[发明专利]一种具有温度感应和电致发热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，公开了一种具有温度感应和电致发热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或有机溶剂和离子液体的混合液中，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)采用真空浸渍的方法将相变材料负载于多孔聚氨酯纤维的孔结构中，得到含有相变材料的多孔聚氨酯纤维；3)将导电材料与聚合物组成的导电液涂覆于含有相变材料的多孔聚氨酯纤维的表面，干燥，获得弹性相变储能纤维。本发明的纤维能负载大量的相变材料，且具有电致发热和温度感应的功能。相变材料在相变过程中体积会膨胀或收缩，使得导电层发生拉伸或收缩，纤维的电导率会随外界温度的变化而变化。

技术领域

本发明属于智能材料的技术领域，具体涉及一种具有温度感应和电致发热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/放热，能有效缓冲温度变化对人体微气候环境的影响，提高人的穿着舒适性。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，其在航天、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。采用金属和碳多孔支架封装相变材料能赋予复合材料优异的导热/电能力，并具有电热和光热转化功能。

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。

现有的相变储能纤维采用导电载体支架或者在载体支架中添加导电组分，使得相变储能材料在使用过程中可以通过电生热以此延长相变复合材料的保温效果，但由于相变复合材料没有温度感应的功能，在实际应用中还需外置温度感应探头，使得织物结构变复杂；同时在多孔载体中添加导电组分或者采用导电多孔载体会导致纤维的力学性能下降。

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具有温度感应和电致发热的弹性相变储能纤维及其制备方法。本发明通过在多孔弹性聚氨酯纤维中负载相变材料，然后在纤维表面涂覆一层弹性导电层，得到一种具有温度感应和电致发热的弹性相变储能纤维。由于高孔隙率的多孔聚氨酯纤维能负载大量的相变材料，同时表面的导电层能赋予复合相变纤维光热转化和电热转化的功能。而且纤维内部的相变材料在相变过程中体积会膨胀或收缩，使得弹性聚氨酯纤维表面的导电层发生拉伸或收缩，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：

一种具有温度感应和电致发热的弹性相变储能纤维包括弹性聚氨酯纤维、相变材料和导电涂层，所述弹性聚氨酯纤维具有三维多孔网络结构；相变材料填充于弹性聚氨酯纤维的三维多孔网络结构中；所述膜层包覆于弹性聚氨酯纤维的表面；所述导电涂层为导电材料和弹性聚合物组成；所述弹性聚合物为水性聚氨酯和/水性丙烯酸酯；

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。

一种具有温度感应和电致发热的弹性相变储能纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚氨酯溶于有机溶剂中，获得纺丝液；将纺丝液通过湿法纺丝制备聚氨酯纤维，然后冷冻，干燥，得到多孔聚氨酯纤维；

2)采用真空浸渍的方法将相变材料负载于多孔聚氨酯纤维的孔结构中，得到含有相变材料的多孔聚氨酯纤维；

3)将导电材料与聚合物的溶液或聚合物的乳液进行混合，得到导电液；将导电液涂覆于含有相变材料的多孔聚氨酯纤维的表面，干燥，获得具有温度感应和电致发热的弹性相变储能纤维。