[發明專利]一種智能調溫纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201110286863.6
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102443879A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 張鴻;王曉磊;楊淑瑞;劉輝;孫狄克
• 申請（專利權）人: 大連工業大學
• 主分類號: D01F8/10
• 分類號: D01F8/10;D01F8/06;D01F1/10;D01D5/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅

技術領域

本發明涉及功能纖維制品領域，具體涉及一種具有隨外界環境溫度變化而具有吸熱、放熱功能的纖維。該纖維具有自動雙向調節自身溫度的功能。

背景技術

人們的穿著和居住環境離不開各種紡織制品，在纖維和紡織品中采用相變儲熱技術，制備調溫纖維(Thermo-regulated?Fiber)，不僅能為人們提供舒適的生活環境，而且可以節省大量能源，同時調溫纖維及紡織品在航天、軍事、工農業、科學實驗等方面也具有十分重要的意義。

現已開發的調溫纖維有相變物質類、塑性晶體類、添加溶劑類和電發熱類等。目前在紡織領域主要使用的是相變物質類的調溫纖維，這項技術源于相變儲熱材料的發展。調溫纖維儲熱調溫功能的實現依賴于相變材料，盡管已開發的單一型相變材料有500余種，但由于紡織纖維加工和使用的特殊要求，滿足纖維改性要求的并不多。正常條件下，人體的環境舒適溫度一般在29～35℃之間，因此需選用相變溫度落在此區間的相變材料作為服用纖維的改性劑。一般應選擇相變焓和密度較大、熱膨脹系數小(相變體積變化小，尺寸穩定性好)、導熱迅速的相變材料。同時，相變過程必須保持性能穩定，無明顯過冷、析出現象，具有良好的耐水洗和耐熨燙性。具有使用價值的纖維用相變材料的使用壽命一般大于1000次循環。

因適合纖維調溫改性用的相變材料絕大多數為固-液相變，直接用于紡絲會使聚合物的可紡性下降，且相變材料在加工和作用過程中均易流失、滲出。惡化勞動條件，使生產難以順利進行，纖維無法正常使用。因此制備調溫纖維前，均需對固-液相變材料用膠囊或無機多孔材料等載體封裝，以形成失去流動性的定形相變材料(準固-固相變材料)，或者采用特殊的復合紡絲方法。

目前調溫纖維的制備方法有相變材料微膠囊(MicroPCMs)紡絲法、涂層法、復合紡絲法、中空纖維法等。中空纖維浸漬填充法生產調溫纖維時，所用纖維的直徑較大，且生產效率低，難以在工業化應用中推廣。復合紡絲法多為皮芯復合，需要特殊的紡絲箱體和噴絲組件，設備加工復雜，成本上升，工藝控制難度增加。而且由于皮層聚合物對熱的傳導比較遲鈍，纖維的傳熱速率比較小，熱響應慢，會影響調溫功能。涂層法是將MicroPCMs直接涂敷于織物表面，雖操作簡單，但織物物理機械性能和透氣性能均有所下降，耐久性也有待進一步改進。

MicroPCMs溶液紡絲法是目前工業化生產調溫纖維最主要方法，已經成功實現丙烯腈、粘膠系列纖維的調溫改性。但因MicroPCMs合成工藝復雜，且只適合濕法紡絲纖維品種，成本偏高，導致產品價格昂貴。另濕法紡絲工藝的紡程較長、污染較大、產量較低，且MicroPCMs的理論添加量也較低，而采用熔融紡絲工藝能夠較好地解決上述問題，是目前研究的一個熱點。

熔融紡絲法是將聚合物加熱熔融，然后從噴絲頭擠出，形成熔體細流經冷卻后凝固成纖維。這種紡絲方法成本低、操作簡單，生產效率高，目前應用非常廣泛。現今合成纖維品種中產量最大、應用最為廣泛的滌綸(PET)、錦綸(PA)、丙綸(PP)均為熔紡加工生產，熔紡生產的纖維約占總產量85％。因此熔紡調溫纖維無論在工程上還是在商業上，都具有不可匹敵的優越性。但是采用熔紡生產調溫纖維時，對相變材料的熱穩定性、化學穩定性和抗壓抗剪切強度等要求更高。通常熔體的溫度高達200～380℃，壓力高達21MPa，相變材料在熔融紡絲的高溫和高壓條件下會發生降解，其降解后形成的產物會與成纖高聚物發生反應，導致纖維強度降低或變色。如普通的MicroPCMs在溫度高于200℃時，就會失去核物質，使熔紡無法進行。

國內外目前關于適用于熔紡體系的相變材料的研究多集中于對MicroPCMs的改良。如Triangle公司用改良的MicroPCMs紡制出了熔紡調溫纖維，但粒徑必須大于10μm，才能使囊壁結構堅實，保證在高溫下順利成形，報道的添加量僅達到3％，調溫能力有限。而囊壁增厚與相變焓損失是一對不可調和的矛盾。另外，目前研究中超過50％的MicroPCMs以蜜胺樹脂、脲醛樹脂為囊壁，明膠以及聚乙烯醇囊壁的制備過程中也需要使用甲醛，而甲醛的毒性和致畸性已被證實，國內外對紡織品殘余甲醛含量均有要求。因此研制環境友好、工藝簡單、經濟實效的適合于熔融紡絲的定形相變材料及其聚合物共混體系將具有十分重要的意義。

發明內容