CN102605614A - 一种新型的具有双向调温功能的发热纤维材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种具有双向调温功能的发热纤维材料及其制备方法，所述纤维材料包含相变材料和发热纤维。所述制备方法是通过各种物理和化学方法将相变材料与发热纤维结合起来形成所述具有双向调温功能的发热纤维材料。这种纤维材料将相变储能技术和发热纤维技术有机地结合起来，同时实现主动产热和双向调温。

Description

一种新型的具有双向调温功能的发热纤维材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型的具有双向调温功能的发热纤维材料及其制备方法。 

背景技术

传统的保暖方法是通过控制热的传导、对流、辐射所导致的热散失，如使用厚的织物或棉絮等来保温，可以说是被动地保持热量。然而现代社会对服装的舒适性、功能性、美观性等的要求越来越高，传统保暖服饰蓬松、臃肿，既不便活动，又缺乏美感。 

为满足这些需求，人们开发研制成功了主动产热式保暖材料-发热纤维，包括吸湿发热纤维、电能发热纤维、光能发热纤维、化学发热纤维等等。其中，生产吸湿发热纤维的技术相对成熟，目前已经有产品面市，如东丽公司Warmsensor纤维、Softwarm纤维，日本东洋纺公司N38纤维、eks纤维，日本旭化成株氏会社Thermogear纤维，日本三菱公司Renaiss α纤维等等。 

国内一些公司和机构也在积极致力于开展发热纤维相关技术的研究。中国发明专利申请CN200810033958.5提出了一种发热纤维内衣面料及其加工工艺，该发明有较好的亲肤性，低起球性和舒适的弹性。再如，中国发明专利CN201110098693.9提出了一种吸湿发热纤维材料的制备方法，通过一定比例的丙烯酸，丙烯酰胺和丙烯腈在氧化还原体系下引发接枝聚合，然后将反应产物定型，得到了吸湿率高于25％的发热纤维。 

这些发热纤维的机理虽各有不同，但都是基于一个基本物理现象：水分蒸发吸热，相反气态水转化为液态也会产生凝集热。吸湿发热纤维正是利用水的汽化将身体产生的汗气转化为液态水时所产生的热量用于保暖。 

从上述原理可以看出，发热纤维虽然解决了传统保暖材料蓬松臃肿 的问题，却有着自身的缺陷。那就是发热纤维对体表温度的调节是单向的，只能致热，但对于大量出汗等极端情况下出现的过于燥热等问题无能为力。而这些情况往往是不可忽视，甚至是经常出现的，比如在剧烈运动，长时间工作等情况下，发热纤维在这些情况下产生的大量的热不但是身体所不需要的，甚至是有害的。 

为了实现服饰保暖轻便化，还有研究人员提出了相变储能技术。这是一种利用物质在相变过程中，当环境温度升高时熔融吸热，以及当环境温度下降时凝固放热，来对环境温度进行调节的技术。这种相变储能技术也取得了长足的发展。如中国发明专利CN200710014607.5提出了一种相变储能纤维及其制备方法，采用纤维素浆粕纤维素胶粘溶液，将相变材料石蜡熔融液混合制得纺丝溶液，再纺丝制得相变储能粘胶纤维。再如，中国实用新型专利CN201020567083.X提出利用outlast纤维，制成了调温针织内衣。但是，相变储能技术也有着明显的缺点，相变材料自身并不会发热，它仍然是一种被动“产热”，只是储存了环境中的热量。被动产热往往意味着供热不足，保暖能力不够，效率低下。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种新型具有双向调温功能的发热纤维材料，及其制备方法，即将相变储能技术和发热纤维技术有机地结合起来，同时实现主动产热和双向调温。这种纤维材料可以主动产热提高体表温度，还可对体表温度进行双向调节。 

本发明提供一种新型具有双向调温功能的发热纤维材料，其包含相变材料和发热纤维。 

所述相变材料选自相变温度为5-85℃的相变材料中的任意一种或它们的任意组合。进一步地，所述相变材料优选选自相变微胶囊的粉剂、相变乳液、其它形式相变材料的固液混合分散体系以及相变储能纤维。 

所述发热纤维选自吸湿发热纤维、电能发热纤维、光能发热纤维、化学发热纤维、其它发热纤维以及以上发热纤维与其它纤维以任意比例混纺得到的纤维材料中的任意一种或它们的任意组合。进一步地，所述发热纤维优选为吸湿发热纤维。 

所述具有双向调温功能的发热纤维材料还包含添加剂。进一步地，所述添加剂选自粘合剂、阴离子型润湿剂、粘度调节剂以及纤维加工或织物整理中常用的其它添加剂。 

此外，本发明还提供一种具有双向调温功能的发热纤维材料的制备方法，其通过各种物理和化学方法将相变材料与发热纤维结合起来形成所述具有双向调温功能的发热纤维材料。 

所述制备方法优选为在所述发热纤维的加工或生产过程中，采用整理方法将所述相变材料填加在纤维材料表面，或纤维与纤维之间。进一步地，所述整理方法优选自上浆、浸轧、喷雾、涂敷以及其它常规整理方法中的任意一种或它们的任意组合。 

所述制备方法还可优选为将所述相变储能纤维与所述发热纤维材料以任意比例进行混纺得到所述具有双向调温功能的发热纤维材料。 

所述制备方法还可优选为通过多层结构将发热纤维与相变材料加工组合起来形成多层的所述具有双向调温功能的发热纤维材料。 

所述制备方法还可优选为将所述相变材料与所述发热纤维复合得到一种复合的包裹结构。进一步地，所述包裹结构优选自以下结构：a)外层为相变材料，内层为发热纤维；b)外层为发热纤维，内层为相变材料；c)内层为发热纤维和相变材料，外层为其他纤维。 

通过本发明方案得到的纤维材料具有智能双向调温功能，既有效利用了发热纤维产生的过多的热量，又弥补了发热纤维在某些情况下产热不足的缺憾。可随环境变化而进行吸热或放热，从而实现微环境温度的双向调节，实现对能源的高效管理，解决能源利用在时间和空间上的不匹配问题。并且，很好地解决了衣物轻薄化的问题，可以制作出更薄的衣物，节省原材料。 

附图说明

图1是本发明的具有双向调温功能的发热纤维材料中相变材料与发热纤维结合方式的图。 

具体实施方式

本发明旨在提供一种包含相变材料和发热纤维的具有双向调温功能的发热纤维材料，这种材料通过各种物理和化学方法将相变材料与发热纤维结合起来而形成。 

优选所述具有双向调温功能的发热纤维材料通过以下方法之一或任意组合实现： 

1)在上述发热纤维的加工或生产过程中，采用整理方法，如上浆，浸轧，喷雾，涂敷等等各种方法之一或其任意组合，通过各种物理化学作用，得到如附图1中A所示结构，即将相变材料填加在纤维材料表面，或纤维与纤维之间，即得到本发明所述的具有双向调温功能的发热纤维材料； 

2)使用相变储能纤维，将相变储能纤维与上述的发热纤维材料以任意比例进行混纺，复合后得到如附图1中B所示结构之一或其任意组合，即所得纤维材料中，一部分为相变储能纤维，一部分为发热纤维；即得到本发明所述的具有双向调温功能的发热纤维材料； 

3)如附图1中C所示，可通过多层(一层以上)结构来实现发热纤维及其双向调温功能。其中将发热纤维材料层与相变储能纤维材料层加工组合起来形成多层纤维材料，即得到本发明所述的具有双向调温功能的发热纤维材料，。 

4)将上述相变材料与上述发热纤维材料复合得到如附图1中D所示结构之一或其任意组合，即一种复合的包裹结构，这种包裹结构分为3种情况： 

a)外层为相变材料，内层为发热纤维； 

b)外层为发热纤维，内层为相变材料； 

c)内层为发热纤维和相变材料，外层为其他纤维。 

上述相变材料可以是通过各种方法得到的，相变温度为5-85℃范围内的所有形式的相变材料，不但包括相变微胶囊的粉剂，相变乳液以及其他形式相变材料的固液混合分散体系等，而且包括相变储能纤维，即通过各种方法得到的具有相变储能性质的纤维材料都应视为此类材料。本发明所谓的相变材料包括上述各类相变材料中和任意一种，或其任意组合。 

本发明主要采用了吸湿发热纤维，但并不局限于此。所谓发热纤维，不仅仅是吸湿发热纤维材料，包括电能发热，光能发热，化学发热等等各种原理，通过各种方法制得的发热纤维都在此范围之内。也包括将发热纤维与其他纤维以任意比例经过混纺后得到的纤维材料。上述发热纤维中的任意一种或其任意组合，均应视为此类材料。 

在所述方法中，所谓发热纤维材料的加工或生产过程，所采用整理方法，包括上浆，浸轧，喷雾，涂敷等等，以及其他常规使用的整理方法，不论前整理或后整理，上述各种方法之一或其任意组合。 

所述方法1中所谓将相变材料与纤维复合，是通过各种物理化学作用，将相变材料填加在纤维材料表面，或纤维与纤维之间。 

在所述方法2的混纺工艺中，所加入的主要原料是相变储能纤维和发热纤维，但并不意味着仅仅只有这两种纤维。在实际加工过程，出于成本和效果等考虑，可以添加各种在混纺工艺中常用的其他纤维，或添加剂等。 

在上述工艺的实现过程中，可以根据实际情况加入各种添加剂，如粘合剂，优选不含甲醛的环保粘合剂(可选用丙烯酸酯类，聚氨酯类等)；如阴离子型润湿剂，如烷基硫酸盐、琥珀酸基酯磺酸盐、琥珀酰胺酸烷基酯磺酸盐、烷基磺基琥珀酰胺等等化合物中的一种或其任意组合，优选这些化合物碳原子数为6-24，并可对这些化合物进行乙氧基化或丙氧基化，优选乙氧基化程度在1-50之间；再如粘度调节剂，可以是有机盐或无机盐，有机盐如尿素、尿素衍生物或氨基酸，无机盐如氯化钠、氯化镁等碱金属盐或碱土金属盐，上述优选无机盐。本发明的添加剂也包括纤维加工或织物整理中常用的其他添加剂。 

下面通过实施例来更具体地说明本发明的具有双向调温功能的发热纤维材料。 

实施例1： 

浸轧液配方： 

相变微胶囊   2-30％ 

粘合剂       2-30％ 

水    40-96％ 

其中，相变微胶囊(制备方法参照文章Journal of Applied Polymer Science，2005，97：390)主要成分是囊芯为相变烷烃，壳层为脲醛树脂，或如聚氨酯等聚合物，粒径大小可控制在100纳米到1000微米间。 

粘合剂为常温粘合剂NJ101(由江山市宏鑫印花材料有限公司提供)。 

将发热纤维(此处选用铜氨纤维或者交联丙烯酸盐酯纤维)二浸二轧，然后80℃下烘干。即可得到本发明所述的一种具有双向调温功能的发热纤维材料。 

实施例2 

将200g相变微胶囊材料分散体(制备方法参照文章Journal of Applied Polymer Science，2005，97：390；Colloidal and Polymer Science，280：290)，与800g蒸馏水，1.5g聚丙烯钠和2g琥珀酸二烷基酯磺酸盐混合均匀，直到无明显固体物质。用商业可得的泵式喷涂瓶，以喷雾方式，将上述所得的分散体系均匀喷涂到发热纤维材料上，本例中可选用铜氨纤维或者交联丙烯酸盐酯纤维，喷涂量为纤维材料质量的20％，然后对喷涂处理的絮片进行100℃烘干，即可得到本发明所述的一种具有双向调温功能的发热纤维材料。 

实施例3 

将相变储能纤维，此处选用PVA/石蜡相变储能纤维(制备方法参照复合材料学报，2008，25，17-22)，与交联丙烯酸盐酯纤维以及腈纶纤维(三者比例为相变储能纤维/发热纤维/腈纶纤维，80∶4∶16)，进行混纺。再经织造，即可得到本发明所述的一种具有双向调温功能的发热纤维材料。 

实施例4 

1)将发热纤维(此处选用铜氨纤维或者交联丙烯酸盐酯纤维)与腈纶纤维(比例发热纤维/腈纶纤维，30∶70)混纺，织造可得发热纤维材料A。 

2)将相变储能纤维(此处选用PVA/石蜡相变储能纤维(制备方法参照复合材料学报，2008，25，17-22))与腈纶纤维混纺(PVA/石蜡相变储能纤维/腈纶纤维，80∶20)混纺，织造可得具有调温功能的材料B。 

3)将上述材料A，B，进行加工缝合，得到双层材料，一层为发热纤维材料A，另一层为调温纤维材料B，即可得到本发明所述的一种具有双向调温功能的发热纤维材料。 

实施例5 

1)将发热纤维(此处选用铜氨纤维或者交联丙烯酸盐酯纤维)与腈纶纤维(比例发热纤维/腈纶纤维，30∶70)混纺，织造可得发热纤维材料A。 

2)将市售涤纶，经过如下配方浸轧二浸二轧处理 

浸轧液配方： 

相变微胶囊    2-30％ 

粘合剂        2-30％ 

水            40-96％ 

其中，相变微胶囊同上述实施例，制备方法参照文章Journal of Applied Polymer Science，2005，97：390； 

粘合剂为常温粘合剂NJ101。 

然后80℃下烘干。可得具有调温功能的材料B。 

3)将上述材料A和B进行加工缝合，得到复合包裹材料，内层为发热纤维材料A，外层为调温纤维材料B，即可得到本发明所述的一种具有双向调温功能的发热纤维材料。 

与现有技术相比，上述实施例获得的本发明的发热纤维材料具有如下优点： 

1、本发明的调节温度原理与传统保暖材料有着本质的区别，较好地解决了衣物轻薄化与温度调节的问题； 

2、通过本发明方案得到的纤维材料具有智能双向调温功能，既有效利用了发热纤维产生的过多的热量，又弥补了发热纤维在某些情况下产 热不足的缺憾。可随环境变化而进行吸热或放热，从而实现微环境温度的双向调节，实现对能源的高效管理，解决能源利用在时间和空间上的不匹配问题； 

3、利用本发明，可以制作出更薄的衣物，这意味着原材料的节省。因此本发明更加经济，更加具有实用价值； 

4、本发明这种纤维材料，可进一步加工成面料，可广泛用于针织内衣、运动服、风衣、夹克、防寒服、大衣、防寒鞋靴、被褥等。本发明可制成样式美观、轻暖舒适的服装。用于制成各类纺织品，进而实现人们服饰的智能化调节温度，使其更加轻薄，穿着更加舒适。 

虽然上面针对具有双向调温功能的发热纤维材料及其制备方法描述了本发明的原理以及具体实施方式，但是，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。 

Claims (10)

1.一种具有双向调温功能的发热纤维材料，其包含相变材料和发热纤维。

2.根据权利要求1所述的具有双向调温功能的发热纤维材料，其中所述相变材料选自相变温度为5-85℃的相变材料中的任意一种或它们的任意组合。

3.根据权利要求2所述的具有双向调温功能的发热纤维材料，其中所述相变材料选自相变微胶囊的粉剂、相变乳液、其它形式相变材料的固液混合分散体系以及相变储能纤维中的任意一种或它们的任意组合。

4.根据权利要求1所述的具有双向调温功能的发热纤维材料，其中所述发热纤维选自吸湿发热纤维、电能发热纤维、光能发热纤维、化学发热纤维、其它发热纤维以及以上发热纤维与其它纤维以任意比例混纺得到的纤维材料中的任意一种或它们的任意组合。

5.根据权利要求1所述的具有双向调温功能的发热纤维材料，其还包含添加剂，所述添加剂选自粘合剂、阴离子型润湿剂、粘度调节剂以及纤维加工或织物整理中常用的其它添加剂。

6.一种具有双向调温功能的发热纤维材料的制备方法，其通过各种物理和化学方法将相变材料与发热纤维结合起来形成所述具有双向调温功能的发热纤维材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，所述制备方法为在所述发热纤维的加工或生产过程中，采用整理方法将所述相变材料填加在纤维材料表面，或纤维与纤维之间，所述整理方法选自上浆、浸轧、喷雾、涂敷以及其它常规整理方法中的任意一种或它们的任意组合。

8.根据权利要求6所述的制备方法，所述制备方法为将所述相变储能纤维与所述发热纤维材料以任意比例进行混纺得到所述具有双向调温功能的发热纤维材料。

9.根据权利要求6所述的制备方法，所述制备方法为通过多层结构将发热纤维与相变材料加工组合起来形成多层的所述具有双向调温功能的发热纤维材料。

10.根据权利要求6所述的制备方法，所述制备方法为将所述相变材料与所述发热纤维复合得到一种复合的包裹结构，所述包裹结构选自以下结构：

a)外层为相变材料，内层为发热纤维；

b)外层为发热纤维，内层为相变材料；

c)内层为发热纤维和相变材料，外层为其他纤维。

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