一种三层反射型纳米纤维结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种三层反射型纳米纤维结构，由纺织或无纺基底、基底支撑的聚合物纳米纤维网、以及纳米纤维网上的红外辐射反射镀层组成。本发明专利技术所述三层纳米纤维结构对红外辐射有很好的反射能力，对热传导具有良好的阻隔能力，还具有透汽和轻质的特点，可用于低温环境下的高性能隔热和透汽。本发明专利技术还提供一种制造三层反射型纳米纤维结构的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隔热材料领域，更具体地说，涉及一种三层反射型纳米纤维结 构及其制造方法。
技术介绍
隔热保温材料能有效减少介质和其环境之间的热交换，被广泛用于建筑材 料、储能设备、航空航天飞行器以及保温服装等领域。隔热保温材料种类众多， 包括粉体隔热材料、泡沫隔热材料、真空板材隔热材料和纤维隔热材料等，其中纤维隔热材料由于孔隙率高(一般95%或以上)(见Tseng and Kuo, Thermal radiative properties of phenolic foam insulation, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 72, 349-359(2002))，具有高热阻、轻质、透 汽和吸震的特点。对于纤维隔热材料，其传热机理主要包含热传导和热辐射 (见Famworth, Mechanisms of heat flow through clothing insulation, Textile Research Journal, 53(12), 717-725 (1983))。已有的文献等(见Famworth (1983); "Wu et al. Thermal energy transport within porous polymer materials: effects of fibre characteristics, Journal of Applied Polymer Science, 106， 576-5832007，(2007) )表明在高孔隙率纤维材料中辐射传热占有较高的比例，可以通过增加 纤维体积含量(即减小孔隙率)(见Famworth (1983); Wuetal. (2007))或加入 密度较高的纤维材料薄层作为夹层(见Wu and Fan, Measurement of radiative thermal properties of thin polymer films by FTIR, Polymer Testing, 27: 122-128(2008) ;Wu et al. Porous materials with thin interlayers for optimal thermal insulation, International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation,, 10(3)，291-300,(2009))等方法来减小辐射传热流量。但这些方法不可避免地增 大传导热通量并使材料透汽性能下降，在纤维材料用于透汽和保温(如保温服装或睡袋)时，材料透汽性能下降会引起水蒸汽在纤维隔热材料中的积聚和冷 凝，导致材料隔热性能的急剧下降。因此，如何在不减小导热热阻和透汽性的 情况下提高对热辐射的隔绝能力成为需要解决的问题。通过增加纤维的比表面积或提高纤维对热辐射的吸收和散射能力，开发超 细纤维以及金属或金属氧化物镀层纤维是减小辐射导热的有效方法，如把超细 纤维薄膜用作纤维隔热材料中的夹层，可提高纤维隔热材料对热辐射的隔绝性 能而不影响其导热热阻和透汽性能，这是由于对热辐射的隔绝性能取决于纤维 的比表面积和表面性质，而超细纤维具有很大的比表面积，能有效提高对热辐 射的吸收效率从而提高其对热辐射的隔绝能力，而且由于具有很高的孔隙率和很小的纤维直径，超细纤维材料具有良好的透汽性能(Gibson et al.， Transport properties of porous membranes based on electrospun nanofibers， Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 187-188, 469-481 (2001))。然而超细纤维本身强度不高，限制了其应用。因此，本专利技术提供一种三层反射 型纳米纤维结构，在隔热材料中作为夹层用于提高隔热材料的保温性能而不影 响其重量和透汽性。尽管已有很多关于铝(A1)、银(Ag)、金(Au)等用于纺织或无纺基底 材料的报道，但由于其金属镀层厚度一般为几十微米，镀层重量较大。当这些 金属镀层材料用作隔热系统夹层时，不可避免地使隔热系统重量明显增加(超 过20%)，对于绝大多数保温系统尤其是保温服装、睡袋或航空航天飞行器等 来说是极不合适的。而且较厚的金属镀层明显降低了保温系统的透汽性，在极 冷环境下会导致水汽在防寒服中凝结，从而使其隔热能力大幅下降。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有隔热材料保温和透气性能较差的 问题，提供一种高性能的隔热材料。本专利技术提供了一种三层反射型纳米纤维结构，包括 一层由纺织或无纺材 料组成的基底; 一层纳米纤维网；和一层红外辐射反射镀层。在本专利技术所述三层反射型纳米纤维结构中，所述基底从以下材料中选择棉、丝、麻、聚酯、尼龙、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯，聚醚、聚酰胺、聚酰 亚胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚丙烯酸。在本专利技术所述三层反射型纳米纤维结构中，所述红外辐射反射镀层从以下 材料中选择铝、银、金、氧化铝、氧化钛、氧化锌、氧化铈，或掺杂了氟、 硼、铝、镓、铊、铜或铁的金属氧化物。本专利技术还提供了一种用于低温环境的隔热保温产品，包括一件制成品和插 入所述制成品内部和外部之间的1至7个三层反射型纳米纤维结构，其特征在 于，所述三层反射型纳米纤维结构由纺织或无纺基底、纳米纤维网和红外辐射 反射镀层制成。在本专利技术所述的用于低温环境的隔热保温产品中，所述基底材料从以下材 料中选择棉，丝，麻，聚酯，尼龙，聚丙烯，聚乙烯，聚苯乙烯，聚醚，聚 酰胺，聚酰亚胺，聚丙烯腈，聚氯乙烯和聚丙烯酸。在本专利技术所述的用于低温环境的隔热保温产品中，所述红外辐射反射镀层 从以下材料中选择铝、银、金、氧化铝、氧化钛、氧化锌、氧化铈，或者掺 杂了氟、硼、铝、镓、铊、铜或铁的金属氧化物。在本专利技术所述的用于低温环境的隔热保温产品中，所述制成品从以下产品 中选择睡袋、外套、上衣、帽子、手套、毛衣、建筑材料和航空航天飞行器。在本专利技术所述的用于低温环境的隔热保温产品中，包括使用1至3个所述 结构。本专利技术还提供了一种制造三层反射型纳米纤维结构的方法，包括以下步 制备聚合物溶液和纺织或无纺基底；把所述聚合物溶液通过静电纺丝在在所述基底上形成纳米纤维；以及 在所述基底支撑的聚合物纳米纤维上沉积红外辐射反射层。 在本专利技术所述的制造三层反射型纳米纤维结构的方法中，制备的所述聚合 物溶液从以下聚合物溶液中选择聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚丙烯酸、聚丙 烯腈、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚乙烯醇、 蛋白质和多糖。在本专利技术所述的制造三层反射型纳米纤维结构的方法中，沉积所述红外辐 射反射层的方法从以下方法中选择溅射、等离子体沉积、化学气相沉积和溶 胶-凝胶法。在本专利技术所述的制造三层反射型纳米纤维结构的方法中，静电纺丝设备包 含带正负极的高压电源、带毛细管或喷头的注射泵、针筒或溶液容器和喷头。本专利技术所述三层反射型纳米纤维结构对红外辐射有很好的反射能力，对热 传导具有良好的阻隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三层反射型纳米纤维结构，其特征在于，包括：　一层由纺织或无纺材料组成的基底；　一层纳米纤维网；和　一层红外辐射反射镀层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：范金土，吴会军，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]