用于人体冷却的红外透明的，聚合物纤维基织造织物制造技术

纤维包括细长构件和分散在细长构件内的折射率对比域。细长构件包括至少一种聚合物，其对9.5μm波长的红外辐射的透射率为至少约40％。

Infrared transparent, polymer-based fabric for human cooling

Fibers include slender members and refractive index contrast domains dispersed in slender members. The slender member includes at least one polymer, and its transmittance to infrared radiation at 9.5 um wavelength is at least about 40%.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于人体冷却的红外透明的，聚合物纤维基织造织物相关申请的交叉引用本申请要求2016年9月26日提交的美国临时申请号62/399,974的权益，其内容以引用方式被完全并入本文。关于联邦资助的研究或开发的声明本专利技术是在能源部授予的合同DE-AR0000533的政府支持下进行。政府对这项专利技术有一定的权利。
技术介绍
室内采暖、通风和空调(HVAC)贡献全球能源消耗的约三分之一。减少HVAC的使用可以对经济和环境有益。例如，将HVAC的设定值范围扩展大约+/-4℉可以节省超过建筑物能源消耗的约30％。人体散热有三种形式：传导、对流和辐射。在这些消散途径中，辐射占正常皮肤条件下总热量损失的约50％以上，但传统织物并未设计用于控制辐射热损失。传统织物在人体周围捕获空气，以改变对流或传导消散率。然而，传统织物通常不能充分控制辐射的散热。期望提供一种红外(IR)-透明的织物材料，并且可以通过辐射控制来调节其热性能。正是在这种背景下，出现开发本公开内容的实施方式的需求。
技术实现思路
在一些实施方式中，纤维包括细长构件和分散在细长构件内的折射率对比域(refractiveindexcontrastdomains)。细长构件包括至少一种聚合物，其对9.5μm波长的红外辐射的透射率为至少约40％。在纤维的一些实施方式中，细长构件包括至少一种聚烯烃。在纤维的一些实施方式中，细长构件包括聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。在纤维的一些实施方式中，细长构件包括聚乙烯和聚丙烯的共混物，并且相对于聚乙烯和聚丙烯的组合重量，聚丙烯的重量百分比在约1％至约50％的范围内。在纤维的一些实施方式中，细长构件包括聚乙烯和聚丙烯的共混物，并且相对于聚乙烯和聚丙烯的组合重量，聚乙烯的重量百分比在约1％至约50％的范围内。在纤维的一些实施方式中，折射率对比域是孔。在一些实施方式中，孔的平均孔尺寸在约50nm至约1000nm的范围内。在一些实施方式中，细长构件内的孔的体积百分比为至少约10％。在纤维的一些实施方式中，折射率对比域是粒状填料。在一些实施方式中，填料的平均粒度在约50nm至约1000nm的范围内。在一些实施方式中，细长构件内填料的体积百分比为至少约10％。在一些实施方式中，填料包括无机材料。在纤维的一些实施方式中，折射率对比域和细长构件之间的折射率差相对于细长构件的折射率为至少约±1％。在纤维的一些实施方式中，细长构件是第一细长构件，并且还包括与第一细长构件组合的第二细长构件，以形成纤维的主体。在一些实施方式中，织造织物包括前述实施方式中任一项的纤维。在一些实施方式中，织造织物对9.5μm波长的红外辐射的透射率为至少约40％。在一些实施方式中，织造织物对400-700nm波长范围内的可见光的不透明度为至少约40％。在一些实施方式中，布包括至少一个层，其包括织造织物，织造织物包括前述实施方式中任一个的纤维。在一些实施方式中，提供了一种调节人体温度的方法。该方法包括将织造织物放置在人体附近，其中织造织物包括前述实施方式中任一个的纤维。在一些实施方式中，提供了形成多孔聚合物纤维的方法。该方法包括形成溶剂和至少一种聚合物的混合物，挤出该混合物以形成聚合物纤维，该聚合物纤维包括分散在聚合物纤维内的溶剂，和从聚合物纤维中提取溶剂以形成多孔聚合物纤维。在该方法的一些实施方式中，混合物中溶剂的体积百分比为至少约10％。在该方法的一些实施方式中，混合物包括至少一种聚烯烃。在该方法的一些实施方式中，混合物包括聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。在该方法的一些实施方式中，混合物包括聚乙烯和聚丙烯。还构想了本公开内容的其他方面和实施方式。前述内容和以下详细说明并不意味着将本公开内容限制于任何特定的实施方式，而仅意图描述本公开内容的一些实施方式。附图简述为了更好地理解本公开内容的一些实施方式的性质和目的，应参考以下结合附图的详细说明。图1.显示了传统织物和IR-透明织物的示意图。图2.显示了聚合物纤维的透视横截面图的示意图。图3.显示了聚合物纤维的横截面视图的示意图。图4.显示了聚合物纤维的横截面视图的示意图。图5.显示了聚合物纤维的横截面视图的示意图。图6.用于形成纳米多孔聚乙烯(PE)纤维的工艺流程。图7.用于形成纳米多孔PE纤维的挤出装置的示意图。图8.在各种放大水平下的纳米多孔PE纤维的扫描电子显微镜(SEM)图像。图9(a).由纳米多孔PE纤维形成织造织物的工艺流程。图9(b).所得织物的图像。图9(c).织物在波长范围内的透射率/反射率。图10(a).由纳米多孔PE纤维形成织造织物的工艺流程。图10(b).所得织物的图像。图10(c).织物在波长范围内的透射率/反射率。图11.所得纤维的依据其最大断裂伸长率的机械强度的评价结果，。图12.左侧的织物(约10％的聚丙烯(PP))的透射率/反射率与右侧的由纳米多孔PE纤维(0％的PP)的单纤维纱线形成的织物的透射率/反射率的比较。具体实施方式本公开内容的一些实施方式涉及针对穿着者的IR-透明的聚合物纤维基织造织物，以减少室内HVAC使用，同时提供舒适性和透气性。在一些实施方式中，IR-透明织物增加人体的IR辐射消散。结果，实现了冷却效果并且可以消耗更少的HVAC能量以维持舒适的体温。另外，IR-透明织物是一种织造织物，其确保它的舒适性和透气性，并且使其适合用作一件衣服中的一种贴身(next-to-skin)的织物。与传统织物不同，一些实施方式的IR-透明织物具有由人体发射的IR辐射的低吸收，因此IR辐射可以自由地传输到环境中并且导致穿着者感觉更凉爽。同时，包括在织物中的聚合物纤维具有分散在纤维内的折射率对比域，其用于散射可见光并使织物对可见光不透明。在一些实施方式中，折射率对比域是孔，其可以被设定尺寸为主要散射可见光而不是IR辐射。这些孔可以相互连接，并且可以使织物透气并通过传导和对流增加散热。此外，其纤维基织造结构为人体提供舒适性，并使织物可用作贴身织物。具有孔(或其它折射率对比域)的聚合物纤维可以通过比如挤出和溶剂提取的工艺大规模形成，并且织造织物可以通过比如织造的工艺由这种纤维大规模地形成。结果是IR-透明且视觉上不透明的聚合物纤维基织造织物，其在用作贴身织物时保持舒适性并且还可以大规模实现。通过概述并参考图1，传统织物主要集中在改进对流或传导散热以实现冷却效果，但几乎没有对辐射散热的控制。在约34℃的正常皮肤温度下，人体可发射约7-14μm的中-红外辐射，其峰值为约9.5μm。传统的织物对人体发出的红外辐射具有高吸收，因此红外辐射在很大程度上被阻挡不会传输到环境中。相反，IR-透明织物对人体发射的IR辐射具有低吸收，因此IR辐射可以在很大程度上不被阻挡地传输到环境中，从而可以实现更大的冷却效果。另外，在IR-透明织物的聚合物纤维内提供折射率对比域用于散射可见光并使织物视觉上不透明但仍然是IR-透明的。此外，IR-透明织物的基于纤维的织造结构提供舒适性以及比如可洗性和更高强度和耐久性的益处。聚合物纤维图2是显示根据本公开内容的一些实施方式的聚合物纤维200的透视横截面图的示意图。纤维200包括细长构件202和分散在细长构件202内的折射率对比域204。细长构件202包括单一聚合物或两种或更多种不同聚合物的共混物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维，其包含：一种细长构件；和分散在所述细长构件内的折射率对比域，其中所述细长构件包括至少一种聚合物，其对9.5μm波长的红外辐射的透射率为至少40％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.26 US 62/399,9741.一种纤维，其包含：一种细长构件；和分散在所述细长构件内的折射率对比域，其中所述细长构件包括至少一种聚合物，其对9.5μm波长的红外辐射的透射率为至少40％。2.权利要求1所述的纤维，其中所述细长构件包括至少一种聚烯烃。3.权利要求1所述的纤维，其中所述细长构件包括聚乙烯或聚丙烯中的至少一种。4.权利要求1所述的纤维，其中：所述细长构件包括聚乙烯和聚丙烯的共混物，并且相对于聚乙烯和聚丙烯的组合重量，聚丙烯的重量百分比在1％至50％的范围内；或者所述细长构件包括聚乙烯和聚丙烯的共混物，并且相对于聚乙烯和聚丙烯的组合重量，聚乙烯的重量百分比在1％至50％的范围内。5.权利要求1所述的纤维，其中所述折射率对比域是孔。6.权利要求5所述的纤维，其中所述孔的平均孔尺寸为50nm至1000nm的范围内。7.权利要求5所述的纤维，其中所述细长构件内的所述孔的体积百分比为至少10％。8.权利要求1所述的纤维，其中所述折射率对比域是粒状填料。9.权利要求8所述的纤维，其中所述填料的平均粒度为50nm至1000nm的范围内。10.权利要求8所述的纤维，其中所述细长构件内的所述填料的体积百分比为至少10％。11.权利要求8所述的纤维，其中所述填料包括无机材料。12.权利要求1所述的纤维，其中所述折射率对比域和所述细长构件之间的折射率差相对于所述细长...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·崔，P·B·卡特伊瑟，J·陈，S·范，P·C·许，Y·彭，A·Y·宋，
申请(专利权)人：里兰斯坦福初级大学理事会，
类型：发明
国别省市：美国,US