[发明专利]一种光致发热和温度感应的弹性相变储能纤维及其制备方法

说明书

本发明属于相变纤维的技术领域，公开了一种光致发热和温度感应的弹性相变储能纤维及其制备方法。方法：1)将聚氨酯溶于有机溶剂中，获得纺丝液；将纺丝液进行湿法纺丝，冷冻，干燥，得到多孔聚氨酯纤维；2)将导热材料均匀分散在相变材料中，真空处理，得到导热复合相变材料；3)采用真空浸渍的方法将复合相变材料负载于多孔聚氨酯纤维的孔结构及纤维表面，得到导热相变纤维；4)在导热相变纤维的表面涂覆涂层，干燥，获得光致发热和温度感应的弹性相变储能纤维。本发明的纤维能负载大量的导热相变材料，具有光致发热和温度感应的功能，纤维的电导率会随外界温度的变化而发生变化。

技术领域

本发明属于智能材料的技术领域，具体涉及一种光致发热和温度感应的弹性相变储能纤维及其制备方法。

背景技术

相变储能纤维能在外部环境温度发生急剧变化时，内部的相变材料发生相转变，过程中吸收/释放热量，能有效缓冲温度变化对人体微气候环境的影响，达到个性化的热调控效果。随着智能穿戴产品的发展，相变储能纤维需要被赋予更多的功能。

由于相变储能材料在相变过程中可以吸收/释放潜热且此过程温度保持恒定，其在建筑和服装等领域都有广泛的应用。按相态转换方式分类，相变储能材料分为固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料，其中固-液相变材料相变前后材料体积变化不大，较为容易封装于载体中，故被广泛使用。

纯的相变材料热导率低，储热效率低，限制了其在传热、光致发热领域的应用。采用导热材料与相变材料复合能赋予相变材料优异的导热能力，提高其传热速率和光热转化效率。现有的导热相变储能纤维采用导热载体支架或者在载体支架中添加导热组分使得相变储能材料热导率提高，吸收太阳能产生热量，延长相变材料的保温效果。但导热载体支架或者在载体支架中添加导热组分会导致纤维的力学性能下降和弹性不佳。

聚氨酯又称聚氨基甲酸酯，主链上含有重复氨基甲酸酯基团，由于其链段上为软硬段相嵌的结构，故聚氨酯纤维具有极佳的弹性，断裂伸长率可达700％，其弹性回复率和耐疲劳性能优异，在服装领域得到了广泛的应用。

现有的弹性的导热相变织物采用导热材料涂覆在相变织物表面的方法，使得相变储能织物在使用过程中光致发热以此延长相变复合材料的保温效果；同时相变材料的体积变化引起表面的导电层的电导率变化，使得导热相变织物具有温度感应的功能。但表面涂覆的导热材料对相变纤维的热导率提高不多，纤维对光的接收功率较低。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种光致发热和温度感应的弹性相变储能纤维及其制备方法。本发明的导热相变纤维具有优异的导热性和弹性，且快速响应温度变化。

本发明通过将导热材料均匀分散在相变材料中，再进行真空干燥得到高导热相变材料，将其负载进入多孔的弹性聚氨酯纤维内，然后在纤维表面涂覆一层弹性保护层，得到一种光致发热和温度感应的弹性相变储能纤维。由于导热材料与相变材料复合会产生物理吸附力，共价键和分子间作用力，会大大提高相变材料的热导率和稳定性，赋予了导热相变纤维光热转换的功能；高孔隙率的多孔聚氨酯弹性纤维能负载大量的导热复合相变材料，同时提供了优异的力学性能；多级孔的结构与导热复合相变材料之间产生毛细力，提高相变纤维的焓值和热稳定性；同时导热材料大都具有导电性，纤维内部的相变材料在相变过程中体积会膨胀或收缩，使得导热复合相变材料中的导电网络形成或破坏，故纤维的电导率会随外界温度的变化而变化。

为实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

一种光致发热和温度感应的弹性相变储能纤维包括弹性聚氨酯纤维、导热复合相变材料和弹性涂层，所述弹性聚氨酯纤维具有三维多孔网络结构；所述弹性聚氨酯纤维中内部孔结构与外部孔结构是相通的，即内部孔与纤维表面的孔相通；导热复合相变材料填充于弹性聚氨酯纤维的三维多孔网络结构中；所述导热复合相变材料为导热材料和相变材料组成；所述弹性涂层为水性聚氨酯，水性丙烯酸酯或有机硅乳液制备而成；弹性涂层给予纤维表面一层弹性保护层，实现负载相变材料的稳定性，同时其弹性可在温度感应时提供相变材料体积变化的空间。