Development and Investigation of a Textile Heating Element Ensuring Thermal Physiological Comfort

• Autorzy: Padleckienė Ingrida , Stygienė Laimutė , Krauledas Sigitas

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0014.2385

Warianty tytułu

PL

Opracowanie i badanie tekstylnego elementu grzejnego zapewniającego fizjologiczny komfort termiczny

Abstrakty

EN

The aim of thisresearch wasto develop a flexible heating element and investigate its heating capability in simulated wearing conditions. Polyester silver (Ag)-plated yarns incorporated in the reverse side of the knitted structure were used to provide electrical conductivity. A special knitted structure was selected to keep conductive yarn only in the reverse side of the material. All the heating element was made using only textile materials and yarns. A temperature sensor thermistor was used as an electronic element to follow the body temperature, and the remaining elements ensuring a correct electric circuit and heating were made of textile. Another type of heating element was produced using enamelled copper wire, which was inserted into the knitted fabric structure. Investigation of both types of heating elements was made by determining the dependences of the heating elements’ temperatures on the current and voltage applied. It was concluded that the heating element with silver plated yarns used gave out warmth more evenly over all the resistive area. The microcontroller, which has a heating dynamics data storage function, was programmed to control the operations of the two heating elements. A model of an intelligent apparel product with two heating elements ensuring a comfortable microclimate for the user was created. Field tests were performer for the model created by wearing the product and setting the temperatures of both heating elements, for which the continuous operating time was determined.

PL

Celem badań było opracowanie elastycznego elementu grzejnego i zbadanie jego zdolności grzewczej w symulowanych warunkach zużycia. W celu zapewnienia przewodności elektrycznej zastosowano przędzę poliestrową pokrytą srebrem (Ag), umieszczoną na spodniej stronie dzianiny. Wybrano specjalną strukturę dzianiny, aby utrzymać przewodzącą przędzę tylko na spodniej stronie materiału. Cały element grzejny został wykonany wyłącznie z materiałów tekstylnych i przędz. Jako element elektroniczny do śledzenia temperatury ciała zastosowano termistor czujnika temperatury, a pozostałe elementy zapewniające prawidłowy obwód elektryczny i ogrzewanie wykonano z tkaniny. Inny rodzaj elementu grzejnego wykonano z emaliowanego drutu miedzianego, który został wprowadzony w strukturę dzianiny. Badania obu typów elementów grzejnych przeprowadzono poprzez określenie zależności temperatur elementów grzejnych od przyłożonego prądu i napięcia. Stwierdzono, że element grzejny z zastosowanymi przędzami posrebrzanymi oddawał ciepło bardziej równomiernie na całej powierzchni oporowej. Mikrokontroler, który posiada funkcję przechowywania danych dynamiki nagrzewania, został zaprogramowany do sterowania pracą dwóch elementów grzejnych. Powstał model inteligentnego produktu odzieżowego z dwoma elementami grzewczymi zapewniającymi komfortowy mikroklimat użytkownikowi. Testy terenowe wykonano dla modelu utworzonego poprzez noszenie produktu i ustawienie temperatur obu elementów grzejnych, dla których wyznaczono ciągły czas pracy.

Słowa kluczowe

EN

e-textile; wearable electronics; heating element; thermophysiological comfort

PL

e-tekstylia; elektronika noszona; element grzewczy; komfort termofizjologiczny

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 28, no. 5 (143)
• Strony: 56--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Padleckienė Ingrida

• SRI Center for Physical Sciences and Technology (FTMC), Savanorių pr. 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania

autor

Stygienė Laimutė

• SRI Center for Physical Sciences and Technology (FTMC), Savanorių pr. 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania

autor

Krauledas Sigitas

• SRI Center for Physical Sciences and Technology (FTMC), Savanorių pr. 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania

Bibliografia

• 1. Droval G, Glouannec P, Feller JF, Salagnac P. Simulation of Electrical and Thermal Behavior of Conductive Polymer Composites Heating Elements. J. Thermophys. Heat Transf. 19, 2005; 375-381.
• 2. El-Tantawy F, Kamada K, Ohnabe H. In Situ Network Structure, Electrical and Thermal Properties of Conductive Epoxy Resin–Carbon Black Composites for Electrical Heater Applications. Mater. Lett. 56, 2002; 112-126.
• 3. Sezgin H, Kursun Bahadır S, Boke Y E, Kalaoğlu F. Investigation of Heating Behaviour of E-textile Structures. World Academy of Science, Engineering and Technology. International Journal of Environmental, Chemical, Ecological, Geological and Geophysical Engineering 2015; 9: 482-485.
• 4. Stoppa M, Chiolerio A. Wearable Electronics and Smart Textiles: A Critical Review. Sensors 2014; 14: 11957-11992.
• 5. Hao L, Yi Z, Li C, Li X, Yuxiu W, Yan G. Development and Characterization of Flexible Heating Fabric Based on Conductive Filaments. Measurement 2012; 45: 1855-1865.
• 6. Nakad Z, Jones M, Martin T, Shenoy R. Using Electronic Textiles to Implement an Acoustic Beamforming Array: A Case Study. Pervasive Mob. Comput. 2007; 3: 581-606.
• 7. Roh Jung-Sim, Kim Sareum. All-fabric Intelligent Temperature Regulation System for Smart Clothing Applications. Journal of Intelligent Material Systems and Structures 2015; 1-11.
• 8. Šahta I, Baltina I, Truskovska N, Blums J, Deksnis E. Selection of Conductive Yarns for Knitting an Electrical Heating Element. WIT Transactions on The Built Environment 2014; 137: 91-102.
• 9. Cho G. Smart Clothing: Technology and Applications; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2010; 30: 89-113.
• 10. Ghosh TK, Dhawan A, Muth JF. Formation of Electrical Circuits in Textile Structures. Intell. Text. Cloth. 2006; 239-282.
• 11. Parkova I, Vališevskis A, Kašurins A, Viļumsone A. Integration of Flexible Keypad into Clothing. Proceedings of 8th International Scientific and Practical Conference “Environment Technology Resources”, Rezekne, Latvia, June 2011; 20-22.
• 12. Schwarz A, Van Langenhove L, Guermonprez P, Deguillemont D. A Roadmap on Smart Textiles. Text. Prog. 2010; 42: 99-180.
• 13. Mather RR. Intelligent Textiles. Rev. Prog. Color. Relat. Top. 2001; 31: 36-41.
• 14. Wagner S, Bonderover E, Jordan WB, Sturm JC. Electortextiles: Concepts and Challenges. Int. J. High Speed Electron. Syst. 2002; 12: 391-399.
• 15. Randeniya LK, Bendavid A, Martin PJ, Tran C-D. Composite Yarns of Multiwalled Carbon Nanotubes with Metallic Electrical Conductivity. Small 2010; 6: 1806-1811.
• 16. Cristian I, Nauman S, Cochrane C, Koncar V. Electro-conductive Sensors and Heating Elements Based on Conductive Polymer Composites in Woven Fabric Structures. Advances in Modern Woven Fabric Technology. Ed. Vassiliadis, S. InTech: Shanghai, China 2011; 1-22.
• 17. Hao Liu, Jin Li et al. Thermal-electronic Behaviours Investigation of Knitted Heating Fabrics Based on Silver Plating Compound Yarns. Textile Research Journal 2016; 86(13): 1318-1412.
• 18. Syed Talha Ali Hamdani, Anura Fernando, Muhammad Dawood Hussain, Prasad Potluri. Study of Electro-Thermal Properties of Pyrrole Polymerised Knitted Fabrics. Journal of Industrial Textile 2016; 46(3): 771-786.
• 19. Pahalagedara LR, Siriwardane IW, Tissera ND, Wijesena RN, Nalin de Silva KM. Carbon Black Functionalized Stretchable Conductive Fabrics for Wearable Heating Applications. RSC Advances 2017; 31: 18821–19416.
• 20. LST EN 14971. Textiles – Knitted Fabrics – Determination of Number of Stitches per Unit Length and Unit Area.
• 21. LST EN 12127. Textiles – Fabrics – Determination of Mass per Unit Area Using Small Samples.
• 22. LST EN 24920. Textiles fabrics – Determination of resistance to surface wettin (spray test)
• 23. Oahman C. Emittance Measurements Using AGEMA E-Box. Technical report, AGEMA, 1999.
• 24. LST EN 16812. Textiles and Textile Products – Electrically Conductive Textiles – Determination of the Linear Electrical Resistance of Conductive Tracks.
• 25. BS3356. Method for Determination of Bending Length and Flexural Rigidity of Fabrics.
• 26. Ancutienė K, Strazdienė E, Nesterova A. The Relationship between Fabrics Bending Rigidity Parameters Defined by KES-F and FAST Equipment. Materials Science 2010; 16, 4: 346-352.