[发明专利]一种超导热与制冷功能集成的温控纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种超导热与制冷功能集成的温控纤维的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将羟基改性的微纳导热材料和聚合物基底材料混合得到混合溶液；将所述混合溶液制备得到超导热与制冷功能集成的温控纤维。本发明提供的超导热与制冷功能集成的温控纤维的制备方法，具有以下有益效果：将导热材料与聚合物基体材料相结合，增强人体热量传输，从而得到具有优异辐射制冷降温性能的纤维；通过热拉伸后处理可实现导热材料和聚合物基底材料分子链沿纤维轴向方向进行排布，有利于提高传热效率，提高导热性能；羟基改性后的氮化硼与聚合物基底材料产生分子间氢键，提高氮化硼在纤维材料中的负载含量，且分散更均匀。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体地，涉及一种超导热与制冷功能集成的温控纤维及其制备方法和应用。

背景技术

现今人体降温主流手段主要是靠空调制冷系统，降低建筑、环境温度达到人体降温效果，制冷系统需求量的逐年增加，导致产生了巨大的能源消耗。面对巨大的能源消耗问题，人们希望寻求有效和经济的方式为人体提供局部降温，而不将多余的电力浪费在整个建筑上。所以，通过减少室内温度调节需求、提高冷却系统的效率可以达到节约能源的目的。一种节能环保的无源式个人热管理可穿戴功能织物也因此受到广泛关注，它的技术目标是人体局部的升温或者降温，当人处于不同环境时人体温度始终处于一个舒适的温度范围。

对于目前常见纤维织物材料如：聚氨酯、锦纶、氨纶、涤纶等，导热系数不超过0.7W/mK，导致常见的织物的导热性能较低，仅靠织物本身的吸湿、透气性能在高温环境下达不到人体所期望的降温效果。为此，科研人员正在不断需求提高纤维导热系数的方法，提高纤维导热性能的方法主要是通过纤维基体上掺杂高导热颗粒，如：中国发明专利CN110258170 A采用氧化还原方法得到银纳米粒子表面修饰的氮化硼导热材料，有效提高了导热颗粒的热导性能；但该发明所用工艺为湿法造纸，不具有可穿戴舒适性。中国发明专利CN 104178840 A、CN 106521703 A、CN 111172608 A、CN 108794997 A、CN 109457322 A将高导热颗粒作为掺杂物与聚合物混合，制备复合纤维，但上述专利存在高热导材料负载量低(≤20wt％)导致纤维导热系数提升有限。中国发明专利CN 109930226 A将氮化硼改性使得颗粒负载量高达60wt％，采用湿法纺丝工艺制备纤维，所述纤维导热系数可提高至2.5W/mK以上。

辐射制冷技术使物体在太阳辐射0.3～2.5μm波段高反射率，在人体热辐射7～14μm波段高发射率，阻挡太阳辐射热量输入又将人体热量辐射至太空冷源，随着降温织物的需求日益增加，无源式辐射制冷技术成为人体个性化热舒适需求的优选之一。美国哥伦比亚大学Yuan Yang教授团队制备了具有5μm的微孔和50～500nm的纳米孔的分级多孔聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物涂层用于辐射制冷，实现了96％的高太阳光反射率和97％的高热发射率，在阳光下测试被动辐射制冷性能可使温度下降约6℃。同时中国发明专利CN 110628325A、CN 110256924 A、CN 110628325 A、CN 110041735 A均提出了在大气窗口波段具有大于80％的红外发射率的辐射制冷涂层材料。中国发明专利CN 109968769 A所公开微纳米颗粒-聚合物薄膜作为日光反射层，其对太阳光能量平均反射率达到97％，大气窗口平均辐射率达到95％。中国发明专利CN109705819A，将TiO₂空心球与偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物混合均匀后涂布制备薄膜，实现8～13μm范围的高发射率和太阳光辐射波段的高反射率。但现有的技术方法多应用于涂层或薄膜，要应用于人体降温织物仍具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种超导热与制冷功能集成的温控纤维的制备方法。还提供一种超导热与制冷功能集成的温控纤维及其应用。

具体来说，本发明涉及如下方面：

1、一种超导热与制冷功能集成的温控纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

将羟基改性的微纳导热材料和聚合物基底材料混合得到混合溶液；