相变储能纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种相变储能纤维，其中，相变储能纤维为皮芯结构，皮芯结构包括皮层与芯层，皮层原料为热塑性聚合物；芯层原料为热塑性聚合物、黏土矿物粉体与相变材料的混合物。该相变储能纤维的制备方法包括：1)按重量份数计，取相变材料2～20份，黏土矿物粉体5～20份，将称得的相变材料与黏土矿物粉体在真空条件下超声震荡混合均匀，然后置于真空烘箱中制得复合相变材料；取热塑性聚合物60～90份与制得的复合相变储能材料混合均匀，即制得芯层原料；2)热塑性聚合物作为皮层原料，皮层原料和芯层原料采用复合纺丝机熔融纺丝，纺制成皮芯结构的相变储能纤维。该方法简单，成本低，制得的相变储能纤维相变焓大，调温效果均匀。

Phase change energy storage fiber and preparation method thereof

The invention discloses a phase change fiber, wherein the phase change fiber skin core structure, skin core structure comprises a core layer of cortex and cortex, raw material is a thermoplastic polymer; the core layer material mixture of plastic polymer, clay mineral powder and phase change material for hot. Including the preparation method of the phase change fiber: 1) by weight, take 2 ~ 20 copies of phase change materials, clay mineral powder 5 ~ 20, the phase change material and clay mineral powder will be measured under vacuum conditions in ultrasonic mixing, and then placed in a vacuum oven for complex phase change materials; thermoplastic polymers from 60 to 90 and the prepared composite phase change material mixed evenly, making core layer material; 2) thermoplastic polymer as raw material and the cortex, cortical core layer prepared by melt spinning composite spinning machine, spinning into the phase change of skin core structure can fiber. The method has the advantages of simple and low cost, large phase change enthalpy of the phase change energy storage fiber and uniform temperature regulating effect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功能纤维领域，尤其涉及一种相变储能纤维及其制备方法。
技术介绍
随着全球经济发展，人们生活水平提高，对服用和家用纺织品的要求日渐增高，在与人体皮肤接触的舒适性方面，人们追求一种根据外界温度的变化来自由调节纺织品内部温度的纤维，使人体处于一种舒适的状态。因此，具有双向温度调节功能的相变纤维的研究开发日益重要。相变纤维蓄热调温的功能主要是依靠相变材料的在相变过程中的吸热与放热来实现的。因此，相变材料的选择尤为重要，相变材料种类很多，形式各样，到目前为止，已发现的有6000种以上，相变材料按相变形式一般可以分为固-液相变、固-固相变、固-气相变和液-气相变，固-气相变和液-气相变在相变过程中会产生大量气体，体积变化大，在实际应用中很少被选用。而固-固相变体积变化小，对容器要求低，是实际应用中希望采用的相变类型，但存在成本高，导热性低的缺点。固-液相变材料的相变焓大，体积变化小，但是使用中有液体生成，易发生泄漏，因此必须将液体封装。文献“相变储能纤维制备技术的研究进展，合成纤维工业，2011，34(3)：39-42”中记载有，相变纤维的加工方法有：中空纤维浸渍法、织物表面涂层法、微胶囊复合纺丝法、高分子接枝改性法和熔融复合纺丝法。中空纤维浸渍法是将中空纤维浸渍在相变材料溶液中，使纤维中空部充满相变材料，经干燥再利用特殊技术将纤维两端封闭。缺点是存在封端困难，要求中空纤维的内径较大，且相变材料易残留在纤维表面，易渗出析出。织物表面涂层法是把相变物质涂覆在织物表面，缺点是影响织物的透气性，而且不持久，难以循环使用。微胶囊复合纺丝法是将相变材料微胶囊添加到纺丝液中，通过喷丝板挤出制成纤维。这种方法成本高相变材料的有效含量不高。高分子接枝改性法操作复杂且相变材料有效含量低；熔融复合纺丝法存在低温相变物质的熔融粘度低，无可纺性等缺点。中国专利技术专利(申请公布号CN104911747A申请公布日2015.09.16)公开了一种弹性储能相变纤维及其制备方法，该弹性储能相变纤维，包括第一部分和第二部分，第二部分设于第一部分内部，第一部分由包含纺丝级聚合物在内的原料制成，纺丝级聚合物为聚氨酯或聚烯烃弹性体，第二部分由包含基体聚合物、相变介质、发泡剂偶氮二甲酰胺、活化剂氧化锌和助交联剂在内的原料制成，第二部分具有闭孔结构，相变介质分布于闭孔结构内和闭孔结构之间。该弹性储能调温纤维具有成本低、污染小、焓值高、储能调温能力强的优点，但是该专利中相变介质在相变的过程中会四处流动，导致相变介质在纤维中的分布不均匀，影响相变纤维的调温效果，而且，在制备该弹性储能相变纤维过程中，相变介质往往较难均匀地分布在第二部分中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种相变储能纤维及其制备方法，该方法简单，成本低，制得的相变储能纤维相变焓大，调温效果均匀。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种相变储能纤维，其中，相变储能纤维为皮芯结构，皮芯结构包括皮层与芯层，皮层原料为热塑性聚合物；芯层原料为热塑性聚合物、黏土矿物粉体与相变材料的混合物。进一步地，所述芯层按按重量份数计，由热塑性聚合物60～90份、黏土矿物粉体5～20份、相变材料2～20份制成；所述黏土矿物粉体为凹凸棒土、高岭土和蒙脱土中的一种。进一步地，所述热塑性聚合物为聚酯、聚酰胺、聚丙烯和聚乙烯中的一种；所述相变材料为熔点范围在20～40℃石蜡，和/或熔点范围在20～40℃多元醇类和/或熔点范围在20～40℃脂肪酸类。更进一步地，所述20～40℃多元醇类为十六烷、十七烷、十八烷、十九烷与二十烷中的一种；所述20～40℃脂肪酸类为硬脂酸、癸酸与月桂酸中的一种。本专利技术较好的方案是：所述相变材料为熔点在20～40℃的石蜡与十八烷按重量份数比为1:1～2的混合物。一种上述的相变储能纤维的制备方法，包括以下步骤：1)制备芯层原料：按重量份数计，取相变材料2～20份，黏土矿物粉体5～20份，将称得的相变材料与黏土矿物粉体在真空条件下超声震荡混合均匀，然后置于真空烘箱中制得复合相变材料；取热塑性聚合物60～90份与制得的复合相变储能材料混合均匀，即制得芯层原料；2)制备相变储能纤维：热塑性聚合物作为皮层原料，皮层原料和芯层原料采用复合纺丝机熔融纺丝，纺制成皮芯结构的相变储能纤维。进一步地，所述步骤2)中皮层原料与芯层原料的重量比为1:4～4:1。进一步地，所述步骤2)中熔融纺丝的工艺温度为200～300℃。进一步地，所述黏土矿物粉体为凹凸棒土、高岭土和蒙脱土中的一种；所述热塑性聚合物为聚酯、聚酰胺、聚丙烯和聚乙烯中的一种；所述相变材料为熔点在20～40℃的石蜡与十八烷按重量份数比为1:1～2的混合物。十八烷与石蜡制成的混合相变材料具有的相变焓更大。进一步地，所述超声震荡温度为60～80℃，振荡时间为40～60min，所述真空烘箱温度为60～80℃，置于真空烘箱的时间为12～24h。黏土矿物，为一些含铝、镁等为主的含水硅酸盐矿物。其具有链层状结构，颗粒极细，比表面积很大，具有离子交换性、强吸附性、吸水性、吸附脱色性。利用黏土矿物的强吸附性，将相变材料吸附在黏土矿物的表面，一方面使相变过程在受约束的环境-黏土矿物内进行，有效地防止相变过程中液相的相变材料随意流动和渗漏，导致调温效果不均匀的现象；另一方面，强吸附性的黏土矿物可以较大地增加相变材料的含量，增大相变焓，提高调温效果。本专利技术采用的熔点在20～40℃石蜡，十六烷、十七烷、十八烷、十九烷与二十烷，硬脂酸、癸酸与月桂酸均购自AlfaAesar进口公司，其中熔点在20～40℃的石蜡的货号为CAS8002-74-2。以下实施例中所述的石蜡均为20～40℃的石蜡。本专利技术的优点在于：1，本专利技术采用黏土矿物粉体与相变材料制成复合相变材料，一方面使相变过程在受约束的环境-黏土矿物内进行，有效地防止相变过程中液相的相变材料随意流动和渗漏，导致调温效果不均匀的现象；另一方面，强吸附性的黏土矿物可以较大地增加相变材料的含量，增大相变焓，提高调温效果。2，黏土矿物粉体虽然能吸附相变材料，但是常用的混和的方法不能将相变材料紧紧地吸附在黏土矿物粉体的表面，而且吸附的量也不多，本专利技术采用真空超声震荡以及真空烘干的方法，在真空的作用下，相变材料能最大量地紧密吸附在黏土矿物粉体的表面。3，将复合相变材料与热塑性聚合物混合作为芯层，热塑性聚合物作为皮层，制成皮芯结构，这种皮芯结构一方面进一步包住芯层的相变材料，进一步防止泄漏的现象，另一方面，这种结构断裂强度和断裂延伸度较高，抗疲劳强度和耐磨性能都比较好，防止意外情况下发生断裂，相变材料外漏。4，凹凸棒土、高岭土和蒙脱土以及相变材料的成本低廉，对人体无毒，安全可靠，并且制备方法操作简单，可大规模生产。5，制备得到的相变储能纤维的吸收峰值温度最高为39.8℃，放热峰值温度最低为21.8℃，熔融/结晶相变焓大，这种相变储能纤维应用在与人体接触的衣物上，当进入寒冷的环境中，相变材料凝固，放热，衣物的温度升高抵御寒冷；当进入严寒的环境中，相变材料熔化为液体，吸热，衣物的温度降低使人感觉凉爽。附图说明图1为实施例1相变储能纤维DSC曲线；图2为实施例1相变储能纤维与空白纤维的温度上升曲线；图3为实施例1相变储能纤维与空白本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变储能纤维，其特征在于：所述相变储能纤维为皮芯结构，所述皮芯结构包括皮层与芯层，所述皮层原料为热塑性聚合物；所述芯层原料为热塑性聚合物、黏土矿物粉体与相变材料的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种相变储能纤维，其特征在于：所述相变储能纤维为皮芯结构，所述皮芯结构包括皮层与芯层，所述皮层原料为热塑性聚合物；所述芯层原料为热塑性聚合物、黏土矿物粉体与相变材料的混合物。2.根据权利要求1所述的相变储能纤维，其特征在于：所述芯层按按重量份数计，由热塑性聚合物60～90份、黏土矿物粉体5～20份、相变材料2～20份制成；所述黏土矿物粉体为凹凸棒土、高岭土和蒙脱土中的一种。3.根据权利要求1所述的相变储能纤维，其特征在于：所述热塑性聚合物为聚酯、聚酰胺、聚丙烯和聚乙烯中的一种；所述相变材料为熔点范围在20～40℃石蜡，和/或熔点范围在20～40℃多元醇类和/或熔点范围在20～40℃脂肪酸类。4.根据权利要求3所述的相变储能纤维，其特征在于：所述20～40℃多元醇类为十六烷、十七烷、十八烷、十九烷与二十烷中的一种；所述20～40℃脂肪酸类为硬脂酸、癸酸与月桂酸中的一种。5.一种如权利要求1～4任一项所述的相变储能纤维的制备方法，包括以下步骤：1)制备芯层原料：按重量份数计，取相变材料2～20份，黏土矿物粉体5～20份，将称得的相变材料与黏土矿物粉体在真空条件下超声震荡混合均匀，然后置于真空烘箱中制得复合相变材料；取热塑性聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，赵青华，牛应买，郭启浩，王小俊，梅涛，吴永智，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42