[发明专利]一种高导热的辐射制冷纤维及其制备方法和织物

说明书

本发明属于辐射制冷材料领域，并具体公开了一种高导热的辐射制冷纤维及其制备方法和织物，辐射制冷纤维包括聚合物基底和导热微纳米颗粒，其中，所述导热微纳米颗粒均匀分布在所述聚合物基底中，且该导热微纳米颗粒的粒径为0.1μm～5μm；该高导热的辐射制冷纤维适合制备用于人体穿戴的辐射制冷织物。本发明在聚合物中掺杂微纳米颗粒，可有效提高复合纤维的热导率，且微纳米尺度的高导热颗粒在太阳能波段具有较好的反射特性，同时也增强了纤维的辐射制冷性能；该辐射制冷纤维不仅具有优异的导热性能，辐射制冷特性以及力学性能，且制备方法简便，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于辐射制冷材料领域，更具体地，涉及一种高导热的辐射制冷纤维及其制备方法和织物。

背景技术

随着世界经济的飞速发展以及人们对人体热舒适性的追求不断提高，空调已经成为家庭住宅以及商业建筑中不可或缺的电器之一。随着空调的普及以及功率等级的提升其能耗占比也在不断飙升，面对空间制冷高额的能源消耗问题，人们开始寻求一种更为经济以及环境友好的制冷方式，来实现零能耗的个人热管理。

辐射制冷为一种无源的被动制冷方式，将辐射制冷功能与人体可穿戴织物结合在一起，可有效实现无能耗的个人热管理，故辐射制冷纤维织物的应用前景广泛，但现有的辐射制冷织物材料仍具有一定的局限性。

如斯坦福大学Cui教授团队制备了一种纳米多孔聚乙烯(PE)辐射制冷纤维，并通过工业纺织技术将其编织成了辐射制冷织物；PE织物中的纳米孔洞与可见光波长相当，对可见光具有较好的反射作用，同时不会影响PE中红外波段的高透射率辐射特性，测试实验中显示覆盖纳米多孔PE织物的皮肤温度比普通棉织布低2.3℃。中国发明专利CN110042564A公布了一种辐射制冷纤维薄膜，向聚合物溶液中添加高分散性的二氧化硅(SiO₂)微球，由此提高其复合材料红外波段的发射率，通过静电纺丝技术将复合材料制成辐射制冷纤维薄膜，实验中表明纤维薄膜下的物体相对于环境温度可下降1.6℃-2.7℃。但上述辐射制冷纤维为实现红外的高发射率或高透射率通常采用高聚合物材料作为纤维的基底材料，而聚合物材料本身热导率极低，这也完全阻断皮肤通过衣物向外导热这一重要散热途径，限制了织物的制冷效果；此外，目前的高导热纤维材料的制作工艺较为复杂，难以规模化生产。故亟需一种适用于人体降温的兼顾高导热与辐射制冷特性的纤维材料，通过热辐射与热传导两种散热方式耦合提高复合纤维织物材料的散热效果。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高导热的辐射制冷纤维及其制备方法和织物，其目的在于，在聚合物基底材料中掺杂高导热微纳米颗粒，使其在聚合物基底中均匀分布，大大提升了纤维导热率，同时通过控制高导热微纳米颗粒粒径，增强纤维辐射制冷效果，使得纤维同时兼顾高导热与辐射制冷特性。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提出了一种高导热的辐射制冷纤维，包括聚合物基底和导热微纳米颗粒，其中，所述导热微纳米颗粒均匀分布在所述聚合物基底中，且该导热微纳米颗粒的粒径为0.1μm～5μm。

作为进一步优选的，所述导热微纳米颗粒为氮化铝颗粒、氧化铝颗粒、氮化硼颗粒、钛酸钡颗粒中的一种或多种。

作为进一步优选的，该辐射制冷纤维中导热微纳米颗粒的掺杂浓度为10vol％～50vol％。

作为进一步优选的，所述导热微纳米颗粒的粒径为0.3μm～2.5μm。

作为进一步优选的，所述聚合物基底的材料为聚偏氟乙烯、二甲酸乙二酯、甲基丙烯酸甲酯、聚丙交酯、聚乙烯醇中的一种或多种。

按照本发明的第二方面，提供了一种上述高导热的辐射制冷纤维的制备方法，包括如下步骤：

将熔融的聚合物基底材料与导热微纳米颗粒混合，使导热微纳米颗粒均匀分布在聚合物基底材料中，得到复合材料；将该复合材料切割为复合材料母粒，然后对其进行熔融纺丝，得到辐射制冷纤维。