CN101041911A - 相变储能纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相变储能纤维及其制备方法，为采用纤维素浆粕制得纤维素粘胶溶液，并与相变材料石蜡熔融液混合制备纺丝原液来纺丝制得相变储能粘胶纤维。该功能纤维主要由纤维素、石蜡组成，其中石蜡含有量为10～40％(相对纤维素重量含量)。采用该方法制备相变储能纤维，方法工艺简单，有效的降低了纤维加工过程中相变材料的流失，提高了制得的纤维内相变材料的含量，相变储能纤维的相变储能功能和纤维的物理机械性能优良。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合纤维，尤其是涉及一种具有温度变化缓冲功能的相变储能纤维以及该纤维的制备方法。
背景技术
自然界的物质以固态、液态、气态三种状态存在，并且物质可以在一定条件和温度下在固态、液态和气态之间相互转化，转化过程称之为相变，物质在相变过程中会吸热和放出热量，物质的这种特性得到了人们的广泛应用。其中相变储能纤维就是人们对物质这种特性的应用。
服装最重要的功能在于维持人体正常温度，使人体感到舒适。服装的热传递基本上可分为显热传递，即人体温度和外界环境存在差异可产生的热量传递，它主要通过热传导、对流和辐射来完成；潜热传递，即由于人体与外界环境之间的蒸汽浓度差而产生的湿热传递，它主要通过蒸发和排汗来完成。传统服装主要通过控制人体与外界环境之间的热辐射、热传导和对流而达到保温目的。当环境温度较低时，可通过适当增加织物的丰厚度，使织物的静止空气层的空间加大以提高保暖效果；而当环境温度接近或高于体温时，人体已难以通过辐射、对流和传导来散失热量，此时就降低织物厚度以增大人体与环境间的热交换，但是人体皮肤还需大量排汗，以利用汗液的蒸发带走热量才能维持体温的恒定，但是仅通过增加或降低织物厚度来维持人体适宜的温度，不但麻烦而且有时也很困难，因此，如远红外纤维、降温织物、在原丝液中填加特殊的陶瓷粉末或涂层法将陶瓷粉末涂布在织物上，以及应用在开发蓄热调温纺织品上的相变材料得到了人们的应用。
目前人们应用的相变储能纤维大都是将热敏相变材料如石蜡通过浸渍法将其附着于纤维或织物表面，或采用复合纺丝法将热敏相变材料溶于溶剂内与纺丝液混合纺丝，或采用微胶囊法纺丝制得纤维，通过纤维内含有的相变材料在发生相变时吸收或放出大量热量，使纤维具有能量贮存和温度控制等功能的功能纤维，从而提高了采用该功能纤维生产的服装等产品具有较好的热稳定性，方便了人们的穿用。但是采用浸渍法，相变材料易流失，纤维内相变材料填充量低，复合纺丝法，相变材料易流失，并且使得纺丝性能受制约，而采用微胶囊法，相变材料能够稳定存在于纤维中，但是相变材料添加量低，并且制造成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种相变储能纤维，该相变储能纤维内的热敏相变材料含量较高而且不易流失，并且纤维的相变储能功能和纤维的物理机械性能优良。
本发明还提供了一种制备该该相变储能纤维的方法，该方法工艺简单，有效的降低了纤维加工过程中相变材料的流失，提高了纤维内相变材料的含量，保证了纤维的相变储能功能和纤维的物理机械性能。
本发明的技术方案是：功能纤维主要由纤维素、石蜡组成，其中石蜡含有量为相对纤维素重量含量的10～40％。
该相变储能纤维的干断裂强度＞1.7cN/dtex，湿断裂强度＞0.9cN/dtex，干断裂伸长率＞15％，线密度偏差率土7％，白度＞75％，相变温度10～60℃，相变焓10～150J/g。并且石蜡的熔点为10～60℃，这样的相变储能纤维内相变材料石蜡含量较高而且不易流失，纤维的相变储能功能和纤维的物理机械性能优良。
该相变储能纤维的方法，包括以下生产步骤
1)采用熔点为10～60℃的石蜡，将其完全熔融并加入1～3％分散剂(相对石蜡重量)，搅拌制得石蜡熔融液，其中分散剂可以采用硬脂酸或硬脂酸钙；
2)采用纤维素浆粕为原料，经过常规的制备方法，即采用经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、过滤、熟成、脱泡等步骤制得α纤维素含量6～10％的纤维素粘胶溶液；
3)调整纤维素粘胶溶液到石蜡熔融温度，即采用在石蜡熔融温度的条件下将石蜡熔融液加入到纤维素粘胶溶液中，在静态混合器或动态混合器充分作用下混合均匀，制得石蜡含量相对纤维素重量10～41％且与石蜡熔融液温度相同的均相纺丝原液；由于在实际生产中，石蜡在与纤维素共混纺丝原液经凝固浴成型、湿热拉伸定型、精练处理时会不可避免的存在一定的流失，所以在生产时应控制其流失量小于1.0％(相对纤维素重量)。
4)然后将制得的纺丝原液经喷丝头压入凝固浴中纺丝成型，并经湿热拉伸定型、精练处理和烘干等后处理制得对温度变化有缓冲作用的成品相变储能纤维。
而在实际生产中，凝固浴可以采用由50～200g/l的H2SO4，5～50g/的1ZnSO4和100～400g/l的Na2SO4组成，浴温30～55℃，也可以采用凝固浴由50～200g/l的H2SO4，5～50g/l的Al2(SO4)3和100～400g/l的Na2SO4组成，浴温30～55℃，当然，也可以对其再进行适当的调整，以适应于生产的需要，这些均为本领域内的技术人员所熟知的常识。
这样，本相变储能纤维实际上是采用纤维素浆粕如棉浆粕、木浆粕或竹浆粕等为原料，在浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、过滤、熟成制得纤维素粘胶溶液，和纺丝、精练、烘干制备粘胶纤维的步骤中，又加入了一个相变剂石蜡的添加步骤，即采用将相变剂石蜡制成石蜡熔融液，和与石蜡熔融液温度相同的纤维素粘胶溶液按照生产所需以一定比例充分混合均匀来制得纺丝原液；其可以采用静态混合器或动态混合器来充分混合制得纺丝原液。
采用了上述技术方案后，由于本发明采用纤维素浆粕作为成纤材料与相变剂石蜡共混制备纺丝原液并采用湿法纺丝制备相变储能纤维的方法，其制成纤维的主要成分是纤维素，采用在纤维素粘胶溶液中加入熔融后的相变剂石蜡，石蜡熔融后以分子状态与纤维素分子均匀混合，而纤维素对非极性的蜡具有良好阻隔性的特点，因此可以将相变剂石蜡很好的留存在纤维中，不随洗涤而流失，增加纤维内石蜡的含量，这样既保证了加入相变剂石蜡后粘胶纤维的可纺性，又保证了纤维相变储能的功能性，同时又因石蜡的添加量加大，纤维的相变焓值较高，使得纤维的能量贮存和温度控制等功能得到明显的改善，提高了纤维的相变储能功能和纤维的物理机械性能，使其不仅适合于宇航服和红外隐身服装的生产，而且也特别适合用做各种贴身内衣、手套、袜子、儿童服装、床上用品及户外服装，包括滑雪衫、裤、毛衣等，以及建筑装饰材料等的生产。
具体实施方式
实施例1
1)采用熔点为30℃的石蜡完全熔融并加入相对石蜡重量的2.0％的分散剂硬脂酸钙混合均匀制得石蜡熔融液；
2)采用维素浆粕为原料，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、熟成过滤、脱泡步骤，制得纤维素粘胶溶液，纤维素粘胶溶液中α纤维素的含量为8.5～9.5％；
3)调整纤维素粘胶溶液到石蜡熔融温度，采用相对纤维素重量15％的石蜡熔融液加入纤维素粘胶溶液中均匀混合制得纺丝原液；
4)将制得的纺丝原液经喷丝头压入硫酸含量为110g/l，硫酸钠330g/l，硫酸锌25g/l，温度30℃的凝固酸浴纺丝，经适当牵伸生产出1.67dtex×38mm短纤维，纤维经湿热拉伸定型、精练处理、水洗、脱水、上油、烘干等后处理步骤制得1.67dtex×38mm成品相变储能纤维，该相变储能纤维内石蜡的含量可达14.35％(相对对纤维素重量含量)。
纤维指标：干断裂强度2.13cN/dtex；湿断裂强度1.12cN/dtex；干断裂伸长率20.4％；线密度偏差率-1.2％；白度79％；含油率0.18％；回潮率12.1％；相变温度30℃；相变焓40J/g。
实施例2
1)采用熔点为57℃的石蜡完全熔融并加入相对石蜡重量的2.5％的分散剂硬脂酸钙混合均匀制得石蜡熔融液；
2)采用维素浆粕为原料，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、熟成过滤、脱泡步骤，制得纤维素粘胶溶液，纤维素粘胶溶液中α纤维素的含量为7.0～8.0％；
3)调整纤维素粘胶溶液到石蜡熔融温度，采用相对纤维素重量31％的石蜡熔融液加入纤维素粘胶溶液中均匀混合制得纺丝原液；
4)将制得的纺丝原液经喷丝头压入硫酸含量为105g/l，硫酸钠335g/l，硫酸锌45g/l，温度55℃的凝固酸浴纺丝，经适当牵伸生产出3.33dtex×60mm短纤维，纤维经湿热拉伸定型、精练处理、水洗、脱水、上油、烘干等后处理步骤制得3.33dtex×60mm成品相变储能纤维，该相变储能纤维内石蜡的含量为30.7％(相对纤维素重量含量)。
纤维指标：干断裂强度2.02cN/dtex；湿断裂强度1.01cN/dtex；干断裂伸长率21.0％；线密度偏差率-2.8％；白度78％；含油率0.19％；回潮率11.4％；相变温度57℃；相变焓60J/g。
实施例3
1)采用熔点为12℃的石蜡完全熔融并加入相对石蜡重量的1.5％的分散剂硬脂酸混合均匀制得石蜡熔融液；；
2)采用维素浆粕为原料，经过浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、熟成过滤、脱泡步骤，制得纤维素粘胶溶液，纤维素粘胶溶液中α纤维素的含量为6.0～7.0％；
3)调整纤维素粘胶溶液到石蜡熔融温度，采用相对纤维素重量38％的石蜡熔融液加入纤维素粘胶溶液中均匀混合制得纺丝原液；
4)将制得的纺丝原液经喷丝头压入硫酸110g/l，硫酸铝25g/L，硫酸钠275g/L，透明度≥1000mm，凝固浴温度37℃的凝固酸浴纺丝，并经湿热拉伸定型、精练处理、水洗、脱水、上油、烘干等后处理步骤制得成品相变储能纤维，该相变储能纤维内石蜡的含量为37.45％(相对纤维素重量含量)。
由上述工艺制得的相变储能粘胶长丝纤维指标是：干断裂强度2.24cN/dtex；湿断裂强度0.98cN/dtex；干断裂伸长率19.2％；干断裂伸长变异系数(CV值)6.20％；线密度(纤度)偏差：-4.0％；线密度变异系数(CV值)3.0％；捻度变异系数(CV值)9.8％；单丝根数偏差0％；残硫量7.20mg/100g；染色均匀度3.5级；相变温度12℃；相变焓20J/g。
Claims (7)
1、相变储能纤维，其特征在于所述功能纤维主要由纤维素、石蜡组成，其中石蜡含有量为相对纤维素重量含量的10～40％，
该相变储能纤维的干断裂强度＞1.7cN/dtex，湿断裂强度＞0.9cN/dtex，干断裂伸长率＞15％，线密度偏差率土7％，白度＞75％，相变温度10～60℃，相变焓10～150J/g。
2、如权利要求1所述的相变储能纤维，其特征在于：所述石蜡的熔点为10～60℃。
3、一种制备如权利要求1所述的相变储能纤维的方法，其特征在于其包括以下步骤
1)将石蜡完全熔融并加入相对石蜡重量1～3％的分散剂硬脂酸或硬脂酸钙，搅拌制得石蜡熔融液；
2)采用纤维素浆粕制得α纤维素含量为6～10％的纤维素粘胶溶液；
3)调整纤维素粘胶溶液温度到石蜡熔融温度，将石蜡熔融液加入到纤维素粘胶溶液中搅拌混合均匀，制得石蜡含量相对纤维素重量10～41％且与石蜡熔融液温度相同的均相纺丝原液；
4)将所述纺丝原液经喷丝压入凝固浴纺丝成型，并经湿热拉伸定型、精练处理和烘干等后处理制得对温度变化有缓冲作用的成品相变储能纤维。
4、如权利要求3所述的制备相变储能纤维的方法，其特征在于控制石蜡在与纤维素共混纺丝原液经凝固浴成型、湿热拉伸定型、精练处理时的流失量小于1.0％(对纤维素重量)。
5、如权利要求3所述的制备相变储能纤维的方法，其特征在于所述石蜡的熔点为10～60℃。
6、如权利要求3、4或5所述的制备相变储能纤维的方法，其特征在于所述凝固浴由50～200g/l的H2SO4，5～50g/l的ZnSO4和100～400g/l的Na2SO4组成，浴温30～55℃。
7、如权利要求3或4所述的制备相变储能纤维的方法，其特征在于所述凝固浴由50～200g/l的H2SO4，5～50g/l的Al2(SO4)3和100～400g/l的Na2SO4组成，浴温30～55℃。
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