PL226199B1 - Tekstylny material termo-aktywny - Google Patents
Tekstylny material termo-aktywnyInfo
- Publication number
- PL226199B1 PL226199B1 PL407233A PL40723314A PL226199B1 PL 226199 B1 PL226199 B1 PL 226199B1 PL 407233 A PL407233 A PL 407233A PL 40723314 A PL40723314 A PL 40723314A PL 226199 B1 PL226199 B1 PL 226199B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- layer
- polymer
- material according
- electroactive
- outer fabric
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 27
- 239000004753 textile Substances 0.000 title claims description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 38
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 15
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 15
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- 229920001746 electroactive polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- AFSJUFFXOPXIOH-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methyl-1,2-dihydroimidazol-1-ium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound CC[NH+]1CN(C)C=C1.[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F AFSJUFFXOPXIOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 3
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 25
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 10
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 7
- 239000011263 electroactive material Substances 0.000 description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N tetraphosphorus decaoxide Chemical compound O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 4
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- KCJRWGDYENMTQI-ICFYVMMKSA-N (2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-amino-3-(1h-imidazol-5-yl)propanoyl]amino]-5-(diaminomethylideneamino)pentanoyl]amino]-5-(diaminomethylideneamino)pentanoyl]amino]-3-(1h-indol-3-yl)propanoyl]amino]-3-(1h-indol-3-yl)propanoyl]am Chemical compound C([C@H](N)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)N[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(O)=O)C1=CNC=N1 KCJRWGDYENMTQI-ICFYVMMKSA-N 0.000 description 1
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AVXURJPOCDRRFD-UHFFFAOYSA-N Hydroxylamine Chemical compound ON AVXURJPOCDRRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- 101100512864 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) MEP2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100183521 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) MEP3 gene Proteins 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 101150029609 amt2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150082675 amt3 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- ZBKIUFWVEIBQRT-UHFFFAOYSA-N gold(1+) Chemical compound [Au+] ZBKIUFWVEIBQRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest tekstylny materiał termo-aktywny, zapewniający regulację termoizolacyjności odzieży chroniącej przed zimnem.
Człowiek posiada mechanizmy utrzymujące stałą temperaturę wewnętrzną organizmu na poziomie 37±0,4°C. Zachowanie tego stanu możliwe jest w przypadku utrzymania równowagi pomiędzy ilością ciepła produkowanego w organizmie a odbieranego przez otoczenie. W przypadku zachowania balansu pomiędzy ciepłem produkowanym a ilością ciepła oddawanego do otoczenia, człowiek znajduje się w stanie komfortu termicznego - nie odczuwa ani nadmiernego ogrzania ani ochłodzenia organizmu. Najważniejszymi parametrami wpływającymi na stan równowagi cieplnej są: wydatek energetyczny, temperatura powietrza, prędkość wiatru, wilgotność powietrza oraz izolacyjność cieplna odzieży.
Zapewnienie warunków komfortu cieplnego pracownikom narażonym na pracę w ekstremalnych temperaturach stanowi jedno z najtrudniejszych zadań projektantów odzieży ciepłoochronnej.
Wyróżnia się następujące rodzaje tekstylnych materiałów termo-aktywnych:
• materiały ulegające przemianie fazowej, • układy ogrzewania wykorzystujące energię elektryczną lub słoneczną, • układy termoizolacyjne z elementami aktywnymi zawierającymi włókna bikomponentowe.
Skuteczność izolacyjności cieplnej odzieży zależy m.in. od struktury i grubości warstw izolacyjnych. Grubość warstw izolacyjnych stosowanych w odzieży chroniącej przed zimnem wynosi od 10 mm do 50 mm, w zależności od przeznaczenia tej odzieży.
Znane są jonowe polimery elektro-aktywne ulegające odwracalnemu odkształceniu pod wpływem polaryzacji napięcia. Obecnie polimery elektro-aktywne są stosowane m.in. w:
• mikrorobotyce, jako „sztuczne mięśnie”, • systemach mikro-elektro mechanicznych (MEMS), jako inteligentne urządzenia rozruchowe, • mikro pompach, • sensorach nacisku i pola akustycznego.
Zasada działania polimerów elektro-aktywnych polega na przemieszczeniu jonów elektrolitu wprowadzonego do wnętrza polimeru, pod wpływem przyłożonego napięcia wym uszającego. Jony te wchodząc w reakcję z grupami funkcyjnymi polimeru powodują zmianę kształtu łańcuchów polimerowych. Zmiana kształtu polimeru jest proporcjonalna do wartości przyłożonego ładunku do jego powierzchni. Jonowe materiały elektro-aktywne mogą być łatwo deformowane, przez zastosowanie niskiego napięcia, w zakresie od 1 V do 3,5 V. Odkształcenie polimeru zależy od przyłożonego napięcia. Zakres odchylenia taśmy wykonanej z polimeru (mierzonej w skali kątowej) jest podobny w obu kierunkach, w przypadku odwrócenia polaryzacji pola elektrycznego.
Tekstylny materiał termo-aktywny według wynalazku składa się z warstwy podszewkowej, ko2 rzystnie wykonanej z 100% poliamidu o masie powierzchniowej 35 g/m2 oraz tkaniny zewnętrznej, 2 korzystnie wykonanej z 70% poliestru oraz 30% poliuretanu o masie powierzchniowej 205 g/m2, pomiędzy którymi znajduje się elastyczna warstwa termoizolacyjna, korzystnie włóknina polipropylenowa 2 o masie powierzchniowej 248 g/m2 i grubości 4 mm. Pomiędzy warstwą podszewkową a tkaniną zewnętrzną utworzone są kanały wykonane z tkaniny podszewkowej a w kanałach tych umieszczone są elementy elektro-aktywne w postaci pasków folii wykonane z polimeru elektro-aktywnego, korzystnie polimeru kwasu tertrafluoroetyleno-perfluoro-3,6-dioksa-4-metyl-7octenosulfonowego i cieczy jonowych o temperaturze krzepnięcia poniżej -10°C, lepkości w temperaturze 20°C poniżej 0,15 Pa^s oraz przewodnictwie jonowym powyżej 0,25 S/m. Jako ciecze jonowe korzystnie stosuje się 1-etylo-3-metyloimidazolo tetrafluoroboran lub 1-etylo-3-metyloimidazolo trifluorometanosulfonian. Element elektro-aktywny pokryty jest co najmniej jedną warstwą przewodzącą i ewentualnie dodatkową warstwą elektroizolacyjną. Na jednym z końców element elektro-aktywny zaopatrzony jest w elektrodę miedzianą wraz przewodami zasilania niskiego napięcia. Elektroda miedziana wraz z przewodami zasilania niskiego napięcia wyprowadzona jest na zewnątrz tkaniny zewnętrznej. Elementy elektro-aktywne w każdym z kanałów połączone są ze sobą równolegle oraz połączone są z tkaniną zewnętrzną oraz warstwą podszewkową. Jako warstwy przewodzące korzystnie stosuje się warstwę platyny oraz nałożoną na nią warstwę złota. Odległość między poszczególnymi elementami elektro-aktywnymi nie powinna przekraczać 40 mm.
PL 226 199 B1
Wybór korzystnej włókniny polipropylenowej był podyktowany jej elastycznością umożliwiającą zmianę grubości w zakresie od 40 mm do 20 mm.
Odzież chroniąca przed zimnem wyposażona w tekstylny materiał termo-aktywny do konstrukcji, którego wykorzystano elementy wykonane z polimeru elektro-aktywnego i cieczy jonowych, dzięki temu, że elementy te pełnią rolę siłowników zmieniających grubość warstwy izolacyjnej materiału odzieżowego, posiada regulowaną grubość warstwy izolacyjnej. Co za tym idzie zmienia się izolacyjność cieplna odzieży. Elementy termo-aktywne umieszczone w kanałach i zamocowane do warstw tkaniny, ulegają pod wpływem prądu odkształceniu, to znaczy wyginają się, co prowadzi do ściśnięcia warstwy termoizolacyjnej znajdującej się między tkaniną zewnętrzną, a warstwą podszewkową i zmniejszenia jej grubości.
Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia przekrój podłużny wycinka tkaniny, Fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny wycinka tkaniny, Fig. 3 przedstawia schemat konstrukcji elementu elektro-aktywnego, Fig. 4 przedstawia sposób łączenia elementów elektro-aktywnych ze sobą, Fig. 5 przedstawia na wykresie zmianę izolacyjności cieplnej materiału termoaktywnego w zależności od wartości napięcia wymuszającego deformację elementów elektro-aktywnych a Fig. 6 przedstawia na wykresie krzywe zmian temperatury na powierzchni kurtki typ Tourist II, bez napięcia wymuszającego oraz po zastosowaniu napięcia wymuszającego zmianę grubości materiału izolacyjnego, odpowiednio 3,5 V oraz 5,0 V.
Przykład
Do konstrukcji modelu materiału termo-aktywnego wykorzystano następujące materiały:
• podszewkę 8 wykonaną z 100% poliamidu typ PIUMI AMT2 o masie powierzchniowej g/m2;
• tkaninę zewnętrzną 9 wykonaną z 70% poliester oraz 30% poliuretan, typ 2L ERICTEX 2
AMT3 (symbol B016YAD), o masie powierzchniowej 205 g/m2, 2 • włókninę polipropylenową 10 o masie powierzchniowej 248 g/m2 i grubości 4 mm.
Wybór włókniny polipropylenowej 10 był podyktowany jej elastycznością umożliwiającą zmianę grubości w zakresie od 40 mm do 20 mm.
Warstwę włókniny polipropylenowej podzielono podszewką na równoległe kanały 11. Do wnętrza utworzonych kanałów 11 przytwierdzono elementy elektro-aktywne E wykonane z polimeru kwasu tertrafluoroetyleno-perfluoro-3,6-dioksa-4-metyl-7-octenosulfonowego 6, pokrytego warstwami przewodzącymi z platyny 2 i złota 3 oraz dodatkową warstwą elektroizolacyjną 4, zawierającego ciecz jonową 1-etylo-3-metyloimidazolo trifluorometanosulfonian (EMI-Tf) 5. Na jednym z końców elementy elektro-aktywne E zaopatrzone są w elektrodę miedzianą 1 wraz przewodami zasilania niskiego napięcia 7. Elektroda miedziana 1 wraz z przewodami zasilania niskiego napięcia 7 wyprowadzona jest na zewnątrz tkaniny zewnętrznej 9. Ponieważ zakres sił generowanych podczas odkształcania pojedynczych elementów elektro-aktywnych E jest niewystarczający do wymuszenia zmiany grubości materiału, do jego konstrukcji wykorzystano zestaw tych elementów E, połączonych równolegle. Odległość między poszczególnymi elementami elektro-aktywnymi E nie powinna przekraczać 40 mm, w celu zapewnienia zakładanej zmiany grubości materiału.
Dolną część elementów elektro-aktywnych E (zwierającą elektrody oraz przewody elektryczne) należy zamocować do tkaniny zewnętrznej 9, a elementy elektro-aktywne E przymocować do przegród wykonanych z materiału podszewkowego. Włożyć wkład izolujący z włókniny polipropylenowej 10 do wykonanych przegród. Zestawy elementów elektro-aktywnych E podłączyć do zasilacza.
Podszewkę należy zszyć z materiałem zewnętrznym.
Prototyp odzieży chroniącej przed zimnem składał się z:
• kurtki chroniącej przed zimnem typ Tourist II, • elementów elektro-aktywnych wraz z układem zasilania, • pakietu materiałów tekstylnych, zawierającego zewnętrzną warstwę z tkaniny z membraną paroprzepuszczalną, elastycznej warstwy termoizolacyjnej z włókniny oraz wewnętrznej warstwy odzieży (podszewki).
Do wytworzenia materiału elektro-aktywnego wykorzystano polimer kwasu tertrafluoroetyleno-perfluoro-3,6-dioksa-4-metyl-7octenosulfonowego (polimer Nafion), w postaci folii.
W tabeli 1 podano właściwości fizyczne membran z polimeru Nafion, które mogą być stosowane do wytwarzania elementów elektro-aktywnych E.
PL 226 199 B1
T a b e l a 1
| Typ | Grubość | Masa powierzchniowa | Przewodnictwo właściwe |
| membrany | [mm] | [m/m2] | [S/cm] |
| Nation 117 | 0,183 | 360 | 0,10 |
| Nation 1100 | 0,254 | 500 | 0,10 |
Procedura wytwarzania materiału elektro-aktywnego składa się z następujących etapów:
• zwiększenie chropowatości powierzchni polimeru, • czyszczenie polimeru, • adsorpcja jonów platyny na powierzchni polimeru, • redukcja jonów platyny na powierzchni polimeru, • naniesienie właściwej warstwy platyny na powierzchnię polimeru, • wprowadzenie jonów do wnętrza polimeru, • naniesienie dodatkowych warstw przewodzących z cienkich folii metalicznych na powierzchnię materiału elektro-aktywnego, • zamocowanie elektrod miedzianych, • zamocowanie warstwy elektroizolacyjnej w postaci cienkiej folii z polipropylenu.
Poniżej szczegółowo przedstawiono etapy wytwarzania materiału elektro-aktywnego.
Z folii polimeru (Nafion 117 Nafion 220) wycięto fragmenty o wymiarach 100 mm x 110 mm. Wycięte fragmenty folii poddano ścieraniu, w celu zwiększenia chropowatości powierzchni.
Do ścierania zastosowano 2 kg piasku kwarcowego, wysypywanego z wysokości 2 m, na obracające się tarcze z zamocowaną folią.
Następnie folię umieszczono w wodzie dejonizowanej i poddano czyszczeniu w mieszadle ultradźwiękowym, przez 30 minut w temperaturze pokojowej w celu usunięcia pozostałości kwarcu.
Folię poddano procesowi suszenia i umieszczono w roztworze kwasu solnego o stężeniu 3 mol/dm3. Roztwór podgrzano do temperatury 90°C i mieszano przez 60 minut, przy użyciu mieszadła ultradźwiękowego, w celu usunięcia z membrany zanieczyszczeń oraz jonów.
Folię wyjęto z kwasu solnego i płukano 5-krotnie wodą dejonizowaną, a następnie umieszczono na 30 minut w wodzie dejonizowanej o temperaturze 90°C, i mieszano za pomocą mieszadła ultradźwiękowego.
W kolejnym etapie polimer umieszczono w 120 ml roztworu wodnego chlorku tetra-amino3
-platyny Pt(NH3)4Cl2 o stężeniu jonów platyny 2 g/dm3. Do mieszaniny dodano 1 ml 5% roztworu wodnego wody amoniakalnej, w celu zobojętnienia roztworu. Mieszaninę pozostawiono na 48 godzin. Roztwór podgrzano do 40°C i dodano 1,4 ml 5% roztworu borowodorku sodu, jednocześnie mieszając. Procedurę dodawania roztworu borowodorku sodu powtarzano 5 razy stopniowo podnosząc temperaturę mieszaniny do 60°C. Zaobserwowano powstanie szarej warstwy metalicznej platyny na powierzchni polimeru. W celu zakończenia reakcji dodano 12 ml roztworu borowodorku sodu i mieszano przez 1,5 godziny w temperaturze 60°C. Wyjęto polimer z roztworu i płukano wodą dejonizowaną.
3
Polimer umieszczono w kwasie solnym o stężeniu 0,1 mol/dm3 i mieszano przez godzinę.
2
Ponieważ na powierzchni polimeru zostało osadzone jedynie około 0,9 mg platyny na cm2, nałożono drugą warstwę metalu.
3
W tym celu polimer umieszczono w roztworze o stężeniu jonów platyny 3 g/dm3 w 150 ml dejonizowanej wody i dodano 3,3 ml 5% roztworu wody amoniakalnej w celu zobojętnienia roztworu.
Roztwór podgrzano do 40°C, a następnie dodano 4 ml roztworu chlorowodorku hydroksyloam iny - (NH2OH-HCI) i 2 ml 20% roztworu wodnego hydrazyny.
Roztwór mieszano przez 30 minut z zastosowaniem mieszadła ultradźwiękowego. Procedurę dodawana odczynników redukujących powtarzano 6-krotnie, podnosząc stopniowo temperaturę roztworu do 60°C. Pod koniec reakcji redukcji pobrano próbkę roztworu i dodano 5 mg borowodorku sodu. Ponieważ nie zaobserwowano wytrącenia ciemnego osadu platyny z roztworu zakończono reakcję depozycji platyny na powierzchni polimeru.
Wyjęto polimer z roztworu i przemyto dejonizowaną wodą i umieszczono w roztworze kwasu 3 solnego o stężeniu 0,1 mol/dm3 o temperaturze 90°C. Roztwór mieszano przez 1 godzinę, w celu usunięcia kationów amoniowych z polimeru.
Na podstawie wyznaczenia różnicy masy polimeru przed reakcją i po reakcji, stwierdzono, że wydajność obu procesów depozycji platyny wyniosła 95%.
PL 226 199 B1
Próbki polimerów Nafion 117 oraz Nafion 1110, z naniesionymi warstwami przewodzącymi z platyny pocięto na fragmenty o wymiarach 50 mm x 10 mm. Fragmenty polimerów poddano suszeniu pod zmniejszonym ciśnieniem, z wykorzystaniem pompy próżniowej. Następnie próbki polimerów umieszczono w eksykatorze, pod zmniejszonym ciśnieniem nad pięciotlenkiem fosforu, przez 48 godzin, w celu usunięcia pozostałej wody.
Wysuszone fragmenty polimerów z naniesionymi warstwami przewodzącymi umieszczono w cieczy jonowej.
Do konstrukcji elementów elektro-aktywnych mogą być stosowane ciecze jonowe podane w tabeli 2.
T a b e l a 2
| Skrót | Nazwa | Temperatura krzepnięcia [°C] | Lepkość* [Pa-s] | Przewodnictwo jonowe** [S/m] |
| EMI-BF4 | 1-Etylo-3-metyloimidazolotetrafluoroboran | -26 | 0,037 | 1,4 |
| EMI-Tf | 1-Etylo-3-metyloimidazolotrifluoroboran | -11 | 0,041 | 0,92 |
* lepkość w temperaturze 298K ** przewodnictwo jonowe w temperaturze 298K
Ciecze jonowe przeznaczone do stosowania w elementach elektro-aktywnych powinny charakteryzować się temperaturą krzepnięcia powyżej 20°C, lepkością w tej temperaturze poniżej 0,15 [Pa-s] oraz dobrym przewodnictwem jonowym - powyżej 0,25 [S/m].
Wytworzone próbki polimerów, z naniesioną warstwą przewodzącą poddano suszeniu wstępnemu w temperaturze 60°C, pod zmniejszonym ciśnieniem przez 8 h. Następnie próbki umieszczono w eksykatorze pod zmniejszonym ciśnieniem we wnętrzu, którego umieszczono pojemnik ze środkiem absorbującym wodę (pięciotlenkiem fosforu). Po usunięciu pozostałej wody z wnętrza próbek polimerów wprowadzono do ich wnętrza wybrane ciecze jonowe oraz roztwory wodne wybranych chlorków metali.
Elementy elektro-aktywne zanurzono w cieczach jonowych lub roztworach wodnych i poddano mieszaniu ultradźwiękowemu w temperaturze 60°C. W trakcie mieszania próbki poddawano ważeniu, w celu ustalenia stopnia ich nasycenia. Podczas nasycania próbek materiałów elektro-aktywnych obserwowany jest spadek przewodności elektrycznej elektrod platynowych naniesionych na powierzchnie polimeru Nafion. Jest to spowodowane pojawieniem się pęknięć warstwy przewodzącej na skutek pęcznienia polimeru podczas procesu nasycania cieczami jonowymi.
W związku, z czym na powierzchnię próbek materiałów elektro-aktywnych należy nanieść dodatkową warstwę przewodzącą.
Do tego celu wykorzystano metodę galwanicznego nanoszenia złota.
Zastosowano kąpiel galwaniczną firmy WELAND numer 2015, zawierającą cyjanek złota(I) 3 w roztworze zasadowym, o stężeniu złota 1 g/dm3. Proces galwanicznego nanoszenia złota prowadzono w temperaturze pokojowej, przez 300 s oraz przy napięciu 7 V.
Po zakończeniu procesu próbkę przemyto wodą dejonizowaną oraz poddano wstępnemu suszeniu w temperaturze 80°C, pod zmniejszonym ciśnieniem, przez 48 h. Następnie próbki ponownie suszono w eksykatorze nad pięciotlenkiem fosforu, pod zmniejszonym ciśnieniem przez 24 h, w celu usunięcia pozostałej wody z wnętrza polimeru.
Po zakończeniu procesu suszenia próbki ponownie nasycano wybranymi cieczami jonowymi.
Do elementów elektro-aktywnych przyklejono elektrody miedziane, za pomocą kleju ELECTON 40 AC. Klej ten zawiera zdyspergowane cząstki srebra w polimerze akrylowym.
Zaletą proponowanego rozwiązania, w stosunku do istniejących na rynku rozwiązań, jest możliwość uzyskania dużego zakresu zmian termoizolacyjności odzieży, przy małym zapotrzebowaniu energetycznym układu oraz związany z tym brak konieczności stosowania układów zasilania o dużej pojemności energetycznej.
Zasilacz umożliwia regulację napięcia w zakresie od 0,7 V do 5 V.
Zasilacz wyposażony jest w 4 standardowe akumulatory typu AA oraz układ umożliwiający ładowanie akumulatorów z sieci elektrycznej (230 V, 50 Hz).
Do zasilacza podłączono moduł wyposażony w czujnik temperatury, umożliwiający automatyczne włączenie układu, po przekroczeniu, ustalonej przez użytkownika odzieży temperatury maksymalnej.
PL 226 199 B1
Czujnik temperatury zamocowano do wewnętrznej powierzchni materiału termo-aktywnego. Czujnik temperatury umożliwia włączanie układu w zakresie temperatur pod materiałem odzieżowym od 18°C do 38°C.
Model materiału termo-aktywnego zamocowano do wewnętrznej strony kurtki w górnej części pleców.
Zasilacz, wraz z układem sterującym został zamocowany w kieszeni przytwierdzonej do wewnętrznej strony odzieży termo-aktywnej.
Ze względu na różnice w indywidualnym odczuwaniu komfortu cieplnego pozostawiono możliwość wyboru temperatury oraz zakresu zmian grubości materiału izolacyjnego użytkownikowi odzieży termo-aktywnej.
Wyniki badań prototypu odzieży Wyniki badań materiału termo-aktywnego
Badania izolacyjności cieplnej modelu materiału termo-aktywnego przeprowadzono z zastosowaniem metody stosowanej do badania izolacyjności cieplnej materiałów opisanej w 5.5 normy PN-EN 511:2009. Wybór tej metody był podyktowany możliwością zamocowania materiału termo-aktywnego podczas badań bez konieczności jego przytwierdzania za pomocą klamer dociskowych.
Rozwiązanie to umożliwiło uzyskanie swobodnej deformacji badanego materiału pod wpływem działania elementów elektro-aktywnych.
Badania izolacyjności cieplnej modelu materiału termo-aktywnego wykonano dla tego materiału bez napięcia wymuszającego oraz po przyłożeniu napięcia wymuszającego odkształcenie elementów elektro-aktywnych o wartości od 2,0 V, 3,5 V, 4,0 V i 5,0 V. Uzyskane wyniki badań zmian izolacyjności cieplnej modelu materiału termo-aktywnego przedstawiono na wykresie Fig. 5.
Wyniki uzyskanych badań wskazują, że materiał termo-aktywny zmienia izolacyjność cieplną w zakresie od 0.329 [m2K/W] do 0.255 [m2K/W],
Wykonany model materiału charakteryzuje się dużym zakresem zmian izolacyjności cieplnej 2 (0,074 m2K/W) oraz małym zapotrzebowaniem energetycznym (napięcie polaryzacji 5 V oraz natężenie prądu 0,12 A).
Wyniki badań termograficznych prototypu odzieży chroniącej przed zimnem
Przeprowadzono również badania izolacyjności cieplnej modelu materiału, zmontowanego w kurtce ciepłochronnej, metodą termograficzną.
Krzywe zmian temperatury na powierzchni kurtki w czasie zarejestrowane za pomocą termokamery przedstawiono na wykresie Fig. 6.
Na podstawie uzyskanych wyników badań można stwierdzić, że w wyniku wymuszenia zmiany grubości materiału izolacyjnego uzyskano znaczną zmianę izolacyjności cieplnej badanej kurtki ciepłochronnej. Dla kurtki bez włączonego napięcia wymuszającego zmiana temperatury na powierzchni kurtki od 3,5°C do -10°C następuje po 220 s ekspozycji na zimno. Natomiast w przypadku kurtki z włączonym napięciem wymuszającym o wartości 3,5 V, temperatura -10°C na powierzchni kurtki jest rejestrowana po 150 s, a dla kurtki z włączonym napięciem wymuszającym zmianę grubości warstwy izolacyjnej 5,0 V, odpowiednio po 70 s.
Opracowany aktywny materiał termoizolacyjny może stanowić alternatywę dla stosowanych obecnie rozwiązań konstrukcyjnych odzieży wyposażonej w elementy grzejne lub może być stosowany z nimi komplementarnie.
Claims (8)
1. Tekstylny materiał termo-aktywny, znamienny tym, że składa się z warstwy podszewkowej (8) oraz tkaniny zewnętrznej (9), pomiędzy którymi znajduje się elastyczna warstwa termoizolacyjna (10) a pomiędzy warstwą podszewkową (8) a tkaniną zewnętrzną (9) utworzone są kanały (11) wykonane z tkaniny podszewkowej a w kanałach (11) umieszczone są elementy elektro-aktywne (E) w postaci pasków folii wykonane z polimeru elektro-aktywnego (6) zawierające ciecz jonową o temperaturze krzepnięcia poniżej -10°C, lepkości w temperaturze 20°C poniżej 0,15 Pa^s oraz przewodnictwie jonowym powyżej 0,25 S/m a element elektro-aktywny (E) pokryty jest co najmniej jedną warstwą przewodzącą (2) i ewentualnie dodatkową warstwą elektroizolacyjną (4) a na jednym z końców element elektro-aktywny (E) zaopatrzony jest w elektrodę miedzianą (1) wraz przewodami zasilania niskiego
PL 226 199 B1 napięcia (7), przy czym elektroda miedziana (1) wraz z przewodami zasilania niskiego napięcia (7) wyprowadzona jest na zewnątrz tkaniny zewnętrznej (9) a ponadto elementy elektro-aktywne (E) w każdym z kanałów (11) połączone są ze sobą równolegle oraz połączone są z tkaniną zewnętrzną (9) oraz warstwą podszewkową (8).
2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa podszewkowa (8) wykonana jest z 100% poliamidu o masie powierzchniowej 35 g/m2.
3. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że tkanina zewnętrzna (9) wykonana jest z 70% poliestru oraz 30% poliuretanu o masie powierzchniowej 205 g/m2.
4. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że elastyczna warstwa termoizolacyjna (10) wykonana jest z włókniny polipropylenowej o masie powierzchniowej 248 g/m2 i grubości 4 mm.
5. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że jako polimer elektro-aktywny (6) stosuje się polimer kwasu tertrafluoroetyleno-perfluoro-3,6-dioksa-4-metyl-7-octenosulfonowego.
6. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że jako ciecze jonowe stosuje się 1-etylo-3-metyloimidazolo tetrafluoroboran lub 1-etylo-3-metyloimidazolo trifluorometanosulfonian.
7. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że jako warstwy przewodzące stosuje się warstwę platyny (2) oraz nałożoną na nią warstwę złota (3).
8. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że odległość między poszczególnymi elementami elektro-aktywnymi (E) nie przekracza 40 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL407233A PL226199B1 (pl) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Tekstylny material termo-aktywny |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL407233A PL226199B1 (pl) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Tekstylny material termo-aktywny |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL407233A1 PL407233A1 (pl) | 2015-05-25 |
| PL226199B1 true PL226199B1 (pl) | 2017-06-30 |
Family
ID=53176117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL407233A PL226199B1 (pl) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | Tekstylny material termo-aktywny |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL226199B1 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL235407B1 (pl) * | 2017-11-02 | 2020-07-27 | Bednarek Aleksander Albed Przed Produkcyjno Handlowo Uslugowe | Sposób wytwarzania laminatu z dzianiny i folii ze strukturami elektroprzewodzącymi |
-
2014
- 2014-02-18 PL PL407233A patent/PL226199B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL407233A1 (pl) | 2015-05-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Peng et al. | A fluorinated polymer sponge with superhydrophobicity for high-performance biomechanical energy harvesting | |
| Nagarale et al. | Preparation of polyvinyl alcohol–silica hybrid heterogeneous anion-exchange membranes by sol–gel method and their characterization | |
| Asaka et al. | Bending of polyelectrolyte membrane platinum composites by electric stimuli: Part II. Response kinetics | |
| Kim et al. | Energy harvesting from salinity gradient by reverse electrodialysis with anodic alumina nanopores | |
| US7982371B1 (en) | Polymer metal composite membranes | |
| Teng et al. | Nafion/organically modified silicate hybrids membrane for vanadium redox flow battery | |
| RU2521042C2 (ru) | Электрохимическое устройство с твердым щелочным ионопроводящим электролитом и водным электролитом | |
| Kim et al. | Large area multi-stacked lithium-ion batteries for flexible and rollable applications | |
| Kang et al. | Numerical study on energy harvesting from concentration gradient by reverse electrodialysis in anodic alumina nanopores | |
| Ismail et al. | Fibroin/Polyaniline microfibrous mat. Preparation and electrochemical characterization as reactive sensor | |
| Li et al. | PVDF-based composite microporous gel polymer electrolytes containing a novelsingle ionic conductor SiO2 (Li+) | |
| CN101584078A (zh) | 参比电极、制造方法和包括该参比电极的电池 | |
| WO2003081761A2 (en) | Conducting polymer activators based on microporous asymmetric membranes | |
| Zhao et al. | Wet-spun PEDOT: PSS/ionic liquid composite fibers for wearable e-textiles | |
| PL226199B1 (pl) | Tekstylny material termo-aktywny | |
| Shi et al. | Self-powered hydrogels induced by ion transport | |
| CN114058060A (zh) | 导电聚合物水凝胶及其制备方法、产电器件 | |
| Perret et al. | Electrochemical template synthesis of ordered lead dioxide nanowires | |
| Napollion et al. | Electrochemical performance of ionic polymer metal composite under tensile loading | |
| Linkov et al. | Novel ceramic membranes for electrodialysis | |
| CN109275212A (zh) | 一种新型具有ptc效应的电热膜及其制备方法 | |
| Macias et al. | Stability of the calcium hydroxyzincate protective layer developed on galvanized reinforcements after a further increase of the pH value | |
| Shahinpoor | Artificial muscles | |
| Ji et al. | cAMP sensitive nanochannels driven by conformational transition of a tripeptide-based smart polymer | |
| Singh et al. | Studies on the characterization of cholesterol liquid membrane |