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国际相变智能调温纤维发展趋势(二)

时间:2022-05-26 11:35:06 浏览次数:

STFT加工方法与制备工艺

STFT(相变智能调温纤维)不同于传统纤维。传统纤维如中空纤维、超细纤维等只能依靠提高纺织品中的静止空气含量,利用对热流的反射和隔绝等手段来提高保温的效果。相变纤维可以利用纤维中的相变材料进行能量的吸收或释放,进行温度调节与控制。相变储能纤维除具有适当相变温度、相变焓大的特性外,还需要具备快速的导热性,良好的耐水洗、耐熨烫,相变体积变化小、尺寸稳定性优良等特点,以及具备一定的物理、机械性能和可加工性。目前,生产STFT纺织品的加工方法有以下几种:

1.相变物质直接整理法

该工艺是将相变物质用交联剂及催化剂一起混合后制成均匀水溶液,将棉、涤棉或羊毛织物等在溶液中浸渍,轧压、烘干、皂洗后得到增重50%左右的织物,该类织物在0℃~50℃温度范围具有明显的吸放热效果。

Gateway公司首席工程师维戈尔将分子量为500~ 8000棉和羊毛织物等在其中浸渍、轧榨、烘干和皂洗后得到增重50%左右的织物,该类织物在0℃~50℃温度范围比未处理的织物具有明显的吸放热效果。他们还尝试将塑性晶体,如季戊四醇等整理到织物表面。

日本酯公司采用浸轧烘皂洗工艺直接将低温相变物质如石蜡纺制在纤维内部,并在纤维表面进行环氧树脂处理,防止石蜡从纤维中析出。该纤维在升降温过程中,石蜡熔融吸热、结晶放热,使纤维的热效应明显不同于普通纤维。值得注意的是,此类织物的穿着舒适性、耐洗性及相变材料的渗漏性较差。

2.相变材料表层涂覆法

该加工方法是把相变物质固定到织物上的简便易行的方法,即将聚乙二醇用2D树脂(DMDHEU)在氯化镁及对甲基苯磺酸催化下,将其固着在纤维上,经处理的织物最高的热焓达26.75 J/g,或采用二异氰酸酯、乙二醇与聚乙二醇聚合得到具有防水透湿性的调温涂料,可以涂覆在纺织品表面获得调温功能。

德国Kelheim纤维公司用聚乙二醇和2D免烫树脂整理剂混合整理棉、麻等纤维素织物,在酸性催化剂作用下经浸轧一焙烘工艺得到具有一定调温功能的面料。

比利时Centxbel研究所则将正硅酸乙酯、无水乙醇和蒸馏水常温水解聚合成二氧化硅网状结构凝胶,然后加入醇类相变材料制成复合相变材料,最后将复合相变材料与粘合剂混合后涂覆在纺织面料的表面而制成智能调温纺织品。

3.中空纤维浸渍法

该法是将中空纤维浸渍于相变材料溶液中,使中空部分充满相变材料,再将纤维两端封闭。早期的相变纤维制作一般通过两个步骤先制成中空纤维,然后将其浸渍于PCMs(如无机盐)溶液中使纤维中空部分充满PCMs,经干燥再利用特殊技术将纤维两端封闭。

Gateway公司最初开始研究将中空纤维浸渍于低分子量PEG(聚乙二醇)或塑料材料的溶液或液体中,使 PEG或塑晶进入纤维内部得到了在-40℃~60℃温度范围内具有相变特性的纤维。但进一步研究发现,低分子量的PEG溶于水而塑晶材料在反复升降温后会失去结晶水而从纤维中析出,因此这种方法不具有实用价值。后来他们又将分子量为500~8000的聚乙二醇和二羟甲基二羟基乙二脲(DMDHEU)等交联剂及催化剂,一起加入传统的后整理工艺中,使PEG与纤维发生交联而不溶于水,使纤维的蓄热性更持久。

近年来,美国格雷斯纤维公司设计师基辛格研究了将三羟甲基乙烷、新戊二醇二元体系固-固相变材料采用水溶液真空填充的方法填充到聚酯中空纤维,得到了相变材料填充率为24%的调温纤维。用该方法制得的调温纤维内径较大,相变物质易残留于纤维表面,故易于渗出和析出,作为服用纤维使用还有很大局限性。

4.中空纤维填充法

该工艺是利用一定的技术(如真空方法)或设备(高压泵或高压管等)将相变材料填充到中空纤维的中空部分获得储热调温纤维。

初期英国Essentra纤维公司R·H·汉森将二氧化碳之类的气体先溶解到各种溶剂中,然后填充到纤维的中空部分,在织造前,利用特殊方法将中空部分密封,从而利用纤维中空部分的气-液(固)相变来达到保温。但进一步研究发现,中空纤维内部的无机盐虽然在开始时有贮热和放热的功效,而反复升、降温后,无机盐便失去结晶水从纤维中析出,因而这种方法并不具有实用价值。

后来Cyanamid公司采用真空方法将多元醇固固相变材料三羟甲基乙烷/新戊二醇二元体系填充到聚酯中空纤维,最高可获得72.3%的填充率,相变材料含量约为24%。

5.复合纺丝法

采用复合纺丝法制备相变调温纤维是通过在纺丝的基体中加入相变材料,经过纺丝加工,从而可以获得含有相变材料的相变调温纤维。根据复合纺丝方法的不同,有湿法纺丝法、干法纺丝、熔融纺丝法、静电纺丝法及皮芯熔融复合纺丝法等。

1)湿法纺丝法。湿法纺丝是制备相变调温纤维的常规方法之一。相变调温纤维选用的聚合物基体中,部分聚合物的熔点接近于自身分解温度,为了获得其对相变材料优异的阻隔性、包覆性,通常将其溶解于非挥发性或对热稳定的溶剂中,采用湿法纺丝的方式制备相变调温纤维。另一方面,相变材料与聚合物直接共混进行纺丝,较为简单但存在相变热焓低、相变易泄漏和纤维强度低等问题。目前在采用湿法纺丝的腈纶和纤维素类纤维中较容易实现。

日本鐘纺合纤公司以聚丙烯腈(PAN)和聚乙烯醇(PVA)共混作为基质,石蜡为相变材料,通过湿法纺丝制得相变调温纤维。结果表明,PVA的加入对纤维的断裂伸长率和断裂强度影响不大;随着PVA含量的增加,纤维的热焓呈现先增加后减小的趋势,在水中软化点由93℃增加到110℃,满足服用纤维要求。

德国Kelheim纤维公司则采用纤维素浆粕制得纤维素粘胶溶液后,与石蜡熔融液混合制得相变调温粘胶纤维。纤维中石蜡含量为相对纤维素质量的30%左右。研究表明,纤维的干断裂强度大于1.8cN/dtex,湿断裂强度大于1.0cN/dtex,相变温度15℃~55℃,相变焓15J/g~150J/g。

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