一种保温与散热双功能热管理织物及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种保温与散热双功能热管理织物及其制备方法。其中，热管理织物包括：纤维织物、设于纤维织物一侧的金属纳米颗粒层以及设于纤维织物另一侧的多孔聚合物涂层。制备方法包括在纤维织物的两侧分别沉积金属纳米颗粒层和多孔聚合物涂层，即得双功能热管理织物。本发明专利技术在传统布料一面引入金属纳米颗粒，利用局域表面等离激元谐振实现对热辐射的抑制与太阳光的高效吸收，即保温性能。并在传统布料另一面涂覆多孔聚合物膜，利用其内部空气孔实现对太阳光的高效散射，利用其自身在中红外的高辐射特性进行辐射散热。该保温功能和散热功能也可以单独使用。保温与散热双功能个人热管理织物还可结合转轴等机械结构应用在建筑物与车辆节能等领域。筑物与车辆节能等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种保温与散热双功能热管理织物及其制备方法


[0001]本专利技术属于热管理织物设计
，具体涉及一种保温与散热双功能热管理织物及其制备方法。

技术介绍

[0002]人体热耗散包含传导、对流、蒸发以及辐射散热，在环境温度为26℃时，辐射散热占据约65％的人体热耗散。传统织物主要通过改变材料(如棉服、羽绒服)的几何厚度实现对传导/对流散热的抑制，在特定厚度下仅能实现单一的保温/散热功能。
[0003]对于个人辐射热管理的研究大约于20世纪60年代被美国宇航局提出，其成果为基于沉积了铝的聚对苯二甲酸乙二醇酯的太空衣结构，但是由于太空衣采纳的聚对苯二甲酸乙二醇酯密集无孔，该结构的透气与透水汽性能极差，且仅能实现保温。
[0004]在后续研究中，斯坦福大学基于复杂的多孔纳米结构实现保温/散热的双功能个人热管理织物，该织物通过复合纳孔聚乙烯薄膜、铜镀层、碳涂层与复合纳孔聚乙烯薄膜的方式实现了双功能的室内个人热管理。其保温功能通过铜镀层反射人体红外热辐射实现，散热功能通过高辐射率的碳浆实现，由于织物内外由纳孔聚乙烯薄膜构成，其两面的太阳光吸收率无法进行调控，仅适用于室内热管理。
[0005]传统的个人热管理方法着重于改变材料的热传导性能，但是对于热辐射散热的管控缺失，适用于人体辐射热管理的近期研究仅针对材料辐射特性进行调控，难以适用于室外开放环境。
[0006]在后续研究中，有研究者基于复杂的多孔纳米结构实现保温/散热的双功能个人热管理织物，该织物主要由五层材料组成(文献1：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c00400)：用于辐射散热的聚甲基丙烯酸甲酯涂层、聚四氟乙烯多微孔膜与铝纳孔结构，以及用于辐射保温的纳孔聚乙烯薄膜和沉积在电池隔膜纳孔聚乙烯上的铜锌混合纳米颗粒。该方案存在以下缺点：1.采用聚四氟乙烯和聚乙烯作为基底材质，其抗撕拉性能弱，可穿着性能弱；2.使用聚乙烯基底材质，透气性能差。3.需要采用铜锌铝三种金属结构，增加工艺复杂性；4保温层和散热层必须通过缝合或冷/热压等方式结合，存在易剥落、脆弱等问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术存在的缺点和不足，基于非对称的微纳光学结构，提出了一种能够实现可切换保温与散热双功能、生物毒性低、穿着性能优良、基于一种金属形成的结构的个人热管理织物及其制备方法。
[0008]一种保温与散热双功能热管理织物，包括：
[0009]纤维织物、设于所述纤维织物一侧的金属纳米颗粒层以及设于所述纤维织物另一侧的多孔聚合物涂层。
[0010]上述技术方案中，所述纤维织物作为基底层，可以选用化学纤维也可以选用天然
纤维。金属纳米颗粒层作为保温层为热管理织物提供保温模式，多孔聚合物涂层作为散热层为热管理织物提供散热模式。热管理织物的保温模式和散热模式均可单独使用。
[0011]本专利技术的热管理织物具有优良的穿着性能，包括抗撕拉与透气性能，其透气性能等同与常见的化学纤维和天然纤维。
[0012]作为优选，所述纤维织物为聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(尼龙)、聚氨基甲酸酯纤维(氨纶)、聚乙烯醇缩醛纤维(维纶)、聚丙烯纤维(丙纶)、醋酸纤维等常见化学纤维，或棉、蚕丝等天然纤维中的一种或多种。而涤纶布(聚酯纤维)作为成熟的材料，在沉积过程中耐热性好，安全性高，可穿着性能优良。
[0013]作为优选，所述金属纳米颗粒层的中红外热辐射率为0～0.5；太阳光吸收率为0.4～1。
[0014]作为优选，所述金属纳米颗粒层所用金属材料为锌、钛、铜、铝、银或金。
[0015]作为优选，所述金属纳米颗粒层的厚度为50～1000nm。
[0016]作为进一步优选，所述金属纳米颗粒层的厚度为300～900nm。
[0017]作为优选，所述金属纳米颗粒层由多种不同尺寸的金属纳米颗粒组成，多种不同尺寸的金属纳米颗粒随机分布形成所述金属纳米颗粒层；
[0018]所述金属纳米颗粒的尺寸范围为10～800nm。
[0019]上述技术方案中，金属纳米颗粒支持局域表面等离激元谐振，不同尺寸金属纳米颗粒支持的谐振波长不同，通过采用不同尺寸的金属纳米颗粒实现宽光谱的吸收；对于中红外热辐射波段，密集的金属纳米颗粒可以近似为一层金属薄膜，能够起到高效反射热辐射的作用。
[0020]作为优选，所述多孔聚合物涂层的中红外热辐射率为0.5～1；太阳光反射率为0.4～1。
[0021]作为优选，所述多孔聚合物涂层为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或聚偏氟乙烯。
[0022]作为优选，所述多孔聚合物涂层的厚度为5～500μm。
[0023]作为进一步优选，所述多孔聚合物涂层的厚度为10～100μm。
[0024]作为优选，所述多孔聚合物涂层具有多种不同尺寸的空气孔，多种不同尺寸的空气孔在所述多孔聚合物涂层内随机分布；
[0025]所述空气孔的尺寸范围为100～3000nm。
[0026]上述技术方案中，多孔聚合物中含有不同尺寸的空气孔，这些空气孔对特定波长的太阳光有高效的背向散射效果，通过采用不同尺寸的空气孔能够实现宽光谱的反射；对于中红外热辐射波段，多孔聚合物涂层与作为基底的纤维织物具有很高的热辐射率，能够实现高效的辐射散热。
[0027]本专利技术的热管理织物的保温的原理在于：在太阳光谱(包括可见光与近红外光)波段，利用金属纳米结构实现对太阳光的高效吸收；在中红外热辐射波段，基于金属纳米结构对热辐射的高反射将人体热辐射反射回人体，实现保温。
[0028]其散热的原理在于：在太阳光谱(包括可见光与近红外光)波段，利用多孔聚合物涂层实现对太阳光的高效反射；在中红外热辐射波段，基于聚合物涂层本身的高热辐射率特性，实现辐射散热。
[0029]作为优选，所述热管理织物通过翻转应用面实现不同的热功能。
[0030]如图1所示，影响室外个人热管理的因素主要包括三点：(1)室外人体辐射损耗更高，室外个人辐射热耗散速率是室内辐射热耗散速率的4倍，室外保温难度相比室内更高；(2)室外太阳是5500℃的黑体辐射源，织物对太阳光的吸收会显著提高散热难度；(3)室外温度变化范围更大，且无法借助空调等手段调控个人热管理。
[0031]调控织物的室外保温/散热性能需要协同调控太阳光谱波段特性与中红外热辐射波段特性，而基于单一织物实现这两种功能意味了织物的两面承担截然不同的两种功能。本专利中设计的双功能材料通过翻转实现两种不同的热功能，散热模式下白色散热面朝向外侧，保温模式下黑色保温面朝向外侧。
[0032]本专利技术的双功能热管理织物可以结合不同热导率材料(如气凝胶、石墨等)作为增强其保温或散热效率的应用。
[0033]本专利技术的双功能热管理织物不仅能够应用于个人穿着，还能够应用于建筑物及车辆节能领域。
[0034]一种上述任一项所述的保温与散热双功能热管理织物的制备方法，包括在纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种保温与散热双功能热管理织物，其特征在于，包括：纤维织物、设于所述纤维织物一侧的金属纳米颗粒层以及设于所述纤维织物另一侧的多孔聚合物涂层。2.根据权利要求1所述的保温与散热双功能热管理织物，其特征在于，所述纤维织物为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚氨基甲酸酯纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、聚丙烯纤维、醋酸纤维、棉、蚕丝中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的保温与散热双功能热管理织物，其特征在于，所述金属纳米颗粒层的中红外热辐射率为0～0.5；太阳光吸收率为0.4～1。4.根据权利要求1所述的保温与散热双功能热管理织物，其特征在于，所述金属纳米颗粒层材料为锌、钛、铜、铝、银或金。5.根据权利要求1所述的保温与散热双功能热管理织物，其特征在于，所述金属纳米颗粒层的厚度为50～1000...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，罗皓，朱屹凝，仇旻，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：