CN115637521A - 一种温湿度可调型织物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温湿度可调型织物。该织物由复合纤维膜编织而成，所述复合纤维膜包括：多孔纤维层和隔热反射层。所述多孔纤维层是由多孔纤维膜编织而成，其中多孔纤维膜兼具辐射制冷和渗透除湿功能；所述隔热反射层是具有良好的保温性能和太阳波段(0.25‑2.5μm)高反射率的聚乙烯气凝胶。该新型织物可以实现被动式降温，使得表面温度降低。同时，该新型织物可以实现排汗透湿功能，提高穿着舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型辐射制冷织物，属于被动式能源利用技术领域。
背景技术
现代社会能源的使用量巨大，导致地球能源储备量急剧下降，故一种被动式的无外部能量消耗的辐射制冷技术越来越受到重视。辐射制冷技术是辐射制冷材料通过大气窗口(8-13μm)向外太空(温度接近绝对零度)发射电磁波，与外太空进行热量交换，进而降低材料表面温度的一种新型制冷技术。辐射制冷不需要任何外部能源的输入，能够有效缓解能源大量消耗的问题。
如今，由于全球变暖加剧，夏季室外温度屡创新高，对户外工作人员的身体健康造成了很大的威胁。因此，个体的降温变得越来越重要，应用辐射制冷技术的个体被动式冷却衣物的设计具有非常大的应用前景。
斯坦福大学的Cui教授团队1通过挤压和相分离法制备了多孔复合PE纤维，在测试中覆盖纳米多孔PE织物的皮肤温度比覆盖棉织物的皮肤温度低2.3℃。其原理为：多孔复合纤维具有50-1000nm的空气孔洞，由于空气孔洞的直径与太阳波段(0.25-2.5μm)相当，故该纤维可以有效反射太阳光。同时，由于PE在红外波段具有很高的透过率，人体的红外热辐射可以通过PE纤维制作的衣物向外发射，进而降低了人体皮肤表面的温度。但是由于多孔PE纤维本身没有高的大气窗口发射率，故其实际制冷效果有限。中国专利CN110042564A公开的一种辐射制冷复合纤维膜及其制备方法和应用，将单分散性好的高发射的辐射粒子二氧化硅粒子均匀分散在聚合物溶液中，通过静电纺丝得到复合纤维膜，辐射制冷效果较为明显。但此方法生产出的复合纤维透气性差，排汗性能不好，且制备工艺复杂，设备成本高。
综上所述，现有技术缺乏一种同时满足辐射制冷、透气排汗和阻隔紫外线的新型辐射制冷织物的设计方案。为解决该问题，本发明提出一种由复合纤维膜编织而成的新型温湿度可调型织物。
参考文献：
[1]Hsu，P.C.；Song，A.Y.；Catrysse，P.B.；Liu，C.；Peng，Y.C.；Xie，J.；Fan，S.H.；Cui，Y.Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile.SCIENCE2016，353，1019-1023.
发明内容
本发明公开了一种温湿度可调型织物，其兼具辐射制冷性能和透气排汗性能，提供了可用于人体被动式降温衣物的设计方案。
所述一种温湿度可调型织物由复合纤维膜编织而成。
所述复合纤维膜包括具有辐射制冷性能和渗透除湿性能的多孔纤维膜和具有高热阻高反射的隔热反射层。
所述多孔纤维膜具有阻隔液滴的功能，防止液滴润湿辐射制冷材料，降低其辐射制冷能力；
所述多孔纤维膜包括聚合物材料和具有辐射制冷性能的材料；
所述聚合物材料为PVDF或PTFE；所述具有辐射制冷的性能的材料为PDMS、PVDF、Al2O3、SiC、SiO2、MgO、BaSO4中的一种。
所述纺织织物的制备过程可以采用以下两种方案：
方案一为将PVDF和辐射制冷材料Al2O3混合之后制作成铸膜液，进而通过纺丝得到Al2O3/PVDF复合纤维膜，再经过纺织成织物，具体包括：
(1)取一定量的Al2O3加入到二甲基甲酰胺(DMF)中，在65℃恒温超声搅拌2小时，所述Al2O3和DMF的质量比为1∶30～40；
(2)将PVDF粉末加入到上述溶液中，在65℃下恒温超声搅拌2小时，所述PVDF粉末与Al2O3的质量比为1∶6～8；
(3)将致孔剂加入到上述混合液中，超声搅拌2小时，停止搅拌后静置脱泡48小时，得到铸膜液，所述致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚氨酯(PU)，所述PVP与PVDF的质量比为1∶3～5；
(4)将上述铸膜液倒入熔融纺丝装置中，从喷丝头挤出的铸膜液经过凝胶槽，沉淀凝胶，淋洗和水浸泡后，放置阴凉处晾干，得到Al2O3/PVDF多孔纤维膜；所述凝胶槽中存在横截面如图2所示的结构，用以制备具有特殊形状的多孔纤维膜；
(5)将上述Al2O3/PVDF多孔纤维膜进行亲水性处理，得到亲水性Al2O3/PVDF多孔纤维膜。
(6)将上述具有特殊形状的亲水性Al2O3/PVDF多孔纤维膜放入挤压装置中，通过挤压的方式将隔热反射层覆盖在亲水性Al2O3/PVDF多孔纤维膜表面，制得具有完整圆柱形状的复合纤维膜；所述隔热反射层为聚乙烯气凝胶；
(7)将上述复合纤维膜进行编织，编织时隔热反射层始终保持统一朝向，最终得到复合纤维膜纺织品。
方案二为将辐射制冷材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶解得到PDMS制膜液，取PVDF多孔纤维，浸入PDMS制膜液中一段时间，得到PDMS/PVDF多孔纤维，再经过编织得到PDMS/PVDF织物，具体包括：
(1)首先将PDMS以一定比例溶于有机溶剂中，后加入交联剂混合搅拌2小时，再加入催化剂，在室温下磁力搅拌8小时，离心、后静置24小时脱泡制成PDMS制膜液；所述有机溶剂为正己烷，所述制膜液中PDMS的质量分数为12％，所述交联剂为正硅酸乙酯，PDMS与正硅酸乙酯的质量比为1∶0.1，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，PDMS与二月桂酸二丁基锡的质量比为1∶20；
(2)将PVDF与PEG以一定比例溶于有机溶剂DMAC中，在65℃下恒温磁力搅拌至均匀，然后静置至无气泡，得到铸膜液；所述PVDF、PEG和DMAC的质量占比分别为：10％-20％、2％-15％、65％-80％。
(3)将上述铸膜液加入到熔融纺丝机中，从喷丝头中挤出的铸膜液经过凝胶槽，沉淀凝胶，淋洗和水浸泡后，放置阴凉处晾干，得到PVDF多孔纤维膜；
(4)将PVDF多孔纤维膜浸入上述PDMS制膜液中3秒，后取出在室温下晾干，重复上述浸膜、晾干操作3次，然后放入真空烘箱内在80℃下真空干燥，制得PDMS/PVDF多孔纤维膜；
(5)将上述PDMS/PVDF多孔纤维膜进行亲水性处理，并将得到的亲水性Al2O3/PVDF复合纤维膜放入横截面如图2所示的装置中，注入PVDF铸膜液，制得具有特殊形状的亲水性PDMS/PVDF多孔纤维膜；
(6)将上述具有特殊形状的亲水PDMS/PVDF多孔纤维膜放入挤压装置中，通过挤压的方式将隔热反射层覆盖在PDMS/PVDF多孔纤维膜表面，制得具有完整圆柱型状的复合纤维膜；所述隔热反射层为聚乙烯气凝胶；
(7)将上述复合纤维膜进行编织，编织时隔热反射层始终保持统一朝向，最终得到复合纤维膜纺织品。
所述隔热反射层为具有良好的保温性能和高太阳光谱波段(0.25-2.5μm)反射率和高大气窗口(8-13μm)透明度的气凝胶薄膜，所述气凝胶的导热系数不高于0.05W/m·K，太阳光谱波段反射率高于0.85，大气窗口波段透过率高于0.8，气凝胶厚度为50μm-5mm。
所述气凝胶层为聚乙烯气凝胶或导热系数不高于0.05W/m·K、太阳光谱波段(0.25-2.5μm)反射率高于0.85、大气窗口波段(8-13μm)透过率高于0.8的气凝胶。
所述聚乙烯气凝胶对于太阳波段内紫外线(0.25-0.6μm)有较强的反射作用，反射率大于70％。
所述一种温湿度可调型织物，可以通过将其设计成防护服，在特定的环境下使用。
相较于现有技术，本发明有以下有益效果：
本发明提出的一种温湿度可调型织物，同时具有辐射制冷、透气排汗和减少紫外光吸收的功能。其中，复合纤维膜制备成本较低，通过聚合物材料与辐射制冷材料相结合，既可以实现个体被动式冷却，又可以透过水蒸气，有利于汗液的排出，保证了人体的舒适度；气凝胶材料具有保温和反射太阳光的功能。复合纤维与气凝胶材料的结合，有利于增强辐射制冷效果和减少紫外线的吸收。用该织物制作的衣物有利于提高夏季户外工作者的舒适度，预防中暑。
附图说明
图1：一种温湿度可调型织物的示意图；
图2：多孔纤维膜制备装置横截面示意图；
图3：编织物内外水蒸气分压力示意图；
图中：1为复合纤维织物；2为聚乙烯气凝胶；3为PVDF多孔纤维。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面列举具体实施例，进一步阐述本发明。但本发明的内容绝不仅仅限于下面的实施例：
实施例1：
(1)先制备PDMS制膜液，再通过提拉法制备出PDMS/PVDF多孔纤维膜。具体过程如下：
首先取100g的PDMS溶于1000g正己烷中，后加入正硅酸乙酯混合搅拌2小时，再加入2000g二月桂酸二丁基锡，在室温下磁力搅拌8小时，离心、后静置24小时脱泡制成制膜液；取纯PVDF复合纤维膜，将其浸入上述PDMS制膜液中3秒，后取出在室温下晾干，重复上述浸膜、晾干操作3次，然后放入真空烘箱内在80℃下真空干燥8小时，制得PDMS/PVDF多孔纤维膜；
(2)将上述PDMS/PVDF多孔纤维膜放入横截面如图2所示的装置中，注入PVDF铸膜液，制得具有特殊形状的PDMS/PVDF多孔纤维膜；
(3)对上述具有特殊形状的PDMS/PVDF多孔纤维膜进行亲水性处理，并且将得到的亲水性PDMS/PVDF多孔纤维膜放入挤压装置中，通过挤压的方式将聚乙烯气凝胶覆盖在PDMS/PVDF多孔纤维膜表面，制得具有完整圆柱形状的复合纤维膜；
(4)取多根多孔纤维膜，将具有聚乙烯气凝胶的部分统一朝上进行编织，得到相应编织物。由于PDMS/PVDF多孔纤维膜具有亲水性，将会把汗液集中在织物内表面，形成织物内外表面的水蒸气压力差(如图3所示)，在压力差的驱动下，汗液水蒸气将会排出，从而达到排汗除湿的效果；
(6)将PDMS/PVDF织物和气凝胶复合而成的具有温湿度调节功能的织物设计成防护服，设计时应注意将气凝胶层朝外，纤维层朝内。
由具有温湿度调节型织物制作而成的衣物，其中PDMS/PVDF复合纤维利用PDMS和PVDF在大气窗口处的高发射率向外太空发射能量，再利用织物上层聚乙烯气凝胶的高太阳反射率来减少太阳能量的输入，即可实现制冷效果；同时，多孔纤维膜表面具有特定尺寸的孔径，可以选择性的透过水蒸气；综上，此衣物有利于夏天户外工作者的降温排汗，预防中暑。
实施例2：
取10g的Al2O3加入到300g二甲基甲酰胺(DMF)中，在65℃恒温超声搅拌2小时，再将1.5gPVDF粉末加入到上述溶液中，在65℃下恒温超声搅拌2小时，将0.5g致孔剂PVP加入到上述混合液中，超声搅拌2小时，停止搅拌后静置脱泡48小时，得到铸膜液；将上述铸膜液倒入熔融纺丝装置中，从喷丝头挤出的铸膜液经过凝胶槽，沉淀凝胶，淋洗和水浸泡后，放置阴凉处晾干，得到Al2O3/PVDF复合纤维膜，对其进行亲水性处理得到亲水性Al2O3/PVDF复合纤维膜；将上述亲水性Al2O3/PVDF复合纤维膜放入挤压装置中，通过挤压的方式将聚乙烯气凝胶覆盖在Al2O3/PVDF复合纤维膜表面，制得复合纤维膜；将上述复合纤维膜进行编织，编织时保证聚乙烯气凝胶始终保持统一朝向，制得到复合纤维膜纺织品。
Claims (3)
1.一种温湿度可调型织物，其特征在于：由复合纤维膜编织而成；所述复合纤维膜包括隔热反射层(2)和多孔纤维膜层(3)；
所述多孔纤维膜包括聚合物材料和具有辐射制冷性能的材料；
所述多孔纤维膜的孔径介于水蒸气分子(0.4nm)和水团簇(20μm)之间，水蒸气分子可以通过而小水滴无法通过，即具有渗透除湿性，同时辐射制冷材料通过向外太空发射红外电磁波与外太空进行换热，降低纤维表面温度；
所述多孔纤维膜的制备过程包括：
(1)取一定量的Al2O3加入到二甲基甲酰胺(DMF)中，在65℃恒温超声搅拌2小时，所述Al2O3和DMF的质量比为1∶30～40；
(2)将PVDF粉末加入到上述溶液中，在65℃下恒温超声搅拌2小时，所述PVDF粉末与Al2O3的质量比为1∶6～8；
(3)将致孔剂加入到上述混合液中，超声搅拌2小时，停止搅拌后静置48小时脱泡，得到铸膜液，所述致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚氨酯(PU)，所述PVP与PVDF的质量比为1∶3～5；
(4)将上述铸膜液倒入熔融纺丝装置中，从喷丝头挤出的铸膜液经过凝胶槽，沉淀凝胶，淋洗和水浸泡后，放置阴凉处晾干，得到Al2O3/PVDF多孔纤维膜。
(5)将上述Al2O3/PVDF多孔纤维膜进行亲水性处理，得到亲水性Al2O3/PVDF多孔纤维膜。
2.根据权利要求1所述的一种温湿度可调型织物，其特征在于：所述聚合物材料为PVDF或PTFE；
所述具有辐射制冷的性能的材料为PDMS、PVDF、Al2O3、SiC、SiO2、MgO、BaSO4中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种温湿度可调型织物，其特征在于：所述隔热反射层(2)为气凝胶薄膜；
所述气凝胶层为聚乙烯气凝胶或导热系数不高于0.05W/m·K、太阳光谱波段(0.25-2.5μm)反射率高于0.85、大气窗口波段(8-13μm)透过率高于0.8的气凝胶，气凝胶厚度为50μm-1mm。
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| CN116856181A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-10-10 | 涡阳县莉佰惠服饰有限公司 | 一种高强度防水透湿面料及其制备方法 |
| CN117661146A (zh) * | 2023-12-06 | 2024-03-08 | 中山大学 | 一种室内外双模式辐射降温织物及其制备方法和应用 |
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2022
- 2022-11-10 CN CN202211408845.5A patent/CN115637521A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116856181A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-10-10 | 涡阳县莉佰惠服饰有限公司 | 一种高强度防水透湿面料及其制备方法 |
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