[发明专利]一种三层反射型纳米纤维结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及隔热材料领域，更具体地说，涉及一种三层反射型纳米纤维结构及其制造方法。

背景技术

隔热保温材料能有效减少介质和其环境之间的热交换，被广泛用于建筑材料、储能设备、航空航天飞行器以及保温服装等领域。隔热保温材料种类众多，包括粉体隔热材料、泡沫隔热材料、真空板材隔热材料和纤维隔热材料等，其中纤维隔热材料由于孔隙率高(一般95％或以上)(见Tseng and Kuo，Thermalradiative properties of phenolic foam insulation，Journal of QuantitativeSpectroscopy & Radiative Transfer，72，349-359(2002))，具有高热阻、轻质、透汽和吸震的特点。对于纤维隔热材料，其传热机理主要包含热传导和热辐射(见Farnworth，Mechanisms of heat flow through clothing insulation，TextileResearch Journal，53(12)，717-725(1983))。已有的文献等(见Farnworth(1983)；Wu et al.Thermal energy transport within porous polymer materials：effects offibre characteristics，Journal of Applied Polymer Science，106，576-5832007，(2007))表明在高孔隙率纤维材料中辐射传热占有较高的比例，可以通过增加纤维体积含量(即减小孔隙率)(见Farnworth(1983)；Wu et al.(2007))或加入密度较高的纤维材料薄层作为夹层(见Wu and Fan，Measurement of radiativethermal properties of thin polymer films by FTIR，Polymer Testing，27：122-128(2008)；Wu et al.Porous materials with thin interlayers for optimal thermalinsulation，International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation，，10(3)，291-300，(2009))等方法来减小辐射传热流量。但这些方法不可避免地增大传导热通量并使材料透汽性能下降，在纤维材料用于透汽和保温(如保温服装或睡袋)时，材料透汽性能下降会引起水蒸汽在纤维隔热材料中的积聚和冷凝，导致材料隔热性能的急剧下降。因此，如何在不减小导热热阻和透汽性的情况下提高对热辐射的隔绝能力成为需要解决的问题。

通过增加纤维的比表面积或提高纤维对热辐射的吸收和散射能力，开发超细纤维以及金属或金属氧化物镀层纤维是减小辐射导热的有效方法，如把超细纤维薄膜用作纤维隔热材料中的夹层，可提高纤维隔热材料对热辐射的隔绝性能而不影响其导热热阻和透汽性能，这是由于对热辐射的隔绝性能取决于纤维的比表面积和表面性质，而超细纤维具有很大的比表面积，能有效提高对热辐射的吸收效率从而提高其对热辐射的隔绝能力，而且由于具有很高的孔隙率和很小的纤维直径，超细纤维材料具有良好的透汽性能(Gibson et al.，Transportproperties of porous membranes based on electrospun nanofibers，Colloids andSurfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，187-188，469-481(2001))。然而超细纤维本身强度不高，限制了其应用。因此，本发明提供一种三层反射型纳米纤维结构，在隔热材料中作为夹层用于提高隔热材料的保温性能而不影响其重量和透汽性。

尽管已有很多关于铝(Al)、银(Ag)、金(Au)等用于纺织或无纺基底材料的报道，但由于其金属镀层厚度一般为几十微米，镀层重量较大。当这些金属镀层材料用作隔热系统夹层时，不可避免地使隔热系统重量明显增加(超过20％)，对于绝大多数保温系统尤其是保温服装、睡袋或航空航天飞行器等来说是极不合适的。而且较厚的金属镀层明显降低了保温系统的透汽性，在极冷环境下会导致水汽在防寒服中凝结，从而使其隔热能力大幅下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有隔热材料保温和透气性能较差的问题，提供一种高性能的隔热材料。