專(zhuān)利名稱(chēng)：相變儲(chǔ)能纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合纖維，尤其是涉及一種具有溫度變化緩沖功能的相變儲(chǔ)能纖維以及該纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
自然界的物質(zhì)以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種狀態(tài)存在，并且物質(zhì)可以在一定條件和溫度下在固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程稱(chēng)之為相變，物質(zhì)在相變過(guò)程中會(huì)吸熱和放出熱量，物質(zhì)的這種特性得到了人們的廣泛應(yīng)用。其中相變儲(chǔ)能纖維就是人們對(duì)物質(zhì)這種特性的應(yīng)用。
服裝最重要的功能在于維持人體正常溫度，使人體感到舒適。服裝的熱傳遞基本上可分為顯熱傳遞，即人體溫度和外界環(huán)境存在差異可產(chǎn)生的熱量傳遞，它主要通過(guò)熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射來(lái)完成；潛熱傳遞，即由于人體與外界環(huán)境之間的蒸汽濃度差而產(chǎn)生的濕熱傳遞，它主要通過(guò)蒸發(fā)和排汗來(lái)完成。傳統(tǒng)服裝主要通過(guò)控制人體與外界環(huán)境之間的熱輻射、熱傳導(dǎo)和對(duì)流而達(dá)到保溫目的。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，可通過(guò)適當(dāng)增加織物的豐厚度，使織物的靜止空氣層的空間加大以提高保暖效果；而當(dāng)環(huán)境溫度接近或高于體溫時(shí)，人體已難以通過(guò)輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)來(lái)散失熱量，此時(shí)就降低織物厚度以增大人體與環(huán)境間的熱交換，但是人體皮膚還需大量排汗，以利用汗液的蒸發(fā)帶走熱量才能維持體溫的恒定，但是僅通過(guò)增加或降低織物厚度來(lái)維持人體適宜的溫度，不但麻煩而且有時(shí)也很困難，因此，如遠(yuǎn)紅外纖維、降溫織物、在原絲液中填加特殊的陶瓷粉末或涂層法將陶瓷粉末涂布在織物上，以及應(yīng)用在開(kāi)發(fā)蓄熱調(diào)溫紡織品上的相變材料得到了人們的應(yīng)用。
目前人們應(yīng)用的相變儲(chǔ)能纖維大都是將熱敏相變材料如石蠟通過(guò)浸漬法將其附著于纖維或織物表面，或采用復(fù)合紡絲法將熱敏相變材料溶于溶劑內(nèi)與紡絲液混合紡絲，或采用微膠囊法紡絲制得纖維，通過(guò)纖維內(nèi)含有的相變材料在發(fā)生相變時(shí)吸收或放出大量熱量，使纖維具有能量貯存和溫度控制等功能的功能纖維，從而提高了采用該功能纖維生產(chǎn)的服裝等產(chǎn)品具有較好的熱穩(wěn)定性，方便了人們的穿用。但是采用浸漬法，相變材料易流失，纖維內(nèi)相變材料填充量低，復(fù)合紡絲法，相變材料易流失，并且使得紡絲性能受制約，而采用微膠囊法，相變材料能夠穩(wěn)定存在于纖維中，但是相變材料添加量低，并且制造成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種相變儲(chǔ)能纖維，該相變儲(chǔ)能纖維內(nèi)的熱敏相變材料含量較高而且不易流失，并且纖維的相變儲(chǔ)能功能和纖維的物理機(jī)械性能優(yōu)良。
本發(fā)明還提供了一種制備該該相變儲(chǔ)能纖維的方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，有效的降低了纖維加工過(guò)程中相變材料的流失，提高了纖維內(nèi)相變材料的含量，保證了纖維的相變儲(chǔ)能功能和纖維的物理機(jī)械性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是功能纖維主要由纖維素、石蠟組成，其中石蠟含有量為相對(duì)纖維素重量含量的10～40％。
該相變儲(chǔ)能纖維的干斷裂強(qiáng)度＞1.7cN/dtex，濕斷裂強(qiáng)度＞0.9cN/dtex，干斷裂伸長(zhǎng)率＞15％，線(xiàn)密度偏差率土7％，白度＞75％，相變溫度10～60℃，相變焓10～150J/g。并且石蠟的熔點(diǎn)為10～60℃，這樣的相變儲(chǔ)能纖維內(nèi)相變材料石蠟含量較高而且不易流失，纖維的相變儲(chǔ)能功能和纖維的物理機(jī)械性能優(yōu)良。
該相變儲(chǔ)能纖維的方法，包括以下生產(chǎn)步驟1)采用熔點(diǎn)為10～60℃的石蠟，將其完全熔融并加入1～3％分散劑(相對(duì)石蠟重量)，攪拌制得石蠟熔融液，其中分散劑可以采用硬脂酸或硬脂酸鈣；2)采用纖維素漿粕為原料，經(jīng)過(guò)常規(guī)的制備方法，即采用經(jīng)過(guò)浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、過(guò)濾、熟成、脫泡等步驟制得α纖維素含量6～10％的纖維素粘膠溶液；
3)調(diào)整纖維素粘膠溶液到石蠟熔融溫度，即采用在石蠟熔融溫度的條件下將石蠟熔融液加入到纖維素粘膠溶液中，在靜態(tài)混合器或動(dòng)態(tài)混合器充分作用下混合均勻，制得石蠟含量相對(duì)纖維素重量10～41％且與石蠟熔融液溫度相同的均相紡絲原液；由于在實(shí)際生產(chǎn)中，石蠟在與纖維素共混紡絲原液經(jīng)凝固浴成型、濕熱拉伸定型、精練處理時(shí)會(huì)不可避免的存在一定的流失，所以在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)控制其流失量小于1.0％(相對(duì)纖維素重量)。
4)然后將制得的紡絲原液經(jīng)噴絲頭壓入凝固浴中紡絲成型，并經(jīng)濕熱拉伸定型、精練處理和烘干等后處理制得對(duì)溫度變化有緩沖作用的成品相變儲(chǔ)能纖維。
而在實(shí)際生產(chǎn)中，凝固浴可以采用由50～200g/l的H2SO4，5～50g/的1ZnSO4和100～400g/l的Na2SO4組成，浴溫30～55℃，也可以采用凝固浴由50～200g/l的H2SO4，5～50g/l的Al2(SO4)3和100～400g/l的Na2SO4組成，浴溫30～55℃，當(dāng)然，也可以對(duì)其再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以適應(yīng)于生產(chǎn)的需要，這些均為本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的常識(shí)。
這樣，本相變儲(chǔ)能纖維實(shí)際上是采用纖維素漿粕如棉漿粕、木漿粕或竹漿粕等為原料，在浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、過(guò)濾、熟成制得纖維素粘膠溶液，和紡絲、精練、烘干制備粘膠纖維的步驟中，又加入了一個(gè)相變劑石蠟的添加步驟，即采用將相變劑石蠟制成石蠟熔融液，和與石蠟熔融液溫度相同的纖維素粘膠溶液按照生產(chǎn)所需以一定比例充分混合均勻來(lái)制得紡絲原液；其可以采用靜態(tài)混合器或動(dòng)態(tài)混合器來(lái)充分混合制得紡絲原液。
采用了上述技術(shù)方案后，由于本發(fā)明采用纖維素漿粕作為成纖材料與相變劑石蠟共混制備紡絲原液并采用濕法紡絲制備相變儲(chǔ)能纖維的方法，其制成纖維的主要成分是纖維素，采用在纖維素粘膠溶液中加入熔融后的相變劑石蠟，石蠟熔融后以分子狀態(tài)與纖維素分子均勻混合，而纖維素對(duì)非極性的蠟具有良好阻隔性的特點(diǎn)，因此可以將相變劑石蠟很好的留存在纖維中，不隨洗滌而流失，增加纖維內(nèi)石蠟的含量，這樣既保證了加入相變劑石蠟后粘膠纖維的可紡性，又保證了纖維相變儲(chǔ)能的功能性，同時(shí)又因石蠟的添加量加大，纖維的相變焓值較高，使得纖維的能量貯存和溫度控制等功能得到明顯的改善，提高了纖維的相變儲(chǔ)能功能和纖維的物理機(jī)械性能，使其不僅適合于宇航服和紅外隱身服裝的生產(chǎn)，而且也特別適合用做各種貼身內(nèi)衣、手套、襪子、兒童服裝、床上用品及戶(hù)外服裝，包括滑雪衫、褲、毛衣等，以及建筑裝飾材料等的生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例11)采用熔點(diǎn)為30℃的石蠟完全熔融并加入相對(duì)石蠟重量的2.0％的分散劑硬脂酸鈣混合均勻制得石蠟熔融液；2)采用維素漿粕為原料，經(jīng)過(guò)浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、熟成過(guò)濾、脫泡步驟，制得纖維素粘膠溶液，纖維素粘膠溶液中α纖維素的含量為8.5～9.5％；3)調(diào)整纖維素粘膠溶液到石蠟熔融溫度，采用相對(duì)纖維素重量15％的石蠟熔融液加入纖維素粘膠溶液中均勻混合制得紡絲原液；4)將制得的紡絲原液經(jīng)噴絲頭壓入硫酸含量為110g/l，硫酸鈉330g/l，硫酸鋅25g/l，溫度30℃的凝固酸浴紡絲，經(jīng)適當(dāng)牽伸生產(chǎn)出1.67dtex×38mm短纖維，纖維經(jīng)濕熱拉伸定型、精練處理、水洗、脫水、上油、烘干等后處理步驟制得1.67dtex×38mm成品相變儲(chǔ)能纖維，該相變儲(chǔ)能纖維內(nèi)石蠟的含量可達(dá)14.35％(相對(duì)對(duì)纖維素重量含量)。
纖維指標(biāo)干斷裂強(qiáng)度2.13cN/dtex；濕斷裂強(qiáng)度1.12cN/dtex；干斷裂伸長(zhǎng)率20.4％；線(xiàn)密度偏差率-1.2％；白度79％；含油率0.18％；回潮率12.1％；相變溫度30℃；相變焓40J/g。
實(shí)施例21)采用熔點(diǎn)為57℃的石蠟完全熔融并加入相對(duì)石蠟重量的2.5％的分散劑硬脂酸鈣混合均勻制得石蠟熔融液；2)采用維素漿粕為原料，經(jīng)過(guò)浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、熟成過(guò)濾、脫泡步驟，制得纖維素粘膠溶液，纖維素粘膠溶液中α纖維素的含量為7.0～8.0％；3)調(diào)整纖維素粘膠溶液到石蠟熔融溫度，采用相對(duì)纖維素重量31％的石蠟熔融液加入纖維素粘膠溶液中均勻混合制得紡絲原液；4)將制得的紡絲原液經(jīng)噴絲頭壓入硫酸含量為105g/l，硫酸鈉335g/l，硫酸鋅45g/l，溫度55℃的凝固酸浴紡絲，經(jīng)適當(dāng)牽伸生產(chǎn)出3.33dtex×60mm短纖維，纖維經(jīng)濕熱拉伸定型、精練處理、水洗、脫水、上油、烘干等后處理步驟制得3.33dtex×60mm成品相變儲(chǔ)能纖維，該相變儲(chǔ)能纖維內(nèi)石蠟的含量為30.7％(相對(duì)纖維素重量含量)。
纖維指標(biāo)干斷裂強(qiáng)度2.02cN/dtex；濕斷裂強(qiáng)度1.01cN/dtex；干斷裂伸長(zhǎng)率21.0％；線(xiàn)密度偏差率-2.8％；白度78％；含油率0.19％；回潮率11.4％；相變溫度57℃；相變焓60J/g。
實(shí)施例31)采用熔點(diǎn)為12℃的石蠟完全熔融并加入相對(duì)石蠟重量的1.5％的分散劑硬脂酸混合均勻制得石蠟熔融液；；2)采用維素漿粕為原料，經(jīng)過(guò)浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、熟成過(guò)濾、脫泡步驟，制得纖維素粘膠溶液，纖維素粘膠溶液中α纖維素的含量為6.0～7.0％；3)調(diào)整纖維素粘膠溶液到石蠟熔融溫度，采用相對(duì)纖維素重量38％的石蠟熔融液加入纖維素粘膠溶液中均勻混合制得紡絲原液；4)將制得的紡絲原液經(jīng)噴絲頭壓入硫酸110g/l，硫酸鋁25g/L，硫酸鈉275g/L，透明度≥1000mm，凝固浴溫度37℃的凝固酸浴紡絲，并經(jīng)濕熱拉伸定型、精練處理、水洗、脫水、上油、烘干等后處理步驟制得成品相變儲(chǔ)能纖維，該相變儲(chǔ)能纖維內(nèi)石蠟的含量為37.45％(相對(duì)纖維素重量含量)。
由上述工藝制得的相變儲(chǔ)能粘膠長(zhǎng)絲纖維指標(biāo)是干斷裂強(qiáng)度2.24cN/dtex；濕斷裂強(qiáng)度0.98cN/dtex；干斷裂伸長(zhǎng)率19.2％；干斷裂伸長(zhǎng)變異系數(shù)(CV值)6.20％；線(xiàn)密度(纖度)偏差-4.0％；線(xiàn)密度變異系數(shù)(CV值)3.0％；捻度變異系數(shù)(CV值)9.8％；單絲根數(shù)偏差0％；殘硫量7.20mg/100g；染色均勻度3.5級(jí)；相變溫度12℃；相變焓20J/g。
權(quán)利要求
1.相變儲(chǔ)能纖維，其特征在于所述功能纖維主要由纖維素、石蠟組成，其中石蠟含有量為相對(duì)纖維素重量含量的10～40％，該相變儲(chǔ)能纖維的干斷裂強(qiáng)度＞1.7cN/dtex，濕斷裂強(qiáng)度＞0.9cN/dtex，干斷裂伸長(zhǎng)率＞15％，線(xiàn)密度偏差率土7％，白度＞75％，相變溫度10～60℃，相變焓10～150J/g。
2.如權(quán)利要求1所述的相變儲(chǔ)能纖維，其特征在于所述石蠟的熔點(diǎn)為10～60℃。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的相變儲(chǔ)能纖維的方法，其特征在于其包括以下步驟1)將石蠟完全熔融并加入相對(duì)石蠟重量1～3％的分散劑硬脂酸或硬脂酸鈣，攪拌制得石蠟熔融液；2)采用纖維素漿粕制得α纖維素含量為6～10％的纖維素粘膠溶液；3)調(diào)整纖維素粘膠溶液溫度到石蠟熔融溫度，將石蠟熔融液加入到纖維素粘膠溶液中攪拌混合均勻，制得石蠟含量相對(duì)纖維素重量10～41％且與石蠟熔融液溫度相同的均相紡絲原液；4)將所述紡絲原液經(jīng)噴絲壓入凝固浴紡絲成型，并經(jīng)濕熱拉伸定型、精練處理和烘干等后處理制得對(duì)溫度變化有緩沖作用的成品相變儲(chǔ)能纖維。
4.如權(quán)利要求3所述的制備相變儲(chǔ)能纖維的方法，其特征在于控制石蠟在與纖維素共混紡絲原液經(jīng)凝固浴成型、濕熱拉伸定型、精練處理時(shí)的流失量小于1.0％(對(duì)纖維素重量)。
5.如權(quán)利要求3所述的制備相變儲(chǔ)能纖維的方法，其特征在于所述石蠟的熔點(diǎn)為10～60℃。
6.如權(quán)利要求3、4或5所述的制備相變儲(chǔ)能纖維的方法，其特征在于所述凝固浴由50～200g/l的H2SO4，5～50g/l的ZnSO4和100～400g/l的Na2SO4組成，浴溫30～55℃。
7.如權(quán)利要求3或4所述的制備相變儲(chǔ)能纖維的方法，其特征在于所述凝固浴由50～200g/l的H2SO4，5～50g/l的Al2(SO4)3和100～400g/l的Na2SO4組成，浴溫30～55℃。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種相變儲(chǔ)能纖維及其制備方法，為采用纖維素漿粕制得纖維素粘膠溶液，并與相變材料石蠟熔融液混合制備紡絲原液來(lái)紡絲制得相變儲(chǔ)能粘膠纖維。該功能纖維主要由纖維素、石蠟組成，其中石蠟含有量為10～40％(相對(duì)纖維素重量含量)。采用該方法制備相變儲(chǔ)能纖維，方法工藝簡(jiǎn)單，有效的降低了纖維加工過(guò)程中相變材料的流失，提高了制得的纖維內(nèi)相變材料的含量，相變儲(chǔ)能纖維的相變儲(chǔ)能功能和纖維的物理機(jī)械性能優(yōu)良。
文檔編號(hào)D01D5/098GK101041911SQ20071001460
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月18日
發(fā)明者田素峰, 劉建華, 盧海蛟, 馬峰剛 申請(qǐng)人:山東海龍股份有限公司