[发明专利]一种相变温控纤维、纱线和织物及其应用

说明书

本发明提供一种相变温控纤维，其特征在于，所述相变温控纤维包括微结构纤维基体和相变材料，所述微结构纤维基体包括三维连通孔，所述相变材料填充所述三维连通孔，其中所述三维连通孔为两个或两个以上的孔相互连通的三维结构。与现有技术相比，具有以下优势：首先，通过纤维结构设计提高相变材料填充负载量、相变材料循环稳定性能。其次，通过纤维表面处理和纤维内部掺杂技术，实现纤维良好的耐水性能以及机械性能。最后，本发明所提出的相变复合疏水温控纤维在温度调控功能方面，兼具保暖与降温功能；在材料选择方面，具有普适性，可采用绝大部分商用纤维材料，适合工业放大应用，同时可根据实际需要设计不同的材料。在织物成型方面，相变温控织物可由相变纤维直接编织而成，也可先制备纱线再编织成织物。

技术领域

本发明属于智能温控纤维技术领域，特别涉及一种相变温控纤维、纱线和织物及其应用。

背景技术

个人热管理技术的目标是仅局部加热或冷却人体，以高效节能的方式保持个人舒适度，由于不会通过HVAC(供暖、通风和空调)系统对整个建筑空间进行加热或冷却而浪费多余的能量，因此受到人们广泛的关注。

个人热量管理和可穿戴纺织品的结合被认为是将热量调节功能纳入人们日常生活的最有前途的策略之一。如今，有几种纺织品可以主动提供不同级别的个人热管理，如：气/液冷却(CN110301696A，CN106174783A)和电热纺织品(CN108708184A，CN110344248A，CN110042522A，CN103215729A)等。但是，在实际应用中，这些纺织品的热调节能力会受到限制，如：体积大、重量重、工作时间有限、功耗和成本高以及稳定性差。

为解决这些局限性，杜邦公司开发了CoolMax和Thermolite两种功能纤维。CoolMax采用吸湿透气性能良好的聚酯作为纤维材料，该纤维异型结构利于增加纤维的透气性和比表面积，并利用纤维表面的导湿通道，将皮肤表面的汗液快速吸收，并传输至纤维表面，迅速蒸发。Thermolite同样选用聚酯做为原料，在保证良好透湿、透气性能的前提下，将纤维结构设计为能包含更多空气，降低材料导热系数，同时保持衣物轻盈性的中空结构。上述功能纤维仅具有单一的降温或保暖功能，难以适应多变气候环境。

相变纤维是将相变材料技术与纤维制造技术相结合的一种新型功能性产品，具有双向温度调控作用。当外界环境温度升高时，纤维中包含的相变材料从固态变为液态，吸收热量储存于纤维内部；当环境温度下降时，相变材料从液态变成固态，释放储存的热量，在一定时间内维持人体与所穿戴纺织品之间“微环境”的温度基本恒定，从而防止热应激反应，在外界环境条件变化时满足人体热舒适性需求。

目前蓄热调温纤维的制备方法有微胶囊湿法纺丝法、中空纤维填充法、涂层法、熔纺复合纺丝法、微胶囊复合纺丝法等等。微胶囊湿法纺丝法(中国专利：CN 110820068 A、CN106048761 A)存在制备过程污染大，工序繁杂的问题；中空纤维填充法(中国专利：CN103710964 A)存在相变材料易泄露的缺点；纤维表面涂层法(如：美国Outlast公司专利：US8404341 B2、US 2010/0015869 A1；中国专利：CN 207072156 U)存在表面功能涂层材料耐磨性差以及易受到环境湿度影响(不耐水洗)等问题。美国Outlast公司(专利号：US7666500 B2)以及中国专利(专利号：CN 101906670 B)公开了一种熔纺型固-液复合相变纤维的纺丝设备及其制备方法，将液态相变材料直接以液态的形式储存在纤维内部，会导致相变复合纤维循环稳定性差的问题。微胶囊复合纺丝法(美国Outlast公司专利：US 2017/01301 12 A1；中国专利：CN 109234825 A、CN 110820068 A、CN 106048761 A)是将一定量的相变材料微胶囊添加到纺丝液中，通过喷丝板挤出制备纤维，此方法能有效解决相变材料易泄露、不耐水洗、循环稳定性能差等缺点，但是存在相变材料的有效含量低的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种相变温控纤维。

具体来说，本发明涉及如下方面：