阅读说明：本技术 辐射制冷纤维及其制备方法、应用 (Radiation refrigeration fiber and preparation method and application thereof ) 是由 张园园 徐静涛 杨剑 其他发明人请求不公开姓名 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及辐射制冷纤维及其制备方法、应用；所述辐射制冷纤维包括基体以及固定分布于基体中的功能填料,辐射制冷纤维中功能填料的质量百分数为1％～17％,辐射制冷纤维的线密度为0.3dtex～10dtex,辐射制冷纤维能够反射可见光和近红外光,以及以红外辐射方式通过大气窗口发射热量。由该辐射制冷纤维制成的辐射制冷面料对可见光和近红外光的反射率≥60％,在7μm～14μm的发射率≥80％。因此,所述辐射制冷面料可以进一步用于制备有降温需求的衣服、窗帘、帐篷、阳伞、帽子、头巾、车罩、车篷等纺织品,在保持纺织品舒适、透气的同时,通过纺织品即可实现降温,增加舒适感,不消耗能源,节能环保。(The invention relates to a radiation refrigeration fiber and a preparation method and application thereof; the radiation refrigeration fiber comprises a base body and functional fillers fixedly distributed in the base body, the mass percentage of the functional fillers in the radiation refrigeration fiber is 1% -17%, the linear density of the radiation refrigeration fiber is 0.3 dtex-10 dtex, and the radiation refrigeration fiber can reflect visible light and near infrared light and emit heat through an atmospheric window in an infrared radiation mode. The reflectivity of the radiation refrigeration fabric made of the radiation refrigeration fiber to visible light and near infrared light is more than or equal to 60 percent, and the emissivity between 7 and 14 mu m is more than or equal to 80 percent. Therefore, the radiation refrigeration fabric can be further used for preparing textiles such as clothes, curtains, tents, umbrellas, hats, headscarfs, car covers, canopies and the like with cooling requirements, the cooling can be realized through the textiles while the comfort and the air permeability of the textiles are kept, the comfort is improved, the energy is not consumed, and the radiation refrigeration fabric is energy-saving and environment-friendly.)

辐射制冷纤维及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及纺织技术领域，特别是涉及辐射制冷纤维及其制备方法、应用。

背景技术

随着生活水平的提高，人们对有降温功能的纺织品需求日益旺盛。当前，有降温功能的纺织品往往是在纤维本体的表面设置镀银层，然后于该镀银层的表面设置辐射降温层，获得具有辐射降温功能的纤维，然后通过该具有辐射降温功能的纤维纺织得到具有降温功能的纺织品，不仅工艺复杂，成本高，而且设置在纤维本体上的镀银层和辐射降温层在长时间使用后容易脱落，纺织品的降温功能稳定性不佳。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种辐射制冷纤维及其制备方法、应用；所述辐射制冷纤维的基体内固定分布有具有辐射制冷功能的功能填料，使得辐射制冷纤维具有优异且稳定的辐射制冷效果，可用于制备有降温需求的纺织品。

本发明的第一方面，提供一种辐射制冷纤维，所述辐射制冷纤维包括基体以及固定分布于所述基体中的功能填料，所述辐射制冷纤维中所述功能填料的质量百分数为1％～17％，所述辐射制冷纤维的线密度为0.3dtex～10dtex，所述辐射制冷纤维能够反射可见光和近红外光，以及以红外辐射方式通过大气窗口发射热量。

在其中一个实施例中，所述基体的材料包括聚丙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氨酯、聚酯、聚乙烯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述功能填料的粒径为1μm～20μm，所述功能填料包括SiO₂、SiC、TiO₂、CaCO₃、BaSO₄、Si₃N₄、ZnO、Al₂O₃、Fe₂O₃、ZrO₂、玉石粉体中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述辐射制冷纤维中还包括助剂，所述助剂包括分散剂、紫外线吸收剂中的至少一种，所述助剂的质量百分数为1％～3％。

在其中一个实施例中，所述辐射制冷纤维还包括颜料，所述颜料包括普通色浆、红外反射颜料、荧光染料中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述辐射制冷纤维的断裂强度为5cN/tex～40cN/tex；

及/或，所述辐射制冷纤维的断裂伸长率为5％～50％；

及/或，所述辐射制冷纤维的初始模量为3GPa～25GPa。

本发明的第二方面，提供一种上述辐射制冷纤维的制备方法，包括：

将基体的材料与功能填料混合，得到混合物，所述混合物中所述功能填料的质量百分数为1％～17％；

将所述混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，所述辐射制冷纤维的线密度为0.3dtex～10dtex，所述辐射制冷纤维能够反射可见光和近红外光，以及以红外辐射方式通过大气窗口发射热量。

在其中一个实施例中，所述基体的材料的特性粘度为0.5dL/g～1dL/g。

在其中一个实施例中，所述纺丝的温度为200℃～300℃，所述纺丝的速度为800m/min～1000m/min。

本发明的第三方面，提供一种辐射制冷纱线，所述辐射制冷纱线由上述辐射制冷纤维制成，所述辐射制冷纱线的线密度为1dtex～20dtex，所述辐射制冷纱线能够反射可见光和近红外光，以及以红外辐射方式通过大气窗口发射热量。

本发明的第四方面，提供一种辐射制冷面料，所述辐射制冷面料由上述辐射制冷纱线制成，所述辐射制冷面料中所述辐射制冷纱线横纵交错而形成凹凸结构，所述辐射制冷面料对可见光和近红外光的反射率≥60％，热量以红外辐射方式通过7μm～14μm波段的大气窗口的发射率≥80％。

本发明的第五方面，提供一种纺织品，所述纺织品由上述的辐射制冷面料制成，所述纺织品对可见光和近红外光的反射率≥60％，热量以红外辐射方式通过7μm～14μm波段的大气窗口的发射率≥80％。

本发明通过控制辐射制冷纤维的线密度以及固定分布于基体中的功能填料的质量百分比，使得辐射制冷纤维不仅不会影响传统纤维的性能，而且具有优异的辐射制冷效果。从而，可以将该辐射制冷纤维制成纱线和面料，并进一步用于制备有降温需求的衣服、窗帘、帐篷、阳伞、帽子、头巾、车罩、车篷等纺织品，在保持纺织品舒适、透气的同时，通过纺织品即可实现降温，增加舒适感，不消耗能源，节能环保。

同时，本发明的辐射制冷纤维不需要在纤维基体上设置镀银层和辐射降温层，不仅成本低，而且长时间使用后辐射制冷纤维的辐射制冷效果保持稳定不变，效果更好。

具体实施方式

以下将对本发明提供的辐射制冷纤维及其制备方法、应用作进一步说明。

本发明提供的辐射制冷纤维具有优异且稳定的辐射制冷效果，可用于制备有降温需求的纺织品，在保持纺织品舒适、透气的同时，通过纺织品即可实现降温，增加舒适感，不消耗能源，节能环保，成本低。

本发明提供的辐射制冷纤维包括基体以及固定分布于所述基体中的功能填料，所述辐射制冷纤维中所述功能填料的质量百分数为1％～17％，所述辐射制冷纤维的线密度为0.3dtex～10dtex，所述辐射制冷纤维能够反射可见光和近红外光，以及以红外辐射方式通过大气窗口发射热量。

线密度是表示纤维粗细程度的指标，指一定长度的纤维所具有的重量，本申请通过控制辐射制冷纤维的线密度以及辐射制冷纤维中功能填料的质量百分比，优化了单位体积内固定分布的功能填料的密度，使得辐射制冷纤维能够反射可见光和近红外光，以及以红外辐射方式通过大气窗口发射热量，具有优异的辐射制冷效果。

另外，本发明通过将功能填料固定分布于基体中，使得所述辐射制冷纤维不需要在纤维基体上设置镀银层和辐射降温层等外置功能层就具有辐射制冷效果，成本低。同时，本发明的辐射制冷纤维长时间使用后，固定分布于基体中的功能填料稳定不变，使得辐射制冷纤维的辐射制冷效果能够长期保持稳定不变。

具体地，所述基体的材料包括聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一种，优选包括聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)、聚酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)中的至少一种，进一步可优选为聚酰胺(PA)，具体可包括聚酰胺(PA)、聚酰胺6(PA6)、聚酰胺66(PA66)中的至少一种。

具体地，所述功能填料的形状包括球形、椭球形或其它不定形状中的至少一种，优选为球形或者椭球形中的至少一种，粒径为1μm～20μm。

为了使辐射制冷纤维的线密度更好的控制在本发明范围内，所述功能填料的粒径进一步优选为3μm～10μm，更优选为3μm～5μm。

同时，为了进一步优化单位体积内固定分布的功能填料的密度，以进一步提高所述辐射制冷纤维的辐射制冷效果，所述辐射制冷纤维的线密度优选为0.3dtex～10dtex，进一步优选为1dtex～5dtex，更进一步优选为1.5dtex～4dtex，所述辐射制冷纤维中所述功能填料的质量百分数优选为1％～17％，进一步优选为1％～5％，更进一步优选为1％～3％。

具体地，所述功能填料包括SiO₂、SiC、TiO₂、CaCO₃、BaSO₄、Si₃N₄、ZnO、Al₂O₃、Fe₂O₃、ZrO₂、玉石粉体中的至少一种，优选包括SiO₂、Si₃N₄、ZnO、Al₂O₃、Fe₂O₃、ZrO₂、玉石粉体中的至少一种，进一步优选包括SiO₂、Si₃N₄、ZnO、ZrO₂、玉石粉体中的至少一种。

从而，通过基体的材料和功能填料的复配以及进一步优化，还可以使得所述辐射制冷纤维的断裂强度为5cN/tex～40cN/tex，断裂伸长率为5％～50％，初始模量为3GPa～25GPa，综合性能好。在保证本发明辐射制冷纤维的辐射制冷效果时，保证其在纺织加工过程中毛丝、断头少，不易绕辊、变形，纺织得到的纱线和织物牢度高，手感柔软。

在一些实施例中，所述辐射制冷纤维中还包括助剂，所述助剂的质量百分数为1％～3％，从而，所述辐射制冷纤维中基体、功能填料和助剂的质量比为(80～98):(1～17):(1～3)，优选为(92～98):(1～5):(1～3)，更进一步优选为(94～98):(1～3):(1～3)。

具体地，所述助剂包括分散剂、紫外线吸收剂中的至少一种。

其中，所述分散剂用于促进功能填料在基体中的均匀分散，包括硬脂酸、聚苯乙烯、低分子蜡中的至少一种。

所述紫外线吸收剂用于提高辐射制冷纤维对紫外线的吸收，包括纳米SiO₂、纳米Al₂O₃、纳米ZnO、纳米TiO₂、纳米Fe₂O₃中的至少一种。所述功能填料能够实现辐射制冷纤维对紫外线的反射，通过紫外线吸收剂的协同作用后，可使得辐射制冷纤维对紫外线的吸收率和反射率≥99％，即辐射制冷纤维对紫外线的阻隔率≥99％，降低了紫外线对人体的伤害。

同时，加入纳米金属氧化物作为紫外线吸收剂，还可以使辐射制冷纤维具有良好的防尘、防静电作用。

在一些实施例中，所述辐射制冷纤维中还可加入颜料，所述颜料包括普通色浆、红外反射颜料、荧光染料中的至少一种。通过加入相应色彩的颜料，可以获得红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、灰、棕等不同颜色的辐射制冷纤维，以满足不同应用场所的颜色需求。

同时，由于本发明辐射制冷纤维单位体积内固定分布的功能填料的密度优异，颜料的加入并没有影响本发明辐射制冷纤维的反射率和发射率。

在当前纤维的制备方法中，熔体纺丝具有工艺过程简单、不使用溶剂、纺丝速率高，且获得的纤维强度高等优势，所以，本发明还提供一种上述辐射制冷纤维的制备方法，包括：

S1，将基体的材料与功能填料混合，得到混合物，所述混合物中所述功能填料的质量百分数为1％～17％；

S2，将所述混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，所述辐射制冷纤维的线密度为0.3dtex～10dtex，所述辐射制冷纤维能够反射可见光和近红外光，以及以红外辐射方式通过大气窗口发射热量。

步骤S1中，所述基体的材料的特性粘度为0.5dL/g～1dL/g，以保证混合物在熔融时黏度适当，利于加工。

进一步地，所述混合物中还可以添加质量百分数为1％～3％的助剂，包括分散剂、紫外线吸收剂中的至少一种，其中，分散剂的具体添加量可以为0.5％～1％，紫外线吸收剂的具体添加量可以为0.5％～2％。

进一步地，所述混合物中还可加入颜料，包括普通色浆、红外反射颜料、荧光染料中的至少一种。

步骤S2中，所述纺丝的温度为200℃～300℃，所述纺丝的速度为800m/min～1000m/min。

为了使混合物中基体的材料与功能填料混合更均匀，本发明还可以将所述混合物进行造粒，得到粒料，然后将该粒料于步骤S2进行熔融、纺丝得到所述辐射制冷纤维。

本发明还提供一种辐射制冷纱线，所述辐射制冷纱线由上述辐射制冷纤维制成，所述辐射制冷纱线的线密度为1dtex～20dtex，所述辐射制冷纱线能够反射可见光和近红外光，以及以红外辐射方式通过大气窗口发射热量。

不同线密度的辐射制冷纱线在制备面料时，纵横交错的纱线形成的凹凸结构的尺寸不同，使得面料的辐射制冷效果不同。本发明线密度范围内的辐射制冷纱线制成面料后，纵横交错形成的凹凸结构的尺寸适宜，面料的辐射制冷效果较佳。

进一步地，所述辐射制冷纱线的线密度优选为1dtex～20dtex，进一步优选为2dtex～10dtex，更进一步优选为3dtex～6dtex。

所以，本发明还提供一种辐射制冷面料，所述辐射制冷面料由上述辐射制冷纱线制成，所述辐射制冷面料中所述辐射制冷纱线横纵交错而形成凹凸结构，所述辐射制冷面料对可见光和近红外光的反射率≥60％，热量以红外辐射方式通过7μm～14μm波段的大气窗口的发射率≥80％。

进一步地，所述辐射制冷面料对可见光和近红外光的反射率≥70％，热量以红外辐射方式通过7μm～14μm波段的大气窗口的发射率≥85％。

进一步地，将所述辐射制冷面料用于制备有降温需求的衣服、窗帘、帐篷、阳伞、帽子、头巾、车罩、车篷等纺织品时，在保持纺织品舒适、透气的同时，通过纺织品即可实现降温，增加舒适感，不消耗能源，节能环保。

所以，本发明还提供一种纺织品，所述纺织品由上述的辐射制冷面料制成，所述纺织品对可见光和近红外光的反射率≥60％，热量以红外辐射方式通过7μm～14μm波段的大气窗口的发射率≥80％。

进一步地，所述纺织品对可见光和近红外光的反射率≥70％，热量以红外辐射方式通过7μm～14μm波段的大气窗口的发射率≥85％。

可以理解，线密度较低的纱线制成的面料细腻、轻薄、紧密、较柔软，可以用于制备内衣、夏装、童装及高档衬衫等纺织品；而线密度较大的纱线制成的面料的纹理较粗犷、清晰，质感也较厚重、丰满，保暖性、覆盖性和弹性比较好，更适用于制作秋冬外衣等纺织品。

以下，将通过以下具体实施例对所述辐射制冷纤维及其制备方法、应用做进一步的说明。

实施例1：

提供特性粘度为0.5dL/g的PVDF以及粒径为10μm的CaCO₃功能填料，将98％质量比的PVDF材料与2％质量比的CaCO₃功能填料混合，得到混合物。然后将混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，其中，纺丝的温度为200℃，纺丝的速度为800m/min。

该实施例获得的辐射制冷纤维的线密度为0.3dtex，断裂强度为7cN/tex，断裂伸长率为8％，初始模量为22GPa。由本实施例的辐射制冷纤维制成的辐射制冷纱线的线密度为1dtex。

实施例2：

提供特性粘度为1dL/g的PET以及粒径为10μm的玉石粉体功能填料，将97％质量比的PET材料与2％质量比的玉石粉体功能填料、1％质量比的硬脂酸分散剂混合，得到混合物。然后将混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，其中，纺丝的温度为300℃，纺丝的速度为1000m/min。

该实施例获得的辐射制冷纤维的线密度为0.3dtex，断裂强度为23cN/tex，断裂伸长率为28％，初始模量为15GPa。由本实施例的辐射制冷纤维制成的辐射制冷纱线的线密度为1dtex。

实施例3：

提供特性粘度为0.7dL/g的PP以及粒径为10μm的ZnO功能填料，将93％质量比的PP材料与5％质量比的ZnO功能填料、1％质量比的硬脂酸分散剂、0.5％质量比的纳米SiO₂、0.5％质量比的纳米TiO₂混合，得到混合物。然后将混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，其中，纺丝的温度为250℃，纺丝的速度为900m/min。

该实施例获得的辐射制冷纤维的线密度为10dtex，断裂强度为37cN/tex，断裂伸长率为48％，初始模量为5GPa。由本实施例的辐射制冷纤维制成的辐射制冷纱线的线密度为20dtex。

实施例4：

提供特性粘度为0.9dL/g的PE以及粒径为3μm的SiO₂功能填料，将95％质量比的PE材料与3％质量比的SiO₂功能填料、1％质量比的聚苯乙烯分散剂、0.5％质量比的纳米SiO₂、0.5％质量比的纳米Al₂O₃混合，得到混合物。然后将混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，其中，纺丝的温度为230℃，纺丝的速度为850m/min。

该实施例获得的辐射制冷纤维的线密度为1dtex，断裂强度为10cN/tex，断裂伸长率为23％，初始模量为17GPa。由本实施例的辐射制冷纤维制成的辐射制冷纱线的线密度为2dtex。

实施例5：

提供特性粘度为0.9dL/g的PA6以及粒径为20μm的Si₃N₄功能填料，将80％质量比的PA6材料与17％质量比的Si₃N₄功能填料、1％质量比的低分子蜡分散剂、1％质量比的纳米Fe₂O₃、1％质量比的纳米TiO₂混合，得到混合物。然后将混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，其中，纺丝的温度为280℃，纺丝的速度为870m/min。

该实施例获得的辐射制冷纤维的线密度为5dtex，断裂强度为28cN/tex，断裂伸长率为29％，初始模量为10GPa。由本实施例的辐射制冷纤维制成的辐射制冷纱线的线密度为10dtex。

实施例6：

提供特性粘度为0.9dL/g的PA66以及粒径为5μm的Si₃N₄功能填料，将98％质量比的PA66材料与1％质量比的Si₃N₄功能填料、0.5％质量比的低分子蜡分散剂、0.5％质量比的纳米SiO₂，得到混合物。然后将混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，其中，纺丝的温度为280℃，纺丝的速度为870m/min。

该实施例获得的辐射制冷纤维的线密度为1.5dtex，断裂强度为28cN/tex，断裂伸长率为29％，初始模量为14GPa。由本实施例的辐射制冷纤维制成的辐射制冷纱线的线密度为3dtex。

实施例7：

提供特性粘度为0.9dL/g的PA以及粒径为20μm的Si₃N₄功能填料，将96％质量比的PA材料与2％质量比的Si₃N₄功能填料、1％质量比的低分子蜡分散剂、0.5％质量比的纳米SiO₂、0.5％质量比的纳米TiO₂混合，得到混合物。然后将混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，其中，纺丝的温度为280℃，纺丝的速度为870m/min。

该实施例获得的辐射制冷纤维的线密度为4dtex，断裂强度为28cN/tex，断裂伸长率为29％，初始模量为14GPa。由本实施例的辐射制冷纤维制成的辐射制冷纱线的线密度为6dtex。

实施例8：

实施例8与实施例7的区别在于，实施例8中还加入了0.5％基体质量比的荧光染料。

对比例1：

提供特性粘度为0.3dL/g的PA6以及粒径为0.5μm的CaCO₃功能填料，将98.5％质量比的PA6材料与0.5％质量比的CaCO₃功能填料、1％质量比的硬脂酸分散剂，得到混合物。然后将混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，其中，纺丝的温度为100℃，纺丝的速度为760m/min。

该实施例获得的辐射制冷纤维的线密度为0.1dtex，断裂强度为2cN/tex，断裂伸长率为4％，初始模量为30GPa。由本实施例的辐射制冷纤维制成的辐射制冷纱线的线密度为0.6dtex。

对比例2：

提供特性粘度为1.3dL/g的PA6以及粒径为22μm的CaCO₃功能填料，将79％质量比的PA6材料与18％质量比的CaCO₃功能填料、1％质量比的硬脂酸分散剂、2％质量比的纳米TiO₂，得到混合物。然后将混合物经熔融、纺丝得到辐射制冷纤维，其中，纺丝的温度为320℃，纺丝的速度为1050m/min。

该实施例获得的辐射制冷纤维的线密度为11dtex，断裂强度为43cN/tex，断裂伸长率为56％，初始模量为2GPa。由本实施例的辐射制冷纤维制成的辐射制冷纱线的线密度为25dtex。

测试由上述实施例和对比例的纱线制成的面料的反射率和发射率，性能如表1所示。

由表1可知，采用本发明实施例的辐射制冷纤维制成的辐射制冷面料对可见光和近红外光的反射率达到了70％以上，甚至达到了80％以上，热量以红外辐射方式通过7μm～14μm波段的大气窗口的发射率达到了80％以上，具有优异的辐射制冷效果。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。