一种聚甲醛纤维在室内和室外环境人体辐射制冷中的应用制造技术

本申请公开了一种聚甲醛纤维在室内和室外环境人体辐射制冷中的应用。所述聚甲醛纤维的直径分布在200nm至2500nm。通过静电纺丝、熔融纺丝、湿法纺丝、凝胶纺丝等多种纺丝方法得到的聚甲醛纤维还兼具高强度、高柔性等优点，制备过程具有：操作简便，设备简单，可实现材料微观结构的精细调控，易于大规模拓展等优点。易于大规模拓展等优点。易于大规模拓展等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种聚甲醛纤维在室内和室外环境人体辐射制冷中的应用


[0001]本文涉及但不限于新能源纳米材料，尤其涉及但不限于一种新型聚合物基无源辐射制冷材料。

技术介绍

[0002]当前人类生产生活中排放出大量的温室气体并产生了大量废热，造成地球温度的急剧升高，使得近年来极端气候不断出现，生态平衡恶化和能源危机也愈加严重，这些都严重威胁着人类的生存。在炎热的季节或地区，为了保证人体的舒适和健康，需要大规模使用空调等耗能设备来辅助降温(尤其是在大城市)，这消耗了全球～15％电能，加剧了上述环境和能源危机。
[0003]辐射制冷(radiativecooling)是一种通过热辐射来向冷源(如：室内环境或寒冷外太空)发射热量以实现降温的被动制冷技术。该制冷过程无需消耗任何地球能源且不会产生任何废热，是解决当前严重全球变暖问题最有希望的节能途径之一。特别地，该技术在人体热管理方面具有巨大的应用潜力，这是因为热辐射是人体的主要散热方式(其他散热方式包括：排汗、热对流、热传导)，占比达到40％至60％。
[0004]目前已经开发出了一系列辐射制冷材料用于人体降温。可以将之分为两类：1)透射型辐射制冷材料，用于室内人体降温；2)发射型辐射制冷材料，用于室外人体辐射制冷。其中，透射型辐射制冷材料指的是对人体热辐射(对应中红外MIR波段)透明的材料，即人体可以将热量通过该类材料直接发散到周围较低温的环境(通常指室内环境)来实现降温，如聚乙烯(PE)纤维。而对于发射型材料，指的是对人体辐射完全吸收/发射的一类辐射制冷材料。该类材料可以作为人体热辐射的“中继站”，先将之吸收，然后发射到周围环境或寒冷的外太空，从而实现人体制冷。由于该类材料可以将热量通过大气透明窗口(8μm至13μm)直接发射到外太空且具有高的太阳发射率，因此可以在强阳光直射下的室外环境中实现低于环境温度的制冷效果。由于室外的制冷需求比室内更大，发射型材料是目前研究最多的一类辐射制冷材料。当前已报道的发射型辐射制冷材料包括无机光子晶体(如：Al2O3、TiO2和SiO2等)、有机高分子材料(如：PVDF、PMMA、PDMS、纤维素和PEO等)、以及两者的复合材料(如：TiO2‑
聚乳酸、Al2O3‑
蚕丝等)。
[0005]然而，现有的辐射制冷材料无法同时实现人体在室内和室外环境中的降温。对于透射型材料来说，为了保证对人体辐射的高透过率，需要足够薄的厚度(＜150μm)，导致此类材料的太阳发射率很低，使其在室外使用时无法排除来自太阳的热负载而无法实现人体降温，因此无法用于室外环境；对于发射型材料而言，当此类材料在室内使用时，无法利用大气窗口与外太空进行热交换，且部分热量被发射型材料吸收后又反射回人体，导致其低的散热效率，因此不利于室内人体降温。
[0006]由于日常生活和工作往往需要不定时地穿梭在的室内和室外环境之间，因此，有必要开发兼具室内和室外降温的人体辐射制冷材料。

技术实现思路

[0007]以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
[0008]本申请提供了一种可以同时在室内和室外环境中实现人体辐射制冷用途的聚甲醛(polyoxymethylene,POM)纤维。
[0009]一种聚甲醛纤维在室内和室外环境人体辐射制冷中的应用，所述聚甲醛纤维的直径分布在200nm至2500nm；
[0010]所述聚甲醛纤维同时在室内和室外环境中通过无源辐射制冷效应实现零耗能人体降温。
[0011]在本申请提供的一种实施方式中，聚甲醛纤维的平均直径约500nm；聚甲醛纤维中的聚甲醛为高结晶度的均聚物。
[0012]在本申请提供的一种实施方式中，所述聚甲醛纤维中的聚甲醛分子量为2000至200000、所述聚甲醛的熔点为140℃至190℃。
[0013]在本申请提供的一种实施方式中，所述聚甲醛纤维用于防晒服、医用防护服和野外作业服中的任意一种或更多种。
[0014]在本申请提供的一种实施方式中，所述的聚甲醛纤维的制备方法，包括：
[0015]使用极性溶剂配置聚甲醛溶液，将所述聚甲醛溶液纺丝制备得到聚甲醛纤维；
[0016]所述聚甲醛和所述极性溶剂的重量比为(0.001至100):(0.1至10000)；
[0017]所述聚甲醛溶液在10℃至150℃下搅拌均匀。
[0018]在本申请提供的一种实施方式中，所述聚甲醛和所述极性溶剂的重量比为(0.1至50):(5至1000)。
[0019]在本申请提供的一种实施方式中，所述聚甲醛和所述极性溶剂的重量比为(0.3至10):(10至100)。
[0020]在本申请提供的一种实施方式中，所述极性溶剂选自二甲基甲酰胺、N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮和1,1,1,3,3,3
‑
六氟
‑2‑
丙醇中的任意一种或更多种。
[0021]在本申请提供的一种实施方式中，所述纺丝的方法选自静电纺丝、熔融纺丝、湿法纺丝和凝胶纺丝中的任意一种或更多种。
[0022]在本申请提供的一种实施方式中，所述静电纺丝中的电压为1KV至100KV，进液速度为0.1ml/h至100ml/h，所述静电纺丝过程中的环境湿度为10％至90％，环境温度为10℃至100℃，正负极间距为1cm至100cm，负极滚轮的转速是50rpm至1000rpm。
[0023]在本申请提供的一种实施方式中，所述静电纺丝中的电压为2KV至30KV，进液速度为0.1ml/h至10ml/h，所述静电纺丝过程中的环境湿度为10％至80％，环境温度为10℃至40℃，正负极间距为5cm至30cm，负极滚轮的转速是50rpm至500rpm。
[0024]在本申请提供的一种实施方式中，所述聚甲醛纤维的制备方法包括：
[0025](1)配POM溶液：将聚甲醛原料加到极性溶剂中，保持在一定温度下搅拌，得到均匀的POM溶液(0.01wt％至50wt％)。
[0026](2)POM纤维膜的制备：将步骤(1)所得的POM溶液加到注射器中，使用不锈钢针头，进行静电纺丝，使用金属箔(铜、铝、钛等)收集POM纤维。纺丝得到的纤维膜可以直接使用。
[0027](3)POM纤维衣服的制备：将步骤(2)所得的POM纤维膜通过剪裁、热压等方式加工
成防护服、防晒服等。
[0028]又一方面，本申请提供了一种用于室内和室外环境中人体辐射制冷的服装，所述服装包括聚甲醛纤维，所述聚甲醛纤维的直径分布在200nm至2500nm；
[0029]在本申请提供的一种实施方式中，所述聚甲醛纤维中的聚甲醛分子量为2000至200000、所述聚甲醛的熔点为140℃至190℃。
[0030]本申请的有益效果在于：本申请首次提出并且证明了POM纤维的辐射制冷性能，且具有选择性发射
‑
透射特性。本申请提供的材料选择性地在大气透明窗口波段(8μm至13本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚甲醛纤维在室内和室外环境人体辐射制冷中的应用，其特征在于，所述聚甲醛纤维的直径分布在200nm至2500nm。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述聚甲醛纤维中的聚甲醛分子量为2000至200000、所述聚甲醛的熔点为140℃至190℃；可选地，所述聚甲醛纤维用于防晒服、医用防护服和野外作业服中的任意一种或更多种。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述聚甲醛纤维的制备方法，包括：使用极性溶剂配置聚甲醛溶液，将所述聚甲醛溶液纺丝制备得到聚甲醛纤维。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述聚甲醛和所述极性溶剂的重量比为(0.001至100):(0.1至10000)；可选地，所述聚甲醛溶液在10℃至150℃下搅拌均匀。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述聚甲醛和所述极性溶剂的重量比为(0.1至50):(5至1000)。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述聚甲醛和所述极性溶剂的重量比为(0.3至10):(10至100)。7.根据权利要求3至6中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张如范，吴学科，张文硕，姜沁源，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：