一种电热理疗与运动监测的纸基材料及其制备方法和应用专利检索-制造不连续纸页浆板或卡片纸板或为生产纤维板的湿纸幅的方法或装置专利检索查询-专利查询网

一种电热理疗与运动监测的纸基材料及其制备方法和应用
申请号	CN202211493560.6	申请日	2022-11-25	公开(公告)号	CN115821634A	公开(公告)日	2023-03-21
申请人	陕西科技大学;			发明人	张美云; 刘佳伟; 杨斌; 谭蕉君; 宋顺喜; 聂景怡; 戢德贤; 孙浩;
摘要	本发明公开了一种电热理疗与运动监测的纸基材料及其制备方法和应用，属于纸页制造技术领域。包括以下步骤：芳纶沉析纤维与CNT共磨得到混合物A；混合物A与MXene混合得到混合物B；芳纶短切纤维分散后与混合物B混合得到混合物C；混合物C经脱水成形、室温压榨、干燥、热压和激光切割，得到一种纸基材料，可以用于电热理疗和运动监测。
权利要求	1.一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳纳米管和芳纶沉析纤维混合后共同磨浆，得到混合物A；随后在混合物A中加入MXene，得到混合物B；将芳纶短切纤维、分散剂和水混合后，加入混合物B中，进行疏解后得到混合物C；在混合物C中加入助留剂，搅拌后脱水成形，依次经过压榨、干燥、热压处理后得到复合芳纶纸；在复合芳纶纸上加工出剪纸结构，得到一种电热理疗与运动监测的纸基材料。 2.根据权利要求1所述的一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，其特征在 2 于，所述电热理疗与运动监测的纸基材料的定量为45‑60g/m；所述共同磨浆5000‑15000r，得到混合物A。 3.根据权利要求1所述的一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管在电热理疗与运动监测的纸基材料中的质量分数为14％‑29％。 4.根据权利要求1所述的一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，其特征在于，所述MXene在电热理疗与运动监测的纸基材料中的质量分数为1％‑3％；所述MXene在使用前和去离子水配置成质量浓度为3％的MXene悬浮液。 5.根据权利要求1所述的一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，其特征在于，所述芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维的质量比为1：1。 6.根据权利要求1所述的一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂的质量为芳纶短切纤维质量的0.12％‑0.15％；所述助留剂的质量为芳纶纸质量的0.02％‑0.05％。 7.根据权利要求1所述的一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，其特征在于，所述压榨的时间为4‑8min；所述干燥的温度为80‑105℃，所述干燥的时间为7‑10min；所述热压的温度为200℃，压力为10MPa，时间为5‑10min。 8.根据权利要求1所述的一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，其特征在于，所述在复合芳纶纸上加工出剪纸结构是采用激光切割进行加工；所述激光切割的工艺参数为：激光切割速度为1500m/min，切割功率为4W，切割行距和切割间距分别为1‑5mm，切割长度为10‑140mm。 9.一种电热理疗与运动监测的纸基材料，其特征在于，采用权利要求1～8中任意一项所述的一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法制备得到。 10.权利要求9所述的一种电热理疗与运动监测的纸基材料的应用，其特征在于，所述电热理疗与运动监测的纸基材料作为电热理疗和运动监测中的电制发热材料和传感材料。
说明书全文	一种电热理疗与运动监测的纸基材料及其制备方法和应用技术领域 [0001] 本发明属于纸页制造技术领域，具体涉及一种电热理疗与运动监测的纸基材料及其制备方法和应用。背景技术 [0002] 柔性电子是多学科交叉的新兴学科，依托柔性电子技术制造的柔性传感器、柔性加热器等柔性电子元件已经应用于医疗保健和健康监测领域。常见的柔性电子元件由柔性基底、敏感元件、电极和封装层四个部分组成，组装过程简单。 [0003] 已报道的柔性电子器件能单独作为传感器、加热器使用，但应用于可穿戴的柔性电子设备时，其透气性差，与复杂曲面的共形能力不佳。同时，单一功能的器件限制了其应用范围。发明内容 [0004] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电热理疗与运动监测的纸基材料及其制备方法和应用，用以解决现有技术柔性电子器件透气性、共形能力不佳以及功能单一的技术问题。 [0005] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现： [0006] 本发明公开了一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，包括以下步骤： [0007] 将碳纳米管和芳纶沉析纤维混合后共同磨浆，得到混合物A；随后在混合物A中加入MXene，得到混合物B； [0008] 将芳纶短切纤维、分散剂和水混合后，加入混合物B中，进行疏解后得到混合物C； [0009] 在混合物C中加入助留剂，搅拌后脱水成形，依次经过压榨、干燥、热压处理后得到复合芳纶纸；在复合芳纶纸上加工出剪纸结构，得到一种电热理疗与运动监测的纸基材料。 [0010] 进一步地，所述电热理疗与运动监测的纸基材料的定量为45‑60g/m2；所述共同磨浆5000‑15000r，得到混合物A。 [0011] 进一步地，所述碳纳米管在电热理疗与运动监测的纸基材料中的质量分数为14％‑29％。 [0012] 进一步地，所述MXene在电热理疗与运动监测的纸基材料中的质量分数为1％‑3％；所述MXene在使用前和去离子水配置成质量浓度为3％的MXene悬浮液。 [0013] 进一步地，所述芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维的质量比为1：1。 [0014] 进一步地，所述分散剂的质量为芳纶短切纤维质量的0.12％‑0.15％；所述助留剂的质量为芳纶纸质量的0.02％‑0.05％。。 [0015] 进一步地，所述压榨的时间为4‑8min；所述干燥的温度为80‑105℃，所述干燥的时间为7‑10min；所述热压的温度为200℃，压力为10MPa，时间为5‑10min。 [0016] 进一步地，所述在复合芳纶纸上加工出剪纸结构是采用激光切割进行加工；所述激光切割的工艺参数为：激光切割速度为1500m/min，切割功率为4W，切割行距和切割间距分别为1‑5mm，切割长度为10‑140mm。 [0017] 本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的电热理疗与运动监测的纸基材料。 [0018] 本发明还公开了上述电热理疗与运动监测的纸基材料的应用，所述电热理疗与运动监测的纸基材料作为电热理疗和运动监测中的电制发热材料和传感材料。 [0019] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0020] 本发明公开了一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，以芳纶纤维为骨架，碳纳米管、MXene为功能填料，通过浆料共磨、湿法造纸、热压等过程制得，材料制备过程简单易行。采用的芳纶纤维不同于木质纤维，将其作为骨架成分制备得到的纸基材料可塑性高、耐高温、机械性能优异。在众多不同的碳材料中，碳纳米管具有低密度、高强度、高电导率、低热膨胀系数等特性，MXene是一种新型二维过渡金属碳/氮化物，具有高比表面积、高电导率以及优异的光学、电学及力学特性。同时使用两种导电填料能够在低加填量下实现高导电性能。通过加工出剪纸结构，当受到拉伸时，首先是剪纸结构发生形变，达到剪纸结构的极限形变后，材料才开始被拉伸。 [0021] 进一步地，通过控制激光切割的参数，剪纸结构有效地提高了纸基材料的延展性。此外，热压以后的纸基材料透气度低，导致佩戴舒适度差，通过激光切割构筑剪纸结构有效提高了材料的透气度，从而提高了纸基材料作为可穿戴器件的舒适感。 [0022] 本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的电热理疗与运动监测的纸基材料，其采用芳纶纤维作为骨架成分，使其可塑性高、耐高温、机械性能优异；同时，具有低密度、高强度、高电导率、低热膨胀系数等特性，又兼具高比表面积、高电导率以及优异的光学、电学及力学特性，也能在低加填量下实现高导电性能，具有广阔的应用前景。 [0023] 本发明还公开了上述电热理疗与运动监测的纸基材料的应用，由于其可塑性高、耐高温、机械性能优异，使其在应用时共形能力强，能实现双重功能，且通过激光切割构筑剪纸结构有效提高了材料的透气度，从而提高了纸基材料作为可穿戴器件的舒适感。附图说明 [0024] 图1为本发明的电热理疗与运动监测的纸基材料的实物图； [0025] 图2为本发明的电热理疗与运动监测的纸基材料被拉伸时产生形变的实物图； [0026] 图3为电热理疗与运动监测的纸基材料对手指弯曲时收集到的电信号示意图； [0027] 图4为电热理疗与运动监测的纸基材料对人体做出OK手势时收集到的电信号示意图； [0028] 图5为电热理疗与运动监测的纸基材料对人体步行时收集到的电信号示意图； [0029] 图6为电热理疗与运动监测的纸基材料对人体跑步时收集到的电信号示意图； [0030] 图7为电热理疗与运动监测的纸基材料的发热温度随加载电压变化的折线图； [0031] 图8为本发明制备电热理疗与运动监测的纸基材料的工艺流程图。具体实施方式 [0032] 为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。 [0033] 本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。 [0034] 本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。 [0035] 本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。 [0036] 本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。 [0037] 如图8所示，本发明公开的一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，包括以下步骤： [0038] 制备质量浓度为0.05％分散剂溶液，备用；制备质量浓度为0.02％助留剂溶液，备用；制备质量浓度为3％MXene悬浮液，备用； [0039] 分别称取芳纶沉析纤维、碳纳米管(CNT)粉末，共同磨浆5000r‑15000r，得到混合物A；将混合物A与MXene在水中分散，得到混合物B；称取芳纶短切纤维，并加入分散剂后在水中分散，然后与混合物B混合，疏解，得到混合物C； [0040] 向混合物C中加入助留剂，搅拌后倒入纸页成型器，脱水得到湿纸页，将湿纸页使用平板冷压后转移至纸页干燥器干燥得到复合芳纶纸； [0041] 使用激光切割在复合芳纶纸上加工出剪纸图案，即得一种电热理疗与运动监测的纸基材料。 [0042] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。 [0043] 下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。 [0044] 实施例1 [0045] 一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，包括以下步骤： [0046] 称取0.05g的分散剂，倒入99.95g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.05％的分散剂溶液；称取0.02g的助留剂，倒入99.98g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.02％的助留剂溶液；称取0.3g的MXene粉末，倒入9.7g去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为3％的MXene悬浮液； [0047] 称取相当于绝干质量0.666g的芳纶沉析纤维、0.29g CNT粉末，共同磨浆5000r，得到混合物A； [0048] 量取0.634mL的MXene悬浮液与混合物A共同在水中分散，得到混合物B；称取0.666g的芳纶短切纤维，并加入1.598g的分散剂溶液后在水中分散，然后与混合物B混合，疏解，得到混合物C； [0049] 向混合物C中加入1.902g助留剂溶液，搅拌后倒入纸页成型器，脱水得到湿纸页，将湿纸页使用平板冷压4min后转移至纸页干燥器，80℃干燥10min，然后在200℃、10MPa的2 2 压力下热压5min，得到面积为0.0317m ，定量为60g/m ，CNT的含量为18％，MXene的含量为 2％的复合芳纶纸； [0050] 使用激光切割在复合芳纶纸上加工出剪纸结构，设置激光切割速度为1500m/min，切割功率为4W，切割行距x＝1mm，切割间距y＝1mm，切割长度l＝140mm，得到一种电热理疗与运动监测的纸基材料。 [0051] 实施例2 [0052] 一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，包括以下步骤： [0053] 称取0.05g的分散剂，倒入99.95g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.05％的分散剂溶液；称取0.02g的助留剂，倒入99.98g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.02％的助留剂溶液；称取0.3g的MXene粉末，倒入9.7g去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为3％的MXene悬浮液； [0054] 称取相当于绝干质量0.654g的芳纶沉析纤维、0.401g CNT粉末，共同磨浆10000r，得到混合物A； [0055] 量取1.162mL的MXene悬浮液与混合物A共同在水中分散，得到混合物B；称取0.654g的芳纶短切纤维，并加入1.961g的分散剂溶液后在水中分散，然后与混合物B混合，疏解，得到混合物C； [0056] 向混合物C中加入2.615g的助留剂溶液，搅拌后倒入纸页成型器，脱水得到湿纸页，将湿纸页使用平板冷压5min后转移至纸页干燥器，95℃干燥9min，然后在200℃、10MPa2 2 的压力下热压6min，得到面积为0.0317m ，定量为55g/m ，CNT的含量为23％，MXene的含量为 2％的复合芳纶纸； [0057] 使用激光切割在复合芳纶纸上加工出剪纸结构，设置激光切割速度为1500m/min，切割功率为4W，切割行距x＝2mm，切割间距y＝5mm，切割长度l＝40mm，得到一种电热理疗与运动监测的纸基材料。 [0058] 实施例3 [0059] 一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，包括以下步骤： [0060] 称取0.05g的分散剂，倒入99.95g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.05％的分散剂溶液；称取0.02g的助留剂，倒入99.98g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.02％的助留剂溶液；称取0.3g的MXene粉末，倒入9.7g去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为3％的MXene悬浮液； [0061] 称取相当于绝干质量0.594g的芳纶沉析纤维、0.349g的CNT粉末，共同磨浆15000r，得到混合物A； [0062] 量取1.585mL的MXene悬浮液与混合物A共同在水中分散，得到混合物B；称取0.594g的芳纶短切纤维，并加入1.427g的分散剂溶液后在水中分散，然后与混合物B混合，疏解，得到混合物C； [0063] 向混合物C中加入1.585g的助留剂溶液，搅拌后倒入纸页成型器，脱水得到湿纸页，将湿纸页使用平板冷压6min后转移至纸页干燥器，90℃干燥8min，然后在200℃、10MPa2 2 的压力下热压7min，得到面积为0.0317m ，定量为50g/m ，CNT的含量为22％，MXene的含量为 3％的复合芳纶纸； [0064] 使用激光切割在复合芳纶纸上加工出剪纸结构，设置激光切割速度为1500m/min，切割功率为4W，切割行距x＝3mm，切割间距y＝2mm，切割长度l＝75mm，得到一种电热理疗与运动监测的纸基材料。 [0065] 实施例4 [0066] 一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，包括以下步骤： [0067] 称取0.05g的分散剂，倒入99.95g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.05％的分散剂溶液；称取0.02g的助留剂，倒入99.98g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.02％的助留剂溶液；称取0.3g的MXene粉末，倒入9.7g去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为3％的MXene悬浮液； [0068] 称取相当于绝干质量0.606g的芳纶沉析纤维、0.200g的CNT粉末，共同磨浆10000r，得到混合物A； [0069] 量取0.476mL的MXene悬浮液与混合物A共同在水中分散，得到混合物B；称取0.606g的芳纶短切纤维，并加入1.455g的分散剂溶液后在水中分散，然后与混合物B混合，疏解，得到混合物C； [0070] 向混合物C中加入1.427g的助留剂溶液，搅拌后倒入纸页成型器，脱水得到湿纸页，将湿纸页使用平板冷压7min后转移至纸页干燥器，95℃干燥9min，然后在200℃、10MPa2 2 的压力下热压5min，得到面积为0.0317m ，定量为45g/m ，CNT的含量为14％，MXene的含量为 1％的复合芳纶纸； [0071] 使用激光切割在复合芳纶纸上加工出剪纸结构，设置激光切割速度为1500m/min，切割功率为4W，切割行距x＝2mm，切割间距y＝2mm，切割长度l＝90mm，得到一种电热理疗与运动监测的纸基材料。 [0072] 实施例5 [0073] 一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，包括以下步骤： [0074] 称取0.05g的分散剂，倒入99.95g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.05％的分散剂溶液；称取0.02g的助留剂，倒入99.98g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.02％的助留剂溶液；称取0.3g的MXene粉末，倒入9.7g去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为3％的MXene悬浮液； [0075] 称取相当于绝干质量0.350g的芳纶沉析纤维、0.290g的CNT粉末，共同磨浆15000r，得到混合物A； [0076] 量取0.581mL的MXene悬浮液与混合物A共同在水中分散，得到混合物B；称取0.350g的芳纶短切纤维，并加入1.465g的分散剂溶液后在水中分散，然后与混合物B混合，疏解，得到混合物C； [0077] 向混合物C中加入1.744g的助留剂溶液，搅拌后倒入纸页成型器，脱水得到湿纸页，将湿纸页使用平板冷压8min后转移至纸页干燥器，100℃干燥8min，然后在200℃、10MPa2 2 的压力下热压8min，得到面积为0.0317m ，定量为55g/m ，CNT的含量为29％，MXene的含量为 1％的复合芳纶纸； [0078] 使用激光切割在复合芳纶纸上加工出剪纸结构，设置激光切割速度为1500m/min，切割功率为4W，切割行距x＝4mm，切割间距y＝4mm，切割长度l＝120mm，得到一种电热理疗与运动监测的纸基材料。 [0079] 实施例6 [0080] 一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，包括以下步骤： [0081] 称取0.05g的分散剂，倒入99.95g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.05％的分散剂溶液；称取0.02g的助留剂，倒入99.98g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.02％的助留剂溶液；称取0.3g的MXene粉末，倒入9.7g去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为3％的MXene悬浮液； [0082] 称取相当于绝干质量0.634g的芳纶沉析纤维、0.190g的CNT粉末，共同磨浆5000r，得到混合物A； [0083] 量取0.528mL的MXene悬浮液与混合物A共同在水中分散，得到混合物B；称取0.634g的芳纶短切纤维，并加入1.522g的分散剂溶液后在水中分散，然后与混合物B混合，疏解，得到混合物C； [0084] 向混合物C中加入1.585g的助留剂溶液，搅拌后倒入纸页成型器，脱水得到湿纸页，将湿纸页使用平板冷压4min后转移至纸页干燥器，105℃干燥7min，然后在200℃、10MPa2 2 的压力下热压10min，得到面积为0.0317m ，定量为50g/m ，CNT的含量为19％，MXene的含量为1％的复合芳纶纸； [0085] 使用激光切割在复合芳纶纸上加工出剪纸结构，设置激光切割速度为1500m/min，切割功率为4W，切割行距x＝1mm，切割间距y＝3mm，切割长度l＝135mm，得到一种电热理疗与运动监测的纸基材料。 [0086] 实施例7 [0087] 一种电热理疗与运动监测的纸基材料的制备方法，包括以下步骤： [0088] 称取0.05g的分散剂，倒入99.95g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.05％的分散剂溶液；称取0.02g的助留剂，倒入99.98g的去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为0.02％的助留剂溶液；称取0.3g的MXene粉末，倒入9.7g去离子水中，搅拌均匀，得到质量浓度为3％的MXene悬浮液； [0089] 称取相当于绝干质量的0.571g芳纶沉析纤维、0.180g的CNT粉末，共同磨浆8000r，得到混合物A； [0090] 量取0.951mL的MXene悬浮液与混合物A共同在水中分散，得到混合物B；称取0.571g的芳纶短切纤维，并加入1.369g的分散剂溶液后在水中分散，然后与混合物B混合，疏解，得到混合物C； [0091] 向混合物C中加入3.566g的助留剂溶液，搅拌后倒入纸页成型器，脱水得到湿纸页，将湿纸页使用平板冷压8min后转移至纸页干燥器，80℃干燥10min，然后在200℃、10MPa2 2 的压力下热压5min，得到面积为0.0317m ，定量为45g/m ，CNT的含量为18％，MXene的含量为 2％的复合芳纶纸； [0092] 使用激光切割在复合芳纶纸上加工出剪纸结构，设置激光切割速度为1500m/min，切割功率为4W，切割行距x＝5mm，切割间距y＝5mm，切割长度l＝10mm，得到一种电热理疗与运动监测的纸基材料。 [0093] 图1所示为本申请制备得到的电热理疗与运动监测的纸基材料的实物图，从图中可以看到纸基材料被激光切割后形成的可拉伸剪纸结构； [0094] 图2所示为本申请制备得到的电热理疗与运动监测的纸基材料从初始状态到拉伸至500％时产生的形变； [0095] 图3‑图6所示为电热理疗与运动监测的纸基材料对人体活动过程的实时监测信号图，图3为手指弯曲时收集到的电信号，图4为做出OK手势时收集到的电信号，图5和图6分别是步行和跑步时收集到的电信号，从图中可以看到不同的运动可以采集到不同的电信号，从而达到运动监测的目的； [0096] 图7为电热理疗与运动监测的纸基材料的发热温度随加载电压变化的折线图，从图中可以看到随着加载电压的提高，材料的发热温度持续升高，当电压为30V时，发热温度达到143℃。 [0097] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

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