一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构及其制备方法和应用，所述仿银蚁辐射制冷绒毛结构由多根呈阵列分布的蚕丝短纤维组成，各根蚕丝短纤维的底部垂直固定在基材表面，顶部相互连接形成一个纤维层，纤维层与基材之间形成空气层；仿银蚁辐射制冷绒毛结构的厚度为1～3mm；其制备方法为：采用静电植绒方法，将蚕丝短纤维植绒于具有粘附性的基材表面，制得仿银蚁辐射制冷绒毛结构；本发明专利技术的仿银蚁辐射制冷绒毛结构，可应用于服装纺织品、可穿戴电子产品、冷却器、汽车、户外帐篷和建筑物外墙的降温制冷。本发明专利技术利用蚕丝三角形截面及静电植绒技术制备仿生结构，实现了有效的辐射降温效果，克服了辐射制冷材料难以应用在个人降温管理的难题。的难题。的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于辐射制冷
，涉及一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]减少能源消耗是可持续发展的关键。由于以人体舒适为目的的温度调节消耗大量的能量，目前，在没有任何能量消耗的情况下，对温度调控方面的研究引起了广泛关注。辐射制冷是指通过向大气透明窗口(8～13μm)最大限度地发射红外辐射以实现降温目的的一种制冷方式。目前，在实现尽可能减少太阳光谱的吸收、增加大气窗口的发射后，辐射制冷材料已从夜间辐射制冷，发展到在日间也可以达到辐射制冷效果。日间辐射制冷，关键在于调控材料表面的反射率和发射率，通过增加材料表面在太阳光谱的反射率，以及在大气比较透明的波段的发射率，实现日间吸收能量小于辐射能量从而达到降温的目的。
[0003]目前，关于具有辐射制冷性能的材料研究，集中于油漆、木材、玻璃、静电纺膜等，可投入使用建筑行业等领域应用。但目前存在很多问题：首先，木材、玻璃等辐射制冷材料可用于建筑物外层及包装外层实现降温性能，但木材、玻璃等材料具有力学性能差、无弯折拉伸等物理特性，难以复合在柔软基材上实现降温目的；其次，静电纺膜、封装微纳米粒子薄膜及多孔膜等柔性辐射制冷材料仅有少量薄膜被研究出来，但面临着力学性能差、透湿透气性能差等问题，不适合应用于个人角度的控温管理；除此之外，一些可以利用浸渍、涂覆等方式制备的辐射制冷层，由于需要颗粒物的填充提高辐射率及反射率，颗粒物的添加使得干燥后的涂层发硬发脆，无法保证原本基材的风格，同时此类涂层的物理外观多数呈白色或银色，无法满足个性化和美观设计的需求。
[0004]专利申请CN 114659290 A公开了一种基于纤维阵列的辐射制冷表面及其制备方法和应用，该专利申请中的辐射制冷表面包括底部胶层和顶部纤维阵列结构层，其中底部胶层中填充大量纳米颗粒提高该表面对于太阳光反射率，但颗粒的直径、填充量及底层的厚度，对于该结构的反射率和制备工艺有极大的影响，存在反射率会因颗粒直径的过大过小、填充量过少、胶层过少而降低，底部胶层的厚度会影响植绒结构的牢固度和机械性能；其次，白色尼龙纤维构成的纤维阵列结构，需要纤维的物理特性白色提高可见光区反射率，化学结构提高红外光的发射率，这使植绒基底的颜色、外观设计等物理特性被覆盖，且对于纤维的尺寸，结构等重要性能未做要求；且该专利申请指出其所述制冷降温包括用作建筑外墙或车辆防晒降温、户外积水装置的冷凝，并不涉及个人角度辐射制冷材料的应用。
[0005]因此，研究一种能够在多种类的基材上构建辐射制冷结构的方法，使得在保证基材本身特征的同时，仅通过该结构实现与已有辐射制冷材料相近的效果，使辐射制冷更方便地应用在不同的基底上，甚至是用于可穿戴柔性基底上，满足服饰穿着舒适性要求的同时，实现外观等个性化设计的保留，具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中问题，本专利技术提供一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构及其制备方法和应用。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：
[0008]一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构，由多根呈阵列分布的蚕丝短纤维组成，各根蚕丝短纤维的底部垂直固定在基材表面，顶部相互连接形成一个随机堆砌的纤维层，纤维层与基材之间形成空气层。
[0009]作为优选的技术方案：
[0010]如上所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构，仿银蚁辐射制冷绒毛结构的厚度为1～3mm。
[0011]本专利技术还提供如上所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，采用静电植绒方法，将蚕丝短纤维植绒于具有粘附性的基材表面，制得仿银蚁辐射制冷绒毛结构。
[0012]作为优选的技术方案：
[0013]如上所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，包括如下步骤：
[0014](1)将未脱胶处理的蚕丝长丝通过物理剪切方式制备成所需长度的蚕丝短纤维；
[0015](2)将步骤(1)得到的蚕丝短纤维进行脱胶处理，得到具有三角形截面的单根蚕丝短纤维；
[0016](3)将步骤(2)得到的单根蚕丝短纤维筛在静电植绒设备下极板上，具有粘附性的表面层置于静电植绒设备上极板且具有粘附性的面朝下，采用高压静电植绒设备进行静电植绒；
[0017](4)对植绒结束的产品进行固化烘干，完全固化烘干后，再经过刷毛后整理得到仿银蚁辐射制冷绒毛结构。
[0018]如上所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，步骤(1)中蚕丝短纤维的长度为2～7mm，直径为5～15μm。不同的纤维长度，用于控制绒毛结构的厚度，厚度影响纤维与基底间的间距，会改变空气与纤维间的折射性能；纤维长度与厚度之间的关系为：纤维长度2～3mm制备的绒毛结构厚度约为1mm；纤维长度4～5mm制备的绒毛结构厚度约为2mm；纤维长度6～7mm制备的绒毛结构厚度约为3mm。
[0019]如上所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，步骤(2)中脱胶处理过程是将蚕丝短纤维浸在浓度为0.5wt％的碳酸钠水溶液中煮沸脱胶30min，再用温度为60℃的去离子水进行冲洗，重复煮沸脱胶和冲洗过程3遍后于60℃烘干。
[0020]如上所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，步骤(3)中具有粘附性的表面层为涂覆胶粘剂后半固化的织物表面、金属表面、塑料表面或成膜物表面。
[0021]如上所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，胶粘剂为丙烯酸复合胶、水性聚氨酯胶、环氧树脂胶和硅橡胶中的一种以上，优选为硅橡胶；半固化的方式为在25～100℃的温度条件下固化5～30min。
[0022]如上所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，步骤(3)中上极板和下极板的间距为5～30cm，静电植绒的电压为5～35kV，静电植绒的时间为10～120s，通过植绒时间的控制可控制植绒密度，植绒时间分别为10s、30s、60s、90s和120s时，对应的植绒密度分别为2.5g/m2、5g/m2、7.5g/m2、10g/m2和12.5g/m2。
[0023]如上所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，步骤(4)中烘干温度为40～100℃，烘干时间为0.5～4h。
[0024]本专利技术还提供如上所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的应用，应用于服装纺织品、可穿戴电子产品、冷却器、汽车、户外帐篷和建筑物外墙的降温制冷。本专利技术的仿银蚁辐射制冷绒毛结构能够在各种不同基材表面实现辐射制冷效果，解决了辐射制冷材料柔韧性、机械性能差的问题，保证了织物、可穿戴电子设备等柔性基材透湿透气性等服用性能，扩大辐射制冷材料的应用范围，实现无能源损耗、被动冷却的功能。
[0025]本专利技术的机理如下：
[0026]现有技术中有利用木材、玻璃等辐射制冷材料实现对物体表面降温性能，但通常仅限于建筑物外层及包装外层，难以复合在柔软基材上实现降温目的。现有技术也有研究过静电纺膜、封装微纳米粒子薄膜及多孔膜等柔性辐射制冷材料，但面临着力学性能差、透湿透气性能差等问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构，其特征在于：所述仿银蚁辐射制冷绒毛结构由多根呈阵列分布的蚕丝短纤维组成，各根蚕丝短纤维的底部垂直固定在基材表面，顶部相互连接形成一个纤维层，纤维层与基材之间形成空气层。2.根据权利要求1所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构，其特征在于，仿银蚁辐射制冷绒毛结构的厚度为1～3mm。3.如权利要求1或2所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，其特征在于：采用静电植绒方法，将蚕丝短纤维植绒于具有粘附性的基材表面，制得仿银蚁辐射制冷绒毛结构。4.根据权利要求3所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将未脱胶处理的蚕丝长丝通过物理剪切方式制备成所需长度的蚕丝短纤维；(2)将步骤(1)得到的蚕丝短纤维进行脱胶处理，得到具有三角形截面的单根蚕丝短纤维；(3)将步骤(2)得到的单根蚕丝短纤维筛在静电植绒设备下极板上，具有粘附性的表面层置于静电植绒设备上极板且具有粘附性的面朝下，采用高压静电植绒设备进行静电植绒；(4)对植绒结束的产品进行固化烘干，完全固化烘干后，再经过刷毛后整理得到仿银蚁辐射制冷绒毛结构。5.根据权利要求4所述的一种仿银蚁辐射制冷绒毛结构的制备方法，其特征在于，步骤(1)中蚕丝短纤维的长度为2～7mm，直径为5～15μm。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海艳，赵燕，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：