基于尼龙-6聚合物基体的日间被动制冷纤维、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于个人热管理技术领域，提供了基于尼龙

【技术实现步骤摘要】
基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于个人热管理
，具体涉及基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，日益加剧的全球气候变暖问题给人们的生产生活带来了挑战，这也为人类的室外工作活动带来了诸多潜在安全隐患，比如热失衡、中暑及与过度热应激相关的疾病等。人体是一个对温度变化高度敏感的复杂系统，正常情况下人体的核心温度保持在37.5℃
‑
38.3℃的热舒适范围内，温度过高或过低将会导致人体的不适、降低工作效率甚至可能危及生命。为了实现个人的热生理舒适，能源密集型中央空间采暖、通风和空调能耗(HVAC)系统已被广泛采用在现代建筑中，然而该方案在带来一定室内温度调节的同时却带来了诸多问题：首先它导致了巨大的能源消耗，据美国能源部统计，基于HVAC的电力消耗占据了全球总用电量的40％左右，这为可持续的能源供应和环境带来了沉重负担，如此显著的能源消耗源于在调节整个建筑空间的温度时能量的低效使用，而不是直接将能量控制到各个成员；其次由于不同人对于热舒适具有轻微不同的热感知阈值，因此它也很难同时兼顾每个人和满足不同人的个人热生理舒适；另外，基于HVAC的空间冷却和加热方案仅适用于室内环境，对于室外使用场景是不切实际和不经济的。因此，开发新的策略和解决方案来改善人类的人体热舒适控制具有十分重要的现实意义。
[0003]近年来，一种通过控制人体小气候进而达到较高热舒适的个人热管理(PTM)技术受到了广泛关注并得到了蓬勃发展。自然条件下人体无时无刻都在产生代谢热并通过辐射、传导、对流和蒸发四种途径不断地向周围环境散发热量以保持体内平衡，在一般的室内场景中辐射约占人体散热的50％以上。而人体发出的热辐射中波长范围主要集中在7
‑
14微米，其中峰值强度约为9.5微米，而人类皮肤是一个很好的红外发射器(发射率＝0.98)，巧合地是这种低温辐射谱与地球上的大气透明光谱窗口高度重叠(ATSW，λ～8
‑
13μm)，因而人体可以直接将热量通过大气透明窗口辐射到外部空间(3k)。这种通过将人体代谢热量以中红外波长的形式向外部冷却空间辐射热量的冷却技术称为被动辐射制冷技术，相关领域被称为个人热管理(PTM)领域。与HVAC系统不同，被动制冷直接以天然的大气透明窗口为制冷路径而无需任何能源消耗，具有节能和环境友好的特点；同时被动制冷可以在室内及室外多种不同的场景中工作，不受环境地点的限制；此外被动制冷还可以因人而异进行定制化的材料和结构设计，在保持个人热舒适的同时可以允许不同的冷却设定值，设定点温度提高1℃到4℃就可以节省7％到45％的能源。
[0004]当人们暴露于室外时，对于室外制冷的传统方法主要是通过蒸发和对流散热来实现降温，但这两种散热方式在很大程度上取决于湿度和风级别等环境条件，具有较大的局限性。而要实现室外被动制冷除了辐射人体中红外波段热量外还需要避免对太阳光产生吸收，这就需要织物对可见光和中红外无明显吸收，同时需要对太阳光具有高折射率和反射
率。尽管发展被动制冷进而实现个人热管理具有诸多优势，但是目前被动制冷领域依然存在很多问题：首先，作为保护皮肤免受外部环境伤害的主要介质，衣服被认为是被动辐射制冷的最佳选择，而目前已有的被动辐射冷却结构大多都是基于薄膜、涂料或油漆等形态，其较差的透水透气性不利于人体的可穿戴或者集成；其次，目前被动制冷薄膜大多都是基于聚乙烯等对中红外透过率高的材料，为了保证足够的透过率其结构厚度通常被限制在约150μm以内，这会影响实际应用中材料的机械性能，例如强度，耐磨性等。
[0005]为此，我们提供了基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维、制备方法及其应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有被动制冷材料领域存在的不足，提供了基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维、制备方法及其应用，其能解决现有被动辐射冷却结构存在的透水透气性差以及因结构厚度受限影响机械性能的技术问题。
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一种基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维，其特征在于，
[0009]该日间被动制冷纤维以PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维为主体并在PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维表面形成有涂层；
[0010]所述PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维的原料主要包括84
‑
90重量份PA
‑
6和8
‑
12重量份无机纳米颗粒制得，所述无机纳米颗粒为TiO2或ZnO；
[0011]所述涂层的原料主要包括聚四氟乙烯。
[0012]进一步的，所述无机纳米颗粒的粒径为300
‑
1000纳米。
[0013]优选地，所述无机纳米颗粒的平均粒径为500纳米。
[0014]进一步的，所述PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维的原料包括84
‑
90重量份PA
‑
6、8
‑
12重量份无机纳米颗粒、0.5
‑
0.9重量份增韧剂和0.1
‑
0.4重量份抗氧化剂；
[0015]所述涂层的原料主要包括9～11重量份聚四氟乙烯和1份固化剂。
[0016]优选地，增韧剂为纳米尼龙，抗氧化剂为特丁基对苯二酚，所述固化剂为乙烯基三胺。
[0017]本专利技术的基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维，具有如下有益效果：
[0018]1、PA
‑
6是常见的纺织品材料，具有穿着舒适和力学性能优异等优势，作为被动制冷纤维的聚合物基体在具备基本辐射制冷效果的同时使被动制冷纤维具有了优异的加工性能和力学强度；
[0019]2、无机纳米颗粒，即ZnO或TiO2纳米颗粒，增强了被动制冷纤维在日间对紫外光和可见光的反射率及折射率，具体的，无机纳米颗粒的粒径为300
‑
1000纳米，覆盖太阳光谱波长(390
‑
780纳米)范围，使其与太阳光发生折射或反射等作用，以避免被人体吸收，实现被动制冷，同时，在可见光和红外范围无本征吸收，折射率高，TiO2(2.76
‑
2.55)，ZnO(2.0
‑
2.02)，而且，无毒，化学性质稳定；
[0020]3、由于无机纳米颗粒的引入和熔融再冷却结晶过程会降低PA
‑
6聚合物基体的力学性能和韧性，NYC主要起到增强增韧的作用。
[0021]4、PTFE涂层有利于人体中红外波长辐射的透过并进一步增强了纤维的被动辐射
制冷效果；
[0022]5、该日间被动制冷纤维能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维，其特征在于，该日间被动制冷纤维以PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维为主体并在PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维表面形成有涂层；所述PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维的原料主要包括84
‑
90重量份PA
‑
6和8
‑
12重量份无机纳米颗粒制得，所述无机纳米颗粒为TiO2或ZnO；所述涂层的原料主要包括聚四氟乙烯。2.如权利要求1所述的一种基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维，其特征在于，所述无机纳米颗粒的粒径为300
‑
1000纳米。3.如权利要求1所述的一种基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维，其特征在于，所述PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维的原料包括84
‑
90重量份PA
‑
6、8
‑
12重量份无机纳米颗粒、0.5
‑
0.9重量份增韧剂和0.1
‑
0.4重量份抗氧化剂；所述涂层的原料主要包括9～11重量份聚四氟乙烯和1份固化剂。4.如权利要求3所述的一种基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维，其特征在于，所述增韧剂为纳米尼龙，所述抗氧化剂为特丁基对苯二酚，所述固化剂为乙烯基三胺。5.如权利要求1～4中任一所述的基于尼龙
‑
6聚合物基体的日间被动制冷纤维的制备方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：(1)原料的预处理，按配比称量PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维的原料后将原料混合均匀；(2)PA
‑
6@无机纳米颗粒复合母料的制备，将PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维的原料混合后经挤出机共混挤出，然后经造粒机造粒，得到PA
‑
6@无机纳米颗粒复合母料；(3)PA
‑
6@无机纳米复合纤维的制备，将(1)获得的PA
‑
6@无机纳米颗粒复合母料通过高温熔融3D打印技术纺丝，获得PA
‑
6@无机纳米颗粒复合纤维；(4)日...

【专利技术属性】
技术研发人员：万勇，
申请(专利权)人：无锡万斯家居科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：