自调节保暖和降温织物 |
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| 申请号 | CN202211246652.4 | 申请日 | 2022-10-12 | 公开(公告)号 | CN117898508A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 南京大学; | 发明人 | 朱斌; 张骞; 朱嘉; 王雪旸; 杜汐然; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种自调节保暖和降温织物，包括吸 水 织物层以及设置于其内侧的红外高反射多孔疏水层，所述吸水织物层在干态下的红外发射率低于30％，湿态下的红外发射率高于80％，红外高反射多孔疏水层的孔隙内部为亲水结构，且红外高反射多孔疏水层靠近 皮肤 一侧，形成由内至外的单向导湿结构。本发明通过低红外发射率的亲水织物外层以及红外高反射多孔疏水内层，形成单向导湿 调温 结构，其可抑制干态下织物的红外 辐射 散热 作用，实现保暖功能；当人体出汗使织物呈湿态时，整个织物转换为高红外发射特性，从而提高散热效果，最终实现保暖和制冷的 自动调节 。本发明制备方法简单，结构新颖，且使用方便，经济价值显著。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自调节保暖和降温织物，其特征在于，包括吸水织物层以及设置于其内侧的红外高反射多孔疏水层，所述吸水织物层在干态下的红外发射率低于30％，湿态下的红外发射率高于80％，所述红外高反射多孔疏水层的孔隙内部为亲水结构，所述红外高反射多孔疏水层靠近皮肤一侧，形成由内至外的单向导湿结构。 |
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| 说明书全文 | 自调节保暖和降温织物技术领域[0001] 本发明涉及功能织物技术领域，尤其涉及一种自调节保暖和降温织物。 背景技术[0002] 随着纺织科研技术的发展和人们对生活品质的需求，织物面料逐渐向多功能、智能化方向发展。其中，热湿舒适性织物能够使衣物产生冬暖夏凉的功能。现如今，智能可调温织物已逐步应用到服装制造中，对于改善热舒适性和服用性具有显著效果。但现有技术，大多数智能调温织物是通过通电加热或风扇散热的方式实现织物调温功能，此类织物缺点为消耗能源、穿着不便且影响舒适性。 [0003] 智能调温织物近年来备受研究者关注，现有主要通过热辐射调控法、热对流调控法与热传导调控法实现温度的智能调节。专利CN113907583A公开了一种轻便型结构保暖材料、暖袋及其制作方法，包括外层、中间层和内层，外层为红外低发射率层，中间层为热传导隔热层，内层为红外阻隔层。该方法通过构建红外低发射—热传导阻断—红外吸收阻断模式的结构保暖材料，同时阻断热传导和热辐射散热方式，提高材料隔热保暖性能。专利CN113561578A公开了一种辐射制冷织物及其设计方法，包括层叠的第一层结构和第二层结构，第一层结构为反射膜，第二层结构为织物层，能够反射可见‑近红外波段以及发射中红外波段。该方法通过发射太阳光和发射中红外实现隔热制冷功能。但是上述方法均无法同时实现保暖和制冷效果。 [0004] 专利CN110565176A公开了一种基于碳纳米管的可调温织物及其制备方法，包括：内结构层，其包括碳纳米管层以及覆设于碳纳米管层上的金属层，金属层的红外光线发射率低于碳纳米管层的红外光线发射率；以及，外结构层，其至少覆盖所述内结构层的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面于内结构层的厚度方向上相互背对设置，外结构层具有孔洞结构并可使红外线透过。该方法利用内结构层正反两个方向红外发射率的差异，可根据环境冷暖变化自动进行调温，同时实现保温或制冷效果。该方法虽然能够实现保温和制冷效果，但其需要通过更换使用面来实现不同的效果，对于可穿戴织物来说使用不便。 [0005] 有鉴于此，有必要设计一种改进的自调节保暖和降温织物及其应用，以解决上述问题。 发明内容[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自调节保暖和降温织物，通过低红外发射率的亲水织物外层以及红外高反射多孔疏水内层，形成单向导湿调温结构，其可抑制干态下织物的红外辐射散热作用，实现保暖功能，当人体出汗使织物呈湿态时，整个织物转换为高红外发射材料，从而提高散热效果，最终实现保暖和制冷的自动调节。 [0007] 为实现上述发明目的，本发明提供了一种自调节保暖和降温织物，包括吸水织物层以及设置于其内侧的红外高反射多孔疏水层，所述吸水织物层在干态下的红外发射率低于30％，湿态下的红外发射率高于80％，所述红外高反射多孔疏水层的孔隙内部为亲水结构，所述红外高反射多孔疏水层靠近皮肤一侧，形成由内至外的单向导湿结构。 [0008] 优选地，所述吸水织物层在湿态下的红外发射率高于90％以上，优选高于95％；干态下的红外发射率低于20％，优选低于10％。 [0010] 优选地，所述吸水织物层为聚酰胺纤维织物、亲水性聚乙烯纤维织物或两者混纺织物；所述亲水性聚乙烯纤维织物为异型横截面聚乙烯纤维织物或者经亲水涂覆或接枝改性的聚乙烯纤维织物；所述异型横截面为花生型或十字型横截面。 [0011] 优选地，所述红外高反射多孔疏水层的厚度为200‑400μm，孔径大小为0.1‑2mm，孔间距为3‑20mm。 [0012] 优选地，所述红外高反射多孔疏水层的孔隙内部填充有亲水材料，所述亲水材料通过预制填充在所述红外高反射多孔疏水层的孔隙内，或者先将所述红外高反射多孔疏水层涂覆于所述吸水织物层内侧，然后通过压制使所述吸水织物层的亲水纤维填充于所述红外高反射多孔疏水层的孔隙内。 [0015] 优选地，所述吸水织物层的内侧经磨毛处理形成亲水短纤，以便所述亲水短纤通过压制填充于所述多孔金属膜的孔隙内。 [0016] 一种以上任一项所述的自调节保暖和降温织物的应用，所述自调节保暖和降温织物用于贴身保暖和制冷衣物的制备，当所述自调节保暖和降温织物处于干燥状态时，所述红外高反射多孔疏水层的红外阻隔作用赋予所述衣物保暖作用，当人体汗液浸润所述自调节保暖和降温织物后，所述自调节保暖和降温织物具有红外高发性，以实现红外辐射散热制冷功能。 [0017] 本发明的有益效果是： [0018] 1.本发明提供的自调节保暖和降温织物，通过低红外发射率的亲水织物外层以及红外高反射多孔疏水内层，形成单向导湿调温结构，如此设置，使得织物处于干态时，通过内层红外高反射多孔疏水层的红外高反射作用，防止热量以红外辐射形式散出，从而实现保暖效果。当人体由于保暖而温度升高出汗时，内层疏水外层亲水的单向导湿结构使得汗液能够快速从红外高反射多孔疏水层的孔隙中导向外层吸水织物层，使吸水织物层和内层的孔隙均被浸润，此时整个织物转变为红外高发特性，从而通过红外发射散热，实现制冷效果，以防保暖过度，造成人体过热不适现象。此外，汗液也会因为单向导湿结构快速蒸发散出，一方面能够带走热量，另一方面能够保持织物的干爽舒适性。 [0019] 2.本发明通过内外层吸湿性差异，以及内层的多孔结构，使得汗液在压差作用下快速渗透和向外传输；通过在内层孔隙中填充亲水材料，一方面便于使汗液从孔隙中传输导出，另一方面，便于汗液在孔隙中浸润，从而使得内层也具备红外高发射特性，提高红外辐射散热效果。本发明制备方法简单，结构新颖，且使用方便，便于规模化制造和应用，经济价值显著。附图说明 [0020] 图1为本发明提供的自调节保暖和降温织物的结构示意图。 [0021] 图2为实施例2制备的自调节保暖和降温织物在干燥和湿润状态下的红外反射率图谱。 [0022] 图3为实施例2制备的自调节保暖和降温织物(sample)、棉织物的温度随时间的变化曲线。 [0023] 图4为实施例2制备的自调节保暖和降温织物(sample)、棉织物的温度随时间的变化曲线。 具体实施方式[0024] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。 [0025] 在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。 [0026] 另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。 [0027] 请参阅图1所示，本发明提供的一种自调节保暖和降温织物，包括吸水织物层以及设置于其内侧的红外高反射多孔疏水层，吸水织物层在干态下的红外发射率低于30％，湿态下的红外发射率高于80％，红外高反射多孔疏水层的孔隙内部为亲水结构，红外高反射多孔疏水层靠近皮肤一侧，形成由内至外的单向导湿结构。如此设置，当织物处于干态时，内层红外高反射多孔疏水层的红外高反射作用，可防止热量通过红外辐射散出，从而实现保暖作用。当人体由于保暖而温度升高出汗时，内层疏水外层亲水的单向导湿结构使得汗液能够快速从红外高反射多孔疏水层的孔隙中导向外层吸水织物层，使吸水织物层和内层的孔隙均被浸润，此时整个织物转变为红外高发特性，从而通过红外发射散热，实现制冷效果，以防保暖过度，造成人体过热不适现象。此外，汗液也会因为单向导湿结构快速蒸发散出，一方面能够带走热量，另一方面能够保持织物的干爽舒适性。 [0028] 优选地，吸水织物层在湿态下的红外发射率高于90％以上，更优选高于95％；干态下的红外发射率低于20％，优选低于10％。例如：吸水织物层为聚酰胺纤维织物、亲水性聚乙烯纤维织物或两者混纺织物；亲水性聚乙烯纤维织物为异型横截面聚乙烯纤维织物或者经亲水涂覆或接枝改性的聚乙烯纤维织物；异型横截面为花生型或十字型横截面。聚酰胺织物在干态下为红外高透材料，即红外吸收(发射)率较低，因此不会影响对内层红外高反特性，也不会因为外层红外发射而散热，降低保暖效果。聚乙烯纤维织物也具有红外高透特性，又由于需要构造单向导湿结构，以便出汗时尽快导湿形成红外发射结构，因此需要对聚乙烯纤维织物进行高进，利用异型横截面聚乙烯纤维的毛细管效应，可提高聚乙烯纤维织物的吸水性。 [0029] 在一些实施方式中，吸水织物层与红外高反射多孔疏水层的水接触角之差大于40°，优大于50°，更优选大于90°，且吸水织物层的接触角小于红外高反射多孔疏水层。在另一些实施方式中，吸水织物层的吸湿率高于红外高反射多孔疏水层，且吸湿率为红外高反射多孔疏水层的1.2‑5倍。通过吸湿性差异，以及内层的多孔结构，使得汗液在压差作用下快速渗透和向外传输。 [0030] 红外高反射多孔疏水层的厚度为200‑400μm，孔径大小为0.1‑2mm，孔间距为3‑20mm，孔隙率为10‑50％，优选为20‑30％。 [0031] 红外高反射多孔疏水层的孔隙内部填充有亲水材料，亲水材料通过预制填充在红外高反射多孔疏水层的孔隙内，或者先将红外高反射多孔疏水层涂覆于吸水织物层内侧，然后通过压制使吸水织物层的亲水纤维填充于红外高反射多孔疏水层的孔隙内。通过在孔隙中填充亲水材料，一方面便于使汗液从孔隙中传输导出，另一方面，便于汗液在孔隙中浸润，从而使得内层也具备红外高发射特性，提高红外辐射散热效果。 [0032] 红外高反射多孔疏水层为多孔金属膜；多孔金属膜优选为金、银、铝中的一种或多种形成的金属膜。优选地，多孔金属膜通过镀膜和压制的形式，粘附于吸水织物层的内侧，亲水纤维在压制过程中压制填充于多孔金属膜的孔隙内。 [0033] 优选地，吸水织物层的内侧经磨毛处理形成亲水短纤，以便亲水短纤通过压制填充于多孔金属膜的孔隙内。 [0034] 一种自调节保暖和降温织物的应用，自调节保暖和降温织物用于贴身保暖和制冷衣物的制备，当自调节保暖和降温织物处于干燥状态时，红外高反射多孔疏水层的红外阻隔作用赋予衣物保暖作用，当人体汗液使得自调节保暖和降温织物呈湿态后，自调节保暖和降温织物转换为红外高发性，从而实现红外辐射散热制冷功能。 [0035] 实施例1 [0036] 一种自调节保暖和降温织物，包括多孔铝膜内层和聚酰胺纤维织物外层。其中，多孔铝膜的厚度约为300μm，孔径大小约为0.8mm，孔间距为10mm，孔内填充有聚酰胺纤维。 [0037] 实施例2‑7 [0038] 一种自调节保暖和降温织物，与实施例1相比，不同之处在于，多孔铝膜的孔径大小及孔间距如表1所示，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。 [0039] 表1实施例1‑7的制备条件及性能测试结果 [0040] [0041] [0042] 从图2可以看出，本发明织物在干燥状态下，8～13μm反射率较大，说明散热慢，因此具有良好的保暖效果；当为湿润状态时，8～13μm反射率显著降低，散热增强，因此能够自发降温从而调节和维持温度相关恒定。 [0043] 从图3可以看出，本发明制备的织物在低温环境下，能够使得其温度高于皮肤表面温度，且高于棉织物，说明本发明的保暖效果更优。从图4可以看出，当在汗液润湿情况下，本发明制备的的织物温度略低于棉织物，因此在实际应用中，当保暖过度而出汗时，会加快散热，从而使人体维持在相对舒适的温度。 [0044] 从表1可以看出，孔间距过小时，制冷模式的8～13μm反射率较大，说明红外辐射制冷效果不佳。这是因为孔过小难以单向导湿，导致无法实现自调节制冷。孔过大时，保暖模式的8～13μm反射率降低，这是因为多孔铝膜的有效面积减小，导致对红外的反射率降低，因此保暖效果降低。孔间距过大时，虽然保暖效果较优，但由于单向导湿效果变差，使得制冷模式反射率显著降低，因此制冷效果较弱。 [0045] 实施例2 [0046] 一种自调节保暖和降温织物，与实施例1相比，不同之处在于，多孔铝膜替换为多孔银膜。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。 [0047] 综上所述，本发明提供的自调节保暖和降温织物，通过低红外发射率的亲水织物外层以及红外高反射多孔疏水内层，形成单向导湿调温结构，其可抑制干态下织物的红外辐射散热作用，实现保暖功能；当人体出汗使织物呈湿态时，整个织物转换为高红外发射特性，从而提高散热效果，最终实现保暖和制冷的自动调节。本发明制备方法简单，结构新颖，且使用方便，经济价值显著。 [0048] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。 |
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