CN107022799A

CN107022799A - 一种长效凉爽降温纤维

Info

Publication number: CN107022799A
Application number: CN201610084729.0A
Authority: CN
Inventors: 朱梦云
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-08-08

Abstract

本发明公开了一种长效凉爽降温的纤维，它是以高纳米孔隙度的介孔材料作为母材，将相变化材料分散后并填入母材的孔隙中，再将具相变化材料的母材微细化，并与孔隙中吸附或含有水汽的多孔质材料的高比热材料混合，得到降温复合粉体，该降温复合粉体依比例加入各类纤维中形成降温纤维；当人体体热传导至降温纤维时，降温纤维表面微细化的相变化材料通过吸附体热而进行快速完整的相关变化使温度下降，同时体热亦可以使高比热材料中的吸附水汽蒸发汽化带走体热，使人体体表温度和湿度再度降低，当体温下降达一定程度时，相变化材料会相变化恢复为原本状态进而实现持续再生的降温效果，达到长效的、凉爽的降温效果。

Description

一种长效凉爽降温纤维

技术领域

本发明涉及纤维材料领域，具体是一种长效凉爽降温纤维，该长效凉爽降温纤维可将人体的热能及湿气经由纤维迅速吸收、反应并散逸，同时恢复至原来的状态，达到长效的、凉爽降温效果。

背景技术

一般降温纺织品早期制作以热交换器及电力输送热传流体用途为主，如专利US5062424、US5092129、US5263336、US4738119等，仅适用于特殊的作业环境，不适用于日常穿着应用，因而有人利用透气不透水的有机材料制作成流体管路，并经由电力输送流体或气体，可达到降温冷却装置的作用，从而使冷却性纺织品用于一般穿着的用途，如专利US2006174392、US6962600、US2005246826、US7179279、FR2836339、US5970519、US6009713、US5538583、US5438707、US5433083、US5320164等，其中使用压缩气体与电力快速输送特性，可以达到快速降温效果，然而具有复杂的管路结构且需要外加电力，限制了这类降温纺织品的使用；再者，除使用管路外，利用夹层设计简化管路的复杂布置，通过透气不透水与透水层的多层化设计，使两层间存在特定结构的连贯性空间，空间中存在可应温度或湿度差异产生的气流，达到降低体热温度的效果，如专利US4342203、WO2007088431、US2007050878、US2006201178、JP4209809、JP4209807等，使气流有良好的流通性从而产生散热效果，然而多层结构的设计较复杂，因此有人在多层结构的中间层引入可以含有大量水分的水吸收材料，增加整体的降温程度，如US2003208831、WO0108883、MXPA01013376、US6516624、US6134714等，通过透气层使水蒸气进入中间层达到更好的冷却效果；类似的方式如水或具散热性的相变化材料封存于特定的袋或管状空间中，如专利US2006276089、US2006064147、US2005284416、US6134714、US5415222等，使用阻水性不透气材料封存水或相变化材料，避免液态散热材料的流失，但是长时间使用下，因外界的摩擦与压力作用，仍然会有漏水的问题，相变化材料的使用存在无法保持长期效果的问题，需待相变化材料恢复固态才能再有降温作用；利用高热传性的金属纤维编织，可以制作长时间冷却作用的纺织品，如专利IT1251745，但因金属纤维的成本高且柔软性差，使这类降温纺织品的实用性不佳；基于上述技术的缺失，现有技术中还没有一种能应用于日常穿着的，能实现长效降温效果的纤维材料，研究和开发一种可长效凉爽的降温纤维材料来填补市场空白具有极大的创造意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长效凉爽降温纤维，它是以高纳米孔隙度的介孔材料作为母材，将相变化材料分散后并填入母材的孔隙中，再将具相变化材料的母材微细化后并与孔洞中吸附或含有水汽的多孔质材料的高比热材料混合，即可得降温复合粉体，且该降温复合粉体依比例加入各类纤维中而形成降温纤维。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种长效凉爽降温纤维，以高纳米孔隙度的介孔材料作为母材，将相变化材料以分散方式或溶解方式填入母材的孔隙中，得到具相变化材料的母材，将具相变化材料的母材微细化后与高比热材料混合，得到降温复合粉体，将降温复合粉体加入不同纤维中，形成具有不同降温效果的降温纤维。

作为本发明进一步的方案：所述母材的粉体粒径为100nm-2000nm，表面孔隙范围为10nm-1000nm之间。

作为本发明再进一步的方案：所述相变化材料为水或二十烷二甲酸或二十烷或正十八烷或十九烷或二氧化钒。

作为本发明再进一步的方案：所述高比热材料为高孔洞中吸附或含有水汽的多孔质材料；高比热材料为矽藻土或海泡石或沸石或高岭土或滑石或浊居石或云母或玉石或蛇纹石或玄武岩及矽、铝、镁、纳、钙的氧化物、磷化物、氮化物、矽酸盐类。

作为本发明再进一步的方案：所述降温复合粉体的粉体粒径为100nm-2000nm。

作为本发明再进一步的方案：所述相变化材料以0.1-80wt％的比例填入母材的孔隙中。

作为本发明再进一步的方案：所述分散方式为研磨分散或超音波震荡分散或搅动分散。

作为本发明再进一步的方案：所述溶解方式为溶液法或热熔融法。

作为本发明再进一步的方案：所述纤维为天然纤维或内含机能性粉体的化学合成纤维或不含机能性粉体的化学合成纤维。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可将人体的热能及湿气通过降温纤维迅速吸收、反应并散逸，同时恢复至原来的初始状态，达到长效的凉爽降温效果；能自动调节温度、湿度；所述母材提供良好的吸附性及分散性，同时母材的表面孔洞尺寸可控制吸附的相变化材料的体积，将相变化材料的有效体积缩小至纳米等级，而使相变化材料的热调节功能达到最大化；所述高比热材料可阻碍热传导速度，避免人体热流快速导入降温纤维内部而降低相变化的效果，使热流维持在表层进行完整的相变化反应并借由水汽蒸发效应散逸；当人体体热传导至降温纤维时，起降温纤维表面的微细化的相变化材料即可吸附体热而进行快速且完整的相变化使温度下降，同时体热亦可使高比热材料中的吸附水汽蒸发汽化并带走体热，使人体体表温度及湿度再度降低，当体温下降达一定程度时，相变化材料又会相变化恢复为原本状态进而产生持续再生的降温效果，达到长效的凉爽降温的目的；本发明能实现降温材料在穿着类用品方面的应用，便于制备，成本低廉，具有极大的市场前景。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明中母材原始表面状态电镜示意图。

图3为本发明中母材表面披覆相变化材料电镜示意图。

图4为本发明中母材与符合降温粉体的降温曲线比较示意图。

图5为本发明在含水率为2wt％时的一般PET纤维及不同比例的降温PET纤维的降温曲线比较示意图。

图6为本发明在含水率为10wt％时的一般PET纤维及不同比例的降温PET纤维的降温曲线比较示意图。

图7为本发明添加比例为1.2wt％的降温PET纤维衣物与一般PET纤维衣物的人体微气候分析的温度曲线示意图。

图8为本发明添加比例为1.2wt％的降温PET纤维衣物与一般PET纤维衣物的人体微气候分析的湿度曲线示意图。

其中，21-母材；2-相变化材料；23-具相变化材料的母材；24-高比热材料；25-降温复合粉体；26-纤维；27-降温纤维；31-母材降温曲线；32-降温复合粉体降温曲线；41-一般PET纤维降温曲线；42-1.2wt％的PET纤维降温曲线；43-1.8wt％的PET纤维降温曲线；44-2.2wt％的PET纤维降温曲线；51-一般PET纤维；15-1.2wt％降温PET纤维。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明实施例中，一种长效凉爽降温纤维，以高纳米孔隙度的介孔材料作为母材21，将相变化材料22分散后填入母材21的孔隙之中，形成具相变化材料的母材23；所述具相变化的母材23微细化后与多孔高吸水性的高比热材料24混合，得到降温复合粉体25，将所述降温复合粉体25按比例加入各类纤维26中，形成具有不同降温效果的降温纤维27。

所述母材21为高纳米孔隙的介孔材料，母材21的粉体粒径为100nm-2000nm，所述介孔材料为矽藻土或海泡石或沸石或高岭土；介孔材料经清洗、研磨、过滤、干燥程序得到高纳米孔隙的介孔材料粉体，处理后的介孔材料表面孔隙范围再10nm-1000nm之间且均匀分布，所述母材21提供良好的吸附性及分散性。

所述相变化材料22为水或二十烷二甲酸(Eicosane)或二十烷(Heneicosane)或正十八烷(Octadencane)或十九烷(Nonadecane)或二氧化钒(VO₂)，所述相变化材料22经溶解方式或分散方式，以0.1-80wt％的比例填入所述母材21的孔隙中，经过清洗、过滤、干燥程序，得到具相变化材料的母材23，借由所述母材21的表面孔洞尺寸来控制吸附的相变化材料22的体积，将所述相变化材料22的有效体积缩小至纳米等级，而使相变化材料22的热调节功能达到最大化；所述溶解方式包括溶液法和热熔融法，所述分散方式包括淹没分散、超音波震荡分散或搅动分散。

所述高比热材料24为高吸水性的多孔材料，高比热材料24的比热高于0.25cal/gk，所述比热材料24为矽藻土或海泡石或沸石或高岭土或滑石或浊居石或云母或玉石或蛇纹石或玄武岩及矽、铝、镁、纳、钙的氧化物、磷化物、氮化物、矽酸盐类；将所述高比热材料24以10-80wt％的比例添加混合入具相变化材料的母材23中，并将混合物研磨分散，以不同网目的不锈钢网过滤，使混合物粉体尺寸均匀控制在100nm-2000nm，得到降温复合降温粉体25。

所述相变化材料22被母体21均质微细化后，较原本粒度能更快速的发挥吸热效果，且能维持相当好的分散效果；所述高比热材料24能有效将热维持在母体21与相变化材料22的表面，使相变化材料进行完整的相变化，从而吸收更多的热量；因此，所述降温复合粉体25的降温效果更为快速、明显，将处理后的降温复合粉体25通过母粒添加法或直接聚合法或微胶囊包覆法按0.1-20wt％的比例加入各类纤维26中，制成降温纤维27；所述纤维26为天然纤维或内含机能性粉体的化学合成纤维或一般化学合成纤维，包括聚酯(polyester)、尼龙(Nylon)、亚克力(acrylic)、嫘萦(Rayon)、聚氯乙烯(PVC)。

实施例1

请参阅附图4，所述母材21与降温复合粉体25的降温曲线比较示意图，降温复合粉体25以母材21∶相变化材料22∶高比热材料24＝9∶1∶10的比例混合制成，将制成的降温复合粉体25均匀披覆在不锈钢薄板上，并置入50℃烘箱中加热1小时升温，去除水汽后，再取出以红外线测温仪依据时间量测量不锈钢薄板的温度变化，比较母材降温曲线31与降温复合粉体降温曲线32后，证明所述降温复合粉体25在5分钟内就能达到完全的降温效果，且降温速率与母材21比较更为快速，达到的最低热平衡温度也较低，表明降温效果增加，显示降温粉体材料25对高温具有明显的降温效果。

将降温复合粉体25依不同比例加入PET(PolyEthylene Terephthalate)即聚对苯二甲酸乙二酯)，制作成降温PET纤维，添加比例分别为1.2wt％、1.8wt％、2.2wt％，并取100cm²的一般PET纤维及不同比例的降温PET纤维置于恒温恒湿箱中1小时，温度设置为28℃，取出后依不同含水率测试其降温曲线；如图5所示，当含水率为2wt％时，一般PET纤维降温曲线41与1.2wt％的降温PET纤维降温曲线42、1.8wt％的降温PET纤维降温曲线43、2.2wt％的降温PET纤维降温曲线44比较后，表明降温效果随降温复合粉体25的增加而明显变好，且曲线变动幅度较大，但降温趋势为在前三分钟降温纤维27得到相当大的温度差异，主要原因是母材21将水分子细化，再利用微细化相变化材料22的潜热将水气蒸发并带走热量所造成的；如图6所示，当含水率提高至10wt％，约等于人体表面未穿衣物时散逸水气的湿度，降温纤维27的降温效果大幅度提升，最大降温幅度达到4.2℃以上。

将添加比例为1.2wt％的降温PET纤维织造成测试衣物进行人体表面微气候分析，在恒温恒湿环境中，分别记录人体表面在日常一般活动下的温度与湿度变化，并与一般PET纤维衣物进行比较；如图7所示，所述降温纤维27具有约3℃左右的降温效果，同时降温效果在测试期间(50min内)均维持一定水准；如图8所示，本发明的降温纤维27对于人体表面湿度的调节同样具有明显效果，湿度的差异最高达到20％以上，同时，随着时间的增加湿度的差异更为明显，因此本发明的降温纤维27不仅具有明显的降温效果，同时可保持人体表面干爽，提高日常活动时的舒适度。

本发明的降温纤维27与一般纯相变化型的降温纤维进行比较，虽然相变化型纤维具有降温效果，但穿在人体身上随着时间的增加，一般纯相变化型的降温纤维和人体表面会逐渐达到热平衡而失去降温效果，而当穿着一般纯相变化型的降温纤维制成的衣物运动时，湿气的累积无法排除，因此湿凉的感觉对人体而言相当的不舒适；而本发明制作的降温纤维27，因为母材21能大量吸附人体所散发的水汽，加上高比热材料24的热几种效应，使得相变化材料22能够达到最佳的热吸收效果，同时吸收的热液可不短的将人体水汽蒸发，并伴随着热向人体外排出，使得人体表面的温度和湿度促进降温纤维27持续的产生降温效果；当人体体表温度随着运动量增大而升高时，降温纤维27的降温效果会随着含水率的增加而提升，同时过多的湿度也会被转换成水汽带走，形成可自动调节温度、湿度的降温纤维；

为了更进一步的说明本发明的进步性与实用性，以下将本发明的降温纤维27与现有技术做出如下比较分析：

1.现有技术的缺点：

1.1湿气的累积无法排除，因此造成人体不舒适；

1.2金属纤维的成本太高且柔软性差，使得该类降温纺织品的实用性不佳。

2.本发明的优点：

2.1可将人体的热能及湿气通过降温纤维迅速吸收、反应并散逸，同时恢复至原来的初始状态，达到长效的凉爽降温效果；

2.2提供一种可以自动调节温度、湿度的降温纤维。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种长效凉爽降温纤维，其特征在于：以高纳米孔隙度的介孔材料作为母材(21)，将相变化材料(22)以分散方式或溶解方式填入母材(21)的孔隙中，得到具相变化材料的母材(23)，将具相变化材料的母材(23)微细化后与高比热材料(24)混合，得到降温复合粉体(25)，将降温复合粉体(25)加入不同纤维(26)中，形成具有不同降温效果的降温纤维(27)。

2.根据权利要求1所述的长效凉爽降温纤维，其特征在于，所述母材(21)的粉体粒径为100nm-2000nm，表面孔隙范围为10nm-1000nm之间。

3.根据权利要求1所述的长效凉爽降温纤维，其特征在于，所述相变化材料(22)为水或二十烷二甲酸或二十烷或正十八烷或十九烷或二氧化钒。

4.根据权利要求1所述的长效凉爽降温纤维，其特征在于，所述高比热材料(24)为高孔洞中吸附或含有水汽的多孔质材料；高比热材料(24)为矽藻土或海泡石或沸石或高岭土或滑石或浊居石或云母或玉石或蛇纹石或玄武岩及矽、铝、镁、纳、钙的氧化物、磷化物、氮化物、矽酸盐类。

5.根据权利要求1所述的长效凉爽降温纤维，其特征在于，所述降温复合粉体(25)的粉体粒径为100nm-2000nm。

6.根据权利要求1所述的长效凉爽降温纤维，其特征在于，所述相变化材料(22)以0.1-80wt％的比例填入母材(21)的孔隙中。

7.根据权利要求1所述的长效凉爽降温纤维，其特征在于，所述分散方式为研磨分散或超音波震荡分散或搅动分散。

8.根据权利要求1所述的长效凉爽降温纤维，其特征在于，所述溶解方式为溶液法或热熔融法。

9.根据权利要求1所述的长效凉爽降温纤维，其特征在于，所述纤维(26)为天然纤维或内含机能性粉体的化学合成纤维或不含机能性粉体的化学合成纤维。