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光热转换蓄热调温纤维的研制

作　者: 石海峰
导　师: 张兴祥
学　校: 天津工业大学
专　业: 材料学
关键词: 光热转换陶瓷蓄热调温纺织品光热转换纤维相变材料微胶囊石蜡烃熔融复合纺丝
分类号: TS102
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

蓄热调温纺织品是一种通过将低温相变物质粘结在纺织品表面或植入纤维内部，使纺织品具有当外界环境温度变化时，可自动吸收、储存、再分配和释放热能的功能，当环境温度低于设定值时，发生液-固相转变放出热量，使纺织品内部保持较高的温度；当环境温度高于设定值时，发生固-液相转变吸收热量，使纺织品内部保持较低的温度，使其温度处于较舒适的范围。蓄热调温纺织品是一种智能纺织品，是自防水透湿织物以来的二十多年中最重要的舒适性纺织品技术。本项研究的目的是为研制出在室温下具有近红外线和可见光吸收，并能吸收、放出热量的纤维—光热转换蓄热调温纤维进行应用基础研究。本项研究在采用红外灯、摄影灯、硅碳棒外接调压器、红外温度计、点温仪对碳化锆、碳化硅和三氧化二铝的近红外线、可见光吸收性能的基础上，将0-8％的碳化锆和4％的碳化硅粉末添加在聚丙烯中熔融(复合)纺丝，制成了多种组成和结构的纤维，并采用DSC、TG、红外测温仪、点温计和强力仪等对纤维的光热吸收性能、热稳定性能和物理机械性能进行了系统研究。本项研究采用低温相变材料—石蜡烃为囊芯，尿素-三聚氰胺-甲醛共聚物为囊壁，采用原位聚合法制备出了直径在10微米以下的相变材料微胶囊，并采用DSC、TG、SEM和LM等手段对微胶囊的结构、性质及影响因素进行了系统研究。本项研究还将相变材料微胶囊和光热转换陶瓷微粉为功能性填加成分，以聚丙烯为基材，熔融(复合)纺丝，纺制出了光热转换蓄热调温纤维，并采用DSC、TG、SEM、LM、红外测温仪、点温计和强力仪等多种仪器和方法对制造工艺与纤维结构及性能的关系进行了研究，为该纤维的生产开发建立应用理论基础。通过本项研究，得出如下结论： 1、不同波长红外线对陶瓷粉的吸热性能有显著影响，不同陶瓷粉的吸收波长不同，碳化锆、碳化硅较之三氧化二铝具有更好的近红外线吸收性能。 2、陶瓷粉填加量影响光热转换纤维非织造布的性能，随着填加量增加，纤维非织造布的光热转换能力随之增加；但填加量达到4％以后光热转换能力将不再增加，继续增大填加量，非织造布表面温度反而有所下降。 3、光热转换纤维非织造布与丙纶纤维非织造布相比，具有良好的蓄热性能和保温性能，其两者之间的最大温差可达7.4℃，最小温差为1.6℃。而且实验证实光热转换纤维在近红外波段和可见光波段具有较强的光吸收性，易于发生光热转换。 4、不同结构的光热转换纤维织物的测试结果说明，为了有效地使用光热转换陶瓷粉末，应该将碳化锆粉木置于纤维皮层。 5、用尿素-三聚氰胺-甲醛作为微胶囊的壁材可以很好地包覆石蜡烃类化合物形成微胶囊，制备的微胶囊性能优良，大小均匀，并且实现了微小化(粒径＜10微米)。 6、原位聚合法是制备微胶囊较好的方法之一，制得的微胶囊中有效成分石蜡的含量可达57～69％左右，微胶囊的平均粒径为3．3微米，微胶囊的储热量在140～170J／g 范围内。 7、相变材料微胶囊的耐热温度为小于 160 aC，要真正满足熔融纺丝技术需要，还需要进一步提高耐热温度。 8、以含有4％碳化错的聚丙烯为皮材、含有0～20％相变材料微胶囊的聚乙烯为芯层通过熔融复合纺丝的方法研制出了蓄热调温纤维，相变材料微胶囊占全部纤维重量的 12％，是美国同类研制纤维的 4倍以上，比目前己经规模生产的睛纶纤维的微胶囊含量高近50％。 9、蓄热调温纤维HT3的纤度5．43dtex，断裂强度2．19oN／dtex，断裂伸长31．9％； WT复合纤维纤度sdtex，断裂强度2．236oN／dtex，断裂伸长38．5％。 10、以纤维试样HTI为参比时，试样HT和 WT都具有明显的蓄热和调温效果，其中试样HT的升降温差范围在2石～6．5℃内。 11、在近红外线照射下，试样 HT的升温速度明显快于试样 WT和纯丙纶织物的升温速度且具有较好的调温保温效果，表明试样HT不仅具有光热转换的功能，而且也具有良好的温度调节能力。

全文目录

第一章前序  10-19
  1．1 传统保温材料  10-11
    1．1．1 人体舒适温度  10
    1．1．2 传统保温材料的性能特点  10-11
    1．1．3 传统保温材料研究的新进展  11
  1．2 新型保温材料的研究现状  11-17
    1．2．1 光热吸收转换保温材料  12
    1．2．2 蓄热调温纺织品的研究现状  12-15
      1．2．2．1 相变材料的特性  13
      1．2．2．2 相变材料的选取  13-14
      1．2．2．3 蓄热调温纺织品的保温机理  14-15
    1．2．3 蓄热调温纺织品的研究状况  15-17
  1．3 课题研究的内容和意义  17-18
  1．4 现有研究基础  18-19
第二章光热转换陶瓷及光热转换纤维织物研究  19-33
  2．1 前言  19-20
    2．1．1 太阳光与过渡金属碳化物  19-20
    2．1．2 光热转换纤维的目前研究状况  20
  2．2 实验部分  20-24
    2．2．1 原材料  20-21
    2．2．2 实验仪器  21
    2．2．3 光热转换纤维的研制  21
    2．2．4 光热转换陶瓷粒子表面温度的测定  21-22
    2．2．5 光热转换纤维性能测试  22
      2．2．5．1 热性能  22
      2．2．5．2 物理机械性能  22
    2．2．6 光热转换纤维非织造布的光蓄热实验  22-23
    2．2．7 光源种类对光热转换纤维非织造布光蓄热性的影响  23
    2．2．8 光热转换陶瓷粒子最佳理论填加量的实验  23
    2．2．9 光热转换陶瓷粒子填加方式的测试实验  23-24
    2．2．10 不同光热转换陶瓷粉末的光热转换能力的测试实验  24
  2．3 结果与讨论  24-32
    2．3．1 照射波长对陶瓷粉末温升性能的影响  24-25
    2．3．2 光热转换纤维的物理机械性能  25-26
    2．3．3 碳化锆对纤维热性能的影响  26
    2．3．4 光热转换纤维非织造布的光蓄热性和保温性能  26-27
    2．3．5 碳化锆含量对纤维非织造布光蓄热性的影响  27-28
    2．3．6 光源波长范围与纤维非织造布光热转换性的关系  28-29
    2．3．7 光热转换陶瓷填加方式与蓄热性能的关系  29-30
    2．3．8 陶瓷粉种类对光热转换性能的影响  30-32
  2．4 结论  32
  2．5 创新点  32-33
第三章相变材料微胶囊的制备及性能测试  33-48
  3．1 前言  33
  3．2 合成原理与方法  33-35
    3．2．1 合成原理  33-34
    3．2．2 合成工艺  34
    3．2．3 实验仪器与试剂  34-35
      3．2．3．1 实验仪器  34-35
      3．2．3．2 实验试剂  35
  3．3 结果与讨论  35-42
    3．3．1 微胶囊的粒径分布  35-36
    3．3．2 影响微胶囊形态结构的因素  36-40
      3．3．2．1 搅拌速度对微胶囊形态结构的影响  36-37
      3．3．2．2 芯材／壁材用量比对微胶囊的形态结构的影响  37-38
      3．3．2．3 加酸速率对微胶囊形态结构的影响  38
      3．3．2．4 乳化剂／分散剂对微胶囊形态结构的影响  38-39
      3．3．2．5 聚合反应时间对微胶囊形态结构的影响  39-40
      3．3．2．6 二次聚合对微胶囊形态结构的影响  40
    3．3．3 影响微胶囊蓄热性的因素分析  40-42
      3．3．3．1 芯料用量对微胶囊蓄热性能的影响  40-41
      3．3．3．2 惰性盐水溶液对微胶囊蓄热性能的影响  41
      3．3．3．3 聚合反应温度对微胶囊蓄热性能的影响  41-42
  3．4 微胶囊的表观性能  42-45
    3．4．1 芯料用量的影响  42-43
    3．4．2 搅拌速度的影响  43-44
    3．4．3 聚合次数的影响  44-45
  3．5 微胶囊热稳定性的分析  45-46
  3．6 其他因素对微胶囊性能的影响  46-47
    3．6．1 PH值的影响  46
    3．6．2 稀释水的作用  46-47
  3．7 结论  47
  3．8 创新点  47-48
第四章光热转换蓄热调温纤维的研制与性能  48-61
  4．1 前言  48
  4．2 实验部分  48-50
    4．2．1 混合造粒  48
    4．2．2 熔融复合纺制光热转换蓄热调温纤维  48-49
    4．2．3 相转变温度与吸放热性能  49
    4．2．4 光热转换蓄热调温纤维的光蓄热性能的测定  49
    4．2．5 蓄热调温纤维的温度调节性能的测定  49-50
  4．3 结果与讨论  50-59
    4．3．1 蓄热调温纤维的基本性能  50-54
      4．3．1．1 蓄热调温纤维的组成与物理机械性能  50
      4．3．1．2 纤维芯成份的组成对纤维可纺性的影响  50-52
      4．3．1．3 纤维的表面特征  52-53
      4．3．1．4 纤维的热稳定性  53-54
    4．3．2 蓄热调温纤维的调温性能  54-57
      4．3．2．1 相变材料微胶囊的含量对纤维性能的影响  54-57
      4．3．2．2 皮芯复合比对纤维蓄热调温性能的影响  57
    4．3．3 近红外线照射下光热转换蓄热调温纤维的蓄热性能  57-59
  4．4 结论  59-60
  4．5 创新点  60-61
第五章研究结论与创新点  61-63
  5．1 研究结论  61-62
  5．2 创新点  62-63
致谢  63-64
参考文献：  64-68
附录1 已经发表和待发表论文：  68

光热转换蓄热调温纤维的研制

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