[發明專利]一種具有調溫功能的相變纖維及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010862910.6
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111910279B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 蔡以兵;杜明玥;李松麒;黃鋒林;魏取福
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: D01F1/10
• 分類號: D01F1/10;D01F2/28
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種具有調溫功能的相變纖維及其制備方法和應用，屬于紡織工藝技術領域。本發明方法將含相變微膠囊的紡絲液裝入氣壓注射器中，利用氣壓作用使紡絲液在針頭噴射出來，在氣流的輔助作用下形成射流，射流在重力以及滾軸收集裝置的牽伸作用下被抽長拉細并且以長絲的形態被收集，即可得到調溫相變纖維。本發明方法可操作性強、設備簡單、流程短、節能，可以達到對各組分材料充分利用即不會產生浪費；所得調溫相變纖維一般狀態下不會發生相變材料泄露，可循環多次利用；具有較大的熔融焓和結晶焓，能夠實現優異的調溫效果。

技術領域

本發明屬于功能性纖維技術領域，具體涉及一種具有調溫功能的相變纖維及其制備方法和應用，適用于航空航天用、服用、裝飾用蓄熱調溫紡織品。

背景技術

隨著人們生活水平的提高，對纖維制品的要求越來越高，尤其是在纖維制品對溫度的控制能力方面尤為突出。如飛機、汽車、輪船和高鐵等裝飾用紡織品，要求具有雙向調溫的功能。相變材料(PCM)又叫相變儲能材料，其儲能密度高和相變溫度可調節的特點引起了人們的廣泛關注。

固-液PCM作為優良的潛熱儲能材料具有儲能效率高、能量儲存及釋放過程中體積變化小、相變潛熱高、種類多、來源廣且價格低等特點，因此被廣泛應用于太陽能儲熱系統、工業余熱利用、建筑節能以及紡織工業等。然而固-液PCM在相轉變過程中由于物理狀態變化導致體積變化從而發生的泄露在很大程度上限制了其應用。

微膠囊化是固-液PCM的主要封裝技術之一，相變微膠囊中的殼材為PCM提供了完整且穩定的外殼，在起到封裝作用的同時還可以賦予相變材料諸如可控熱釋、防止芯材在熱能儲存與釋放過程中降解、提高材料導熱性等附加功能。相對于有機高分子殼材，無機高分子材料如二氧化硅(SiO₂)、二氧化鈦(TiO₂)和氧化鋁(Al₂O₃)等作為相變微膠囊殼材具有較高的導熱率，熱穩定性好(耐高溫)、可顯著改善相變微膠囊的過熱/過冷現象、提高相變微膠囊的耐磨性。

目前研究者制備相變纖維的主要制備方法有復合紡絲法、中空纖維填充法、微膠囊涂層法等。這些方法都存在一定局限性。采用中空纖維浸漬填充法生產相變儲能纖維時，由于纖維的直徑較大，纖維的用途受到限制，且這種生產方法難以工業化推廣。微膠囊涂層法制得的纖維成品中微膠囊處于表面，耐洗性極差，易被破壞。因此，本發明采用在紡絲原液中添加相變材料微膠囊來生產相變儲能纖維。相變材料能夠均勻地分散在纖維內部，不易損失和破壞控溫材料。使得調溫蓄熱的效果更優、更久。相比于傳統復合紡絲法，本發明采用的氣流輔助紡絲法的優勢為，在纖維的噴射過程中利用高壓形成的氣流在噴絲口處施加一個輔助紡絲液成型的外力進而將紡絲液噴射而出，經過進一步固化成絲。具有紡絲效率高、制備的纖維取向度高、流程短、污染小，廢料少等優點。與靜電紡絲法的成品纖維膜相比，本發明方法的成品為直徑較細的中長纖維，可廣泛應用于具有調溫需求的服飾用、裝飾用紡織品的織造中。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明開發了一種具備科學性，實用性，且可操作性強的相變纖維的制備方法。簡化材料的生產過程，提高材料的生產效率并且優化材料的儲熱性能。

根據相變材料的蓄熱機理，復合材料中所含的相變成分越高則儲存的能量越大。本發明在克服固-液相變材料泄露問題的基礎上，提供一種高效、高質的相變纖維的制備方法。該相變纖維可穩定地儲存相變材料且具有優異的溫度調節性能，可應用于具有保溫要求的服飾、裝飾紡織品的加工制造中。

本發明的第一個目的是提供了一種調溫相變纖維的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)制備相變微膠囊：將相變材料作為芯材，與壁材混合，制得相變微膠囊；

(2)制備調溫相變纖維紡絲液：將步驟(1)所得相變微膠囊均勻分散到聚合物紡絲液中，配制得到調溫相變纖維紡絲原液；