翘起、微区剥离、局部发黑或发热不均。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种多层复合发热面料及其制备方法，以解决现有多层复合发热面料在水洗、汗液浸润、反复弯折和电极边缘受力后界面稳定性受到影响，进而导致导电网络稳定性及发热均匀性较差的问题。

2、基于上述目的，本发明提供了一种多层复合发热面料，所述多层复合发热面料包括由外至内依次设置的纺织基材层、梯度胶膜层、导电发热层、绝缘保护层和内衬层，所述导电发热层的相对两侧边缘设置有铜箔电极条；

3、所述功能性水性热塑性聚氨酯分散液通过以下方法制备得到：

4、将水性热塑性聚氨酯分散体、去离子水和无水乙醇混合后，将体系ph控制在5-6，加入edc和nhs进行羧基活化，再加入多巴胺盐酸盐和三乙胺并将体系ph控制在6-7，进行一次改性；

5、向一次改性后的体系中加入去离子水，将体系ph控制在5-6，加入edc和nhs进行羧基活化，再滴加3-二甲胺基丙胺水分散液并将体系ph控制在6-7，进行二次改性；

6、向二次改性后的体系中加入去离子水，将体系ph控制在5-6，加入edc和nhs进行羧基活化，再依次滴加十八胺乙醇溶液和油胺乙醇溶液，使十八胺和油胺接枝到聚氨酯侧链上，经超滤膜置换纯化并浓缩，得到功能性水性热塑性聚氨酯分散液；

7、所述功能性水性热塑性聚氨酯分散液由以下原料制备得到：880-1000份水性热塑性聚氨酯分散体、3-5份多巴胺盐酸盐、2-4份三乙胺、1-2份3-二甲胺基丙胺、2-4份十八胺和1-2份油胺。

8、所述十八胺和油胺接枝反应的反应温度为40-45℃，所述十八胺接枝反应时间为80-110min，所述油胺接枝反应时间为50-80min。

9、优选地，所述一次改性的反应温度为28-32℃，反应时间为3-5h。

10、优选地，所述二次改性的反应温度为28-32℃，反应时间为90-150min。

11、优选地，所述超滤膜的截留分子量为10000da。

12、优选地，所述纺织基材层为经等离子体表面活化处理的涤纶针织布，所述等离子体表面活化处理的处理功率为100w，处理时间为30s。

13、优选地，所述涤纶针织布由75d/72f涤纶低弹丝织造而成，克重120g/m2。

14、优选地，所述梯度胶膜层由功能性水性热塑性聚氨酯分散液经两次涂布于所述经等离子体表面活化处理的涤纶针织布表面形成，其中，以涤纶针织布为120g计，所述功能性水性热塑性聚氨酯分散液第一次涂布用量为30-36份，第二次涂布用量为12-16份。

15、优选地，所述导电发热层由导电发热浆料涂布于所述梯度胶膜层表面后干燥形成，所述导电发热层的干膜厚度为10-15μm。

16、优选地，按质量份数计，所述导电发热浆料由以下原料制备得到：200-240份去离子水、50-70份无水乙醇、3-5份水性润湿分散剂、10-14份羧基化多壁碳纳米管、160-200份功能性水性热塑性聚氨酯分散液、1-3份羟乙基纤维素和1份水性体系消泡剂。

17、优选地，所述导电发热浆料的黏度为3000-5000mpa·s。

18、优选地，所述绝缘保护层包括功能性水性热塑性聚氨酯胶层和聚酯型热塑性聚氨酯薄膜；其中，以涤纶针织布为120g计，所述绝缘保护层由10-14份功能性水性热塑性聚氨酯分散液和55-65份聚酯型热塑性聚氨酯薄膜形成，所述聚酯型热塑性聚氨酯薄膜的厚度为50-60μm。

19、优选地，所述内衬层为涤纶针织内衬布；所述内衬层由100份涤纶针织内衬布形成，所述聚酯型热塑性聚氨酯薄膜设置于所述导电发热层和所述涤纶针织内衬布之间。

20、优选地，所述铜箔电极条为两条宽度为10mm、长度为1000mm的导电胶铜箔胶带，所述铜箔电极条与导电发热层的搭接宽度为8mm；所述铜箔电极条的外侧边缘和非接线端部涂覆有功能性水性热塑性聚氨酯分散液形成的边缘固定胶层。

21、进一步地，本发明还提供一种多层复合发热面料的制备方法，包括以下步骤：

22、（1）制备功能性水性热塑性聚氨酯分散液；

23、（2）将去离子水、无水乙醇、水性润湿分散剂、羧基化多壁碳纳米管、功能性水性热塑性聚氨酯分散液、羟乙基纤维素和水性体系消泡剂混合分散，得到导电发热浆料；

24、（3）对涤纶针织布的一侧进行等离子体表面活化处理；

25、（4）在经等离子体表面活化处理的一侧涂布功能性水性热塑性聚氨酯分散液，形成梯度胶膜层；

26、（5）在所述梯度胶膜层表面涂布导电发热浆料，形成导电发热层；

27、（6）在所述导电发热层的相对两侧边缘贴合铜箔电极条；

28、（7）在所述导电发热层和铜箔电极条表面依次复合功能性水性热塑性聚氨酯分散液、聚酯型热塑性聚氨酯薄膜和涤纶针织内衬布，经热压和熟化后，得到多层复合发热面料。

29、优选地，所述热压的温度为120-130℃，压力为280-320kpa，时间为50-70s；所述熟化的温度为75-85℃，时间为100-140min。

30、本发明的有益效果：

31、本发明以含羧基水性热塑性聚氨酯为界面材料，通过多巴胺盐酸盐引入邻苯二酚侧基，并保留部分羧基位点，使梯度胶膜层在纺织基材层与导电发热层之间形成稳定锚定；该结构能够减少水分沿导电发热层边缘进入复合界面的可能性，降低水洗后局部起翘、微区剥离和剥离边缘发热异常的风险。

32、本发明在邻苯二酚侧基形成后引入3-二甲胺基丙胺，使水性热塑性聚氨酯对羧基化多壁碳纳米管具有较好的润湿和分散作用；导电发热浆料成膜后能够形成较连续的导电通路，减少导电填料团聚、迁移或断裂造成的局部电阻波动，有利于保持发热面料的温度分布稳定。

33、本发明采用十八胺先接枝、油胺后接枝的时序，使十八烷基链段与油胺链段在聚氨酯侧链上形成分布；该结构能够在导电网络节点附近提供柔性调节区域，避免胶膜过度硬化，同时缓和弯折和通电升温过程中导电节点处的应力集中。

34、本发明通过先厚涂预成膜、后在半干状态下薄涂的方式形成梯度胶膜层，并将同源功能性水性热塑性聚氨酯分散液用于导电发热浆料粘结相和电极边缘封护层，使纺织基材层、导电发热层和电极边缘之间形成连续过渡结构，提高整体复合界面的稳定性。

35、综上，与普通热熔胶膜或普通水性聚氨酯胶层复合的发热面料相比，本发明能够在常规涂布、干燥和热压复合工艺下，兼顾界面结合、导电网络稳定和柔性弯折适应性，降低水洗、汗湿和反复弯折后的局部过热风险，适用于电热护膝、电热护腰、户外保暖服和电热披肩等柔性穿戴发热制品。