[發明專利]環境響應的雙組分元纖維紡織品及其制造方法

在審

• 申請號: 201980075643.3
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN113166984A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 王宇皇;彭志偉;許蓓蓓;貝南·波爾帝希米;阿巴伊·喬伊喬德
• 申請（專利權）人: 馬里蘭大學學院市分校;北卡羅來納州立大學
• 主分類號: D03D15/283
• 分類號: D03D15/283;D03D15/527;D03D15/50;D03D15/37;D03D15/292
• 代理公司: 北京寰華知識產權代理有限公司 11408
• 代理人: 何尤玉;郭仁建

通過兩種對抗性的聚合物熔體的紡絲形成雙形元纖維，成為偏心鞘?芯配置或并排鍵?鎖配置，所述兩種對抗性的聚合物熔體中的一個含有預混配的光學納米結構。所述雙形元纖維能夠響應于從舒適區的濕度水平偏差或由所述元纖維制造的服裝的穿戴者的排汗水平而自適應調節紅外輻射。所述雙形元纖維經濕度/熱訓練而達到動態環境響應的行為，以在各種濕度水平波動下維持濕度/熱舒適區。

關于聯邦贊助的開發研究的聲明

本發明是在政府支持下依據由DOE ARPA-E授予的DEAR0000527做出。政府在本發明中具有某些權利。

相關專利申請的引用

本實用專利申請是基于2018年10月16日提交的第62/746,347號臨時申請案。

技術領域

本發明涉及能量節省和環境響應的智能材料，且確切地說，涉及能夠對穿戴者的身體與環境之間的熱交換進行自我調節的復合紡織品材料的生產。

本發明還涉及從雙形元纖維制造智能紡織品，所述元纖維能夠響應于環境參數波動而將紡織品的紅外發射率自我調整到熱/濕度舒適區。

在總體概念中，本發明涉及由含有雙形元纖維的紗線制造的智能紡織品，所述元纖維通過兩個對抗性聚合物(疏水性的和親水性的)組分的紡絲形成，其中光學納米結構至少嵌入于一個聚合物組分中，且在預定熱/濕度迪帕區中熱訓練(定型)紗線以通過纖維中的光學納米結構之間的電磁耦合的調制而達到環境響應的性質，從而得到智能紡織品中的熱傳輸的自我調節保持于熱/濕度舒適區中。

另外，本發明涉及從雙形元纖維制造可穿戴式服裝，所述元纖維嵌入有并入在纖維中的所選擇光學納米結構，以及證明由于光學納米結構自我調整的有效電磁耦合帶來的動態濕度響應的行為。

本發明還涉及用于制造基于元纖維的材料的單步紡絲工藝，所述材料具有響應于環境濕度波動的可調諧紅外發射率和熱傳輸可調整性，以便維持穿戴者的熱舒適區而無外部功率消耗。

背景技術

能量節省是人類社會和文明發展的重要問題。在美國，產生的總能量的約40％是由住宅和商業建筑物消耗。消耗的能量的近似37％是用于加熱和/或冷卻以便維持建筑物中的居民的熱舒適度。用于建筑物的大量空間的加熱或冷卻的此類能量消耗導致實質能量浪費，這帶來有害的全球氣候改變。

鑒于此類問題，對開發可為衣服的穿戴者提供舒適區的可穿戴式衣服技術存在大量的商業關注，所述技術將減少用于建筑物中的環境控制的大量能量消耗。

此類衣服技術的使用在除住宅或辦公建筑物之外的地方可能更有益，例如，在惡劣工作環境中，舉例來說，戰場或熱且潮濕的工業環境。在這些極端環境中，為了暴露于此類惡劣環境條件的人的存活，體溫的調節和通過穿戴者衣服的熱傳輸將是極端重要的。

用于衣服的環境響應的紡織品材料也可有益于對嬰兒和需要個人出勤以滿足其熱舒適度需要的醫療患者的增強照料。

雙組分纖維是用具有不同化學和/或物理性質的兩種對抗性聚合物制造的。在制造工藝中，從同一紡絲頭擠壓所述兩種聚合物，其中兩種聚合物在同一長絲內。

雙組分纖維中的對抗性聚合物之間的由例如熱和/或濕度波動等環境刺激引起的收縮差異導致雙組分纖維的強環境響應。

基于雙組分纖維的商業產品的實例包含耐克公司的AeroReactTM和三菱麗陽公司的VentcoolTM，它們使用排汗響應的織物，被設計成通過增加紡織品中的空氣空間以促進汗水芯吸來維持穿戴者的皮膚干燥。然而，這些技術既不能夠進行紅外輻射(是用于從人體向環境的散熱的主要熱傳輸通道)的主動調節，也不能進行紅外發射率的主動動態可調諧以便響應于環境改變而自我調節熱傳遞。