柔性導(dǎo)電涂層助力智能無紡布

智能無紡布結(jié)合了非織造材料的優(yōu)點(diǎn)和智能涂層和層壓材料的功能特性。與傳統(tǒng)的紡織品相比，無紡布織物具有高強(qiáng)度和耐久性以及相對(duì)低的制造成本，因此對(duì)于許多應(yīng)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(chǎn)品的首選，包括用于醫(yī)療、個(gè)人護(hù)理、運(yùn)輸、家居用品和建筑行業(yè)的材料。

無紡布本身可以由多種基礎(chǔ)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(wǎng)。有些無紡布可以使用基礎(chǔ)材料的混合物來制造，包括超細(xì)纖維或納米纖維。有些無紡布織物可以是皮芯結(jié)構(gòu)，不同無紡布織物使用不同的基礎(chǔ)材料混合物制成。根據(jù)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(shí)，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(chuàng)造，從而提供獨(dú)特的功能。得到的涂層無紡布織物將具有單獨(dú)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(fù)合材料抗撕裂和拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和尺寸穩(wěn)定性，并為施加到其上的涂層提供支撐。涂層則控制化學(xué)性質(zhì)和特性，例如耐磨性和耐液體和氣體滲透性。

通過仔細(xì)選擇基礎(chǔ)織物和功能性涂層的組合，制造商可以生產(chǎn)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(zhì)包括一般的織物性質(zhì)、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(dǎo)電性、細(xì)菌抗性或傳感性。

智能涂層無紡布材料已經(jīng)在多個(gè)市場(chǎng)中創(chuàng)造了新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。例如，抗菌性能可以添加到一次性手術(shù)衣和其他醫(yī)療和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中。具有濕度感應(yīng)能力的無紡布材料在建筑材料以及農(nóng)業(yè)和環(huán)境等方面可以發(fā)揮潛在的作用。

將兩層或更多層材料組合成復(fù)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(rèn)為是紡織品，但它們可以類似地被涂覆或?qū)訅阂孕纬蓮?fù)合材料。

涂覆或?qū)訅旱臒o紡布織物可以使用各種方法制造，包括刮涂、轉(zhuǎn)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(qū)域，加熱涂層織物以固化涂層或生成凝膠，并使溶劑揮發(fā)，再冷卻涂層織物。

對(duì)于智能涂層織物，基材的質(zhì)量至關(guān)重要。在制造高性能無紡布涂層織物時(shí)，涂層中所用材料的純度和物理性質(zhì)以及涂層技術(shù)的工藝步驟也是需要考慮的重要因素。必須仔細(xì)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(chǎn)品具有所需的性能特征。

Battelle創(chuàng)造了一種智能導(dǎo)電涂層，可用于無紡布和其他柔性或不規(guī)則的基材。Battelle的HeatCoat技術(shù)能實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的性能特征組合，它可產(chǎn)生均勻、溫和的升溫，而不會(huì)對(duì)織物本身的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

雖然加熱或?qū)щ娍椢镉性S多潛在的應(yīng)用，但大多數(shù)導(dǎo)電涂層并不適用于柔軟、不規(guī)則或柔性的基材?，F(xiàn)有的大部分技術(shù)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(shí)失去導(dǎo)電性，或者改變表面性質(zhì)讓基材更加堅(jiān)硬，或是兩者兼而有之。

大多數(shù)加熱織物技術(shù)會(huì)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(shí)現(xiàn)更溫和、更均勻的加溫，這種方法有時(shí)用于手術(shù)期間患者的加溫。這解決了熱點(diǎn)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(fēng)系統(tǒng)也需要相當(dāng)大的功率，并且必須連接風(fēng)扇，這限制了它們的實(shí)用環(huán)境。

其他產(chǎn)品，例如家庭保健產(chǎn)品或消費(fèi)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(chǎn)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(shí)通常變得太熱，但是一旦從加熱源中取出產(chǎn)品就會(huì)迅速失去熱量。有些產(chǎn)品使用化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)它們之間的屏障被破壞時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量。這些產(chǎn)品保持加熱時(shí)間更長(zhǎng)，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(diǎn)，并且由于涉及化學(xué)品的使用而會(huì)給消費(fèi)者帶來額外的風(fēng)險(xiǎn)。

Battelle的HeatCoat技術(shù)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(dāng)應(yīng)用于無紡布織物時(shí)，它會(huì)形成薄的導(dǎo)電層，當(dāng)施加電源時(shí)產(chǎn)生熱量。CNT涂層非常薄，不會(huì)改變其所施加的織物的柔韌性或懸垂性，并且不會(huì)給最終產(chǎn)品增加重量或體積。HeatCoat技術(shù)即使在彎曲時(shí)也能保持導(dǎo)電性，并能給柔軟、柔韌和不規(guī)則的基材上提供均勻、可預(yù)測(cè)的熱量。與傳統(tǒng)的加熱涂層解決方案相比，它具有多種優(yōu)勢(shì)：

? HeatCoat技術(shù)能直接應(yīng)用于基材。結(jié)合閉環(huán)溫度控制和低電阻電氣接口，它能準(zhǔn)確地提供所需的熱量，最大限度地減少所需的功率。

? HeatCoat技術(shù)具有靈活性，可在彎曲過程中保持導(dǎo)電性。當(dāng)應(yīng)用于最柔軟的基材如記憶海綿或織物時(shí)，它不會(huì)影響硬度并會(huì)隨著基材移動(dòng)。

? HeatCoat技術(shù)可以使用各種方法應(yīng)用于無紡布，包括刮涂、轉(zhuǎn)移、Zimmer涂層、噴涂等。即使在柔軟或不規(guī)則的表面上也能提供良好的熱觸點(diǎn)，從而防止出現(xiàn)熱點(diǎn)。

? HeatCoat技術(shù)可精確控制溫度曲線，防止基材或下層材料發(fā)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(yīng)用接觸的織物中。

? HeatCoat技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)透明導(dǎo)體，對(duì)RF通信沒有影響。

Battelle在CNT涂層領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究，優(yōu)化了CNT涂層及其產(chǎn)品的性能、穩(wěn)定性、制造、集成和維護(hù)。HeatCoat技術(shù)在結(jié)合良好的設(shè)計(jì)后，可增強(qiáng)熱均勻性，減少浪費(fèi)的功率，并通過閉環(huán)反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)單獨(dú)加熱區(qū)域的控制。這些元素可根據(jù)需要加入，從低成本、靈活的消費(fèi)應(yīng)用到復(fù)雜、專用于工程的航空或工業(yè)應(yīng)用。該技術(shù)已經(jīng)在幾種無紡布應(yīng)用中得到證明，包括用于體溫調(diào)節(jié)治療的織物加溫系統(tǒng)和適用于風(fēng)力渦輪機(jī)或螺旋槳防冰或除冰的耐用型玻璃纖維墊。

HeatCoat技術(shù)是一種基于CNT涂層的集成加熱涂層系統(tǒng)，通過使電流通過導(dǎo)體來產(chǎn)生電阻加熱。在固定電壓下，產(chǎn)生的熱量取決于施加的電壓和加熱電阻。CNT涂層的高導(dǎo)電率和低電阻率意味著極薄的薄膜也能產(chǎn)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(chǎn)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(wěn)定和/或敏感基材。

HeatCoat系統(tǒng)在整個(gè)開發(fā)過程中通過了嚴(yán)格的耐久性測(cè)試。這種廣泛的測(cè)試為HeatCoat在各種應(yīng)用中的使用提供了高度的信心。這些測(cè)試包括耐濕度、溶劑和水；耐腐蝕性能；循環(huán)彎曲；循環(huán)熱負(fù)荷；高應(yīng)變測(cè)試。

使用CNT涂層技術(shù)制造的無紡布加熱產(chǎn)品可用于廣泛的商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中。這些加熱材料比市場(chǎng)上現(xiàn)有的織物加熱技術(shù)更輕、更薄和更靈活，能提供顯著的優(yōu)勢(shì)，并且在重量、厚度或加熱困難的區(qū)域開辟了新的可能性。HeatCoat技術(shù)的潛在應(yīng)用包括：

? 醫(yī)療：外科手術(shù)單和患者用的加熱面料、醫(yī)務(wù)人員的手術(shù)服，或用于體溫調(diào)節(jié)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(shè)混凝土和其他建筑應(yīng)用。

? 農(nóng)業(yè)：用于溫室和種子浸漬。

? 能源：用于風(fēng)力渦輪機(jī)防冰或除冰，以及加熱絕緣材料。

經(jīng)過優(yōu)化的HeatCoat不但可以為其應(yīng)用的基材提供熱量，同時(shí)導(dǎo)電CNT涂層還有許多其他潛在的應(yīng)用，包括為可穿戴技術(shù)或集成傳感器提供支持。我們現(xiàn)在才開始探索具有集成導(dǎo)電CNT涂層和傳感器的無紡布的潛在機(jī)會(huì)。未來幾年，集成導(dǎo)電CNT涂層將為無紡布帶來許多新機(jī)遇。