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首页 / 专利分类库 / 天然或化学的线或纤维;纺纱或纺丝 / 一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术

一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术

申请号 CN202410067908.8 申请日 2024-01-17 公开(公告)号 CN117904789A 公开(公告)日 2024-04-19
申请人 西安电子科技大学杭州研究院; 发明人 周赟磊; 袁江南; 钟申洁; 保宏;
摘要 本 发明 涉及 纤维 膜制造技术领域,本发明公开了一种具有日间被动 辐射 制冷功能的纤维膜制造技术,包括S1、制备混合纺丝液;S11、向四氢呋喃溶液中添加溶质,得到 质量 分数为设定数值的混合溶液;S12、将混合溶液加入容器中,设定 温度 下混合设定时间,得到混合纺丝液;S2、根据制备的混合纺丝液,通过纺丝工艺制备纤维膜;S3、通过 图像处理 ,进行 图案化 制造;通过减弱传统制冷系统的负担进一步防止 能量 的流失,同时对传统制造工艺的制备条件苛刻、纤维直径单一、生产速度慢、操作技术高进行改进;并通过掩模法制作了可用于人 生物 信号 检测的 电极 ,实现对 电子 皮肤 的热暴露能 力 提高。
权利要求

1.一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,其特征在于:包括以下步骤:
S1、制备混合纺丝液;
S11、向四氢呋喃溶液中添加溶质,得到质量分数为设定数值的混合溶液;
S12、将混合溶液加入容器中,设定温度下混合设定时间,得到混合纺丝液;
S2、根据制备的混合纺丝液,通过纺丝工艺制备纤维膜;
S3、通过图像处理,进行图案化制造。
2.根据权利要求1所述的一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,其特征在于:所述S11中,
所述溶质为苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯橡胶杨酸颗粒,质量分数为25.2%的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,其特征在于:所述S12中,
将所述混合溶液加入玻璃瓶中,常温下搅拌3h,得到混合纺丝液。
4.根据权利要求1所述的一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,其特征在于:所述S2的具体操作步骤如下:
S21、将混合纺丝液加入纺丝机器中,得到纤维织物;
S22、将纺丝一段时间的纤维织物,加热干燥,制得纤维膜;
S23、将纤维膜放置于乙醇中清洗掉多余的水杨酸。
5.根据权利要求4所述的一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,其特征在于:所述S21的具体操作步骤如下:
S211、纺丝机器包含同轴针头(1)、油水分离器、溶液推进器和空气压缩机、连接管(5)和滚筒收集器(4),以空气压缩机为纺丝动,将混合纺丝液放置在溶液推进器中,使混合纺丝液到达同轴针头(1)尖端;
S212、同轴针头(1)底部设定距离处放置收集板,将前一分钟的混合纺丝液自由滴下,滴落至收集板中;
S213、待混合纺丝液稳定后,同轴针头(1)端口处的液滴在气流的带动下,拉成多根纤维织物;
S214、将金属针头固定安装在由电脑控制的可移动滑轨上,进行大面积纺丝。
6.根据权利要求1所述的一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,其特征在于:所述S3的具体操作步骤如下:
S31、传感器制作,使用软多头刷将电子墨水涂在织物的一侧上,通过循环整体拉伸进行活化以获得被动冷却电子皮肤电极
S32、使用喷涂法制备了应变传感器图案电路,制作的应变传感器的电阻已被真实地记录,以调查其在检测各种应变,如电稳定性和响应时间的性能。
7.根据权利要求2所述的一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,其特征在于:所述苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯橡胶与水杨酸的质量比为1:2。
8.根据权利要求5所述的一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,其特征在于:所述溶液推进器为计算机注射器(2),所述空气压缩机为气(3)。
9.根据权利要求5所述的一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,其特征在于:所述S212中的同轴针头(1)与收集板之间的距离为15cm。
10.根据权利要求8所述的一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,其特征在于:所述气泵(3)打开,调节气压为0.1MPa。

说明书全文

一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术

技术领域

[0001] 本发明涉及纤维膜制造技术领域,特别涉及一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术。

背景技术

[0002] PDRC是一种通过反射阳光和向寒冷的外层空间辐射热量来自动降低表面温度的方法,这种制冷能不需要消耗大量的能可能会导致高能耗,尽管静电纺丝可以生产纳米纤维,但其生产速度通常较低,特别是与其他传统纺织方法相比。
[0003] 目前已经产生的各种PDRC设计,包括复杂的发射涂层,如光子结构、光子晶体、聚合物和金属镜上的聚合物‑介电复合物,虽然效率高,这些设计是昂贵的和易腐蚀的;还有一些创新的纺织品已经通过静电纺丝工艺制备出来,但静电纺丝过程中需要使用高电压以产生足够的电场来拉伸和喷射聚合物或溶液;这意味着它需要相对较高的电能,因此限制了大规模生产的可行性;其次,操作静电纺丝设备通常需要高度的技巧和经验,以确保稳定的纤维制备,这可能需要培训和专业知识,另一方面,目前的电子皮肤基底多为透明材质,承受热暴露能力较差,同时示出在现实工作环境下对受试者的健康信息以及运动信息不能连续稳定检测。
[0004] 因此,有必要提供一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术解决上述技术问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,以解决上述背景技术中提出的现有技术相对较高的电能,因此限制了大规模生产的可行性;其次,操作静电纺丝设备通常需要高度的技巧和经验,另一方面电子皮肤基底多为透明材质,承受热暴露能力较差的缺陷等问题。
[0006] 基于上述思路,本发明提供如下技术方案:一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,包括以下步骤:
[0007] S1、制备混合纺丝液;
[0008] S11、向四氢呋喃溶液中添加溶质,得到质量分数为设定数值的混合溶液;
[0009] S12、将混合溶液加入容器中,设定温度下混合设定时间,得到混合纺丝液;
[0010] S2、根据制备的混合纺丝液,通过纺丝工艺制备纤维膜;
[0011] S3、通过图像处理,进行图案化制造。
[0012] 作为本发明进一步的方案:所述S11中,
[0013] 所述溶质为苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯橡胶杨酸颗粒,质量分数为25.2%的混合溶液。
[0014] 作为本发明进一步的方案:所述S12中,
[0015] 将所述混合溶液加入玻璃瓶中,常温下搅拌3h,得到混合纺丝液。
[0016] 作为本发明进一步的方案:所述S2的具体操作步骤如下:
[0017] S21、将混合纺丝液加入纺丝机器中,得到纤维织物;
[0018] S22、将纺丝一段时间的纤维织物,加热干燥,制得纤维膜;
[0019] S23、将纤维膜放置于乙醇中清洗掉多余的水杨酸。
[0020] 作为本发明进一步的方案:所述S21的具体操作步骤如下:
[0021] S211、纺丝机器包含同轴针头、油水分离器、溶液推进器和空气压缩机、连接管和滚筒收集器,以空气压缩机为纺丝动力,将混合纺丝液放置在溶液推进器中,使混合纺丝液到达同轴针头尖端;
[0022] S212、同轴针头底部设定距离处放置收集板,将前一分钟的混合纺丝液自由滴下,滴落至收集板中;
[0023] S213、待混合纺丝液稳定后,同轴针头端口处的液滴在气流的带动下,拉成多根纤维织物;
[0024] S214、将金属针头固定安装在由电脑控制的可移动滑轨上,进行大面积纺丝。
[0025] 作为本发明进一步的方案:所述S3的具体操作步骤如下:
[0026] S31、传感器制作,使用软多头刷将电子墨水涂在织物的一侧上,通过循环整体拉伸进行活化以获得被动冷却电子皮肤电极
[0027] S32、使用喷涂法制备了应变传感器图案电路,制作的应变传感器的电阻已被真实地记录,以调查其在检测各种应变,如电稳定性和响应时间的性能。
[0028] 作为本发明进一步的方案:所述苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯橡胶与水杨酸的质量比为1:2。
[0029] 作为本发明进一步的方案:所述溶液推进器为计算机注射器,所述空气压缩机为气
[0030] 作为本发明进一步的方案:所述S212中的同轴针头与收集板之间的距离为15cm。
[0031] 作为本发明进一步的方案:所述气泵打开,调节气压为0.1MPa。
[0032] 与现有技术相比,本发明的有益效果是,减弱传统制冷系统的负担进一步防止能量的流失,同时对传统制造工艺的制备条件苛刻、纤维直径单一、生产速度慢、操作技术高进行改进;并通过掩模法制作了可用于人生物信号检测的电极,实现对电子皮肤的热暴露能力提高。
[0033] 与现有技术相比,本发明的有益效果是,本发明设计的高效率气流纺丝技术能够不需要外部力量对纤维的牵引,直接可重复制造均匀的聚合物微纳复合纤维,减少外加电场的问题;水杨酸的加入,实现了493nm与2.34μm直径的双峰分布,因此改善了由于纤维直径单一而导致的适用范围窄。
[0034] 与现有技术相比,本发明的有益效果是,采用气流为动力的方法设计实现由多个安全稳定的零部件来制备纤维膜,实现快速生产,并减小了工作环境苛刻引起的操作复杂问题;所制备的柔性被动日渐辐射制冷纤维膜可以实现与人体的紧密贴合,避免肌肉收缩‑2 ‑1或者人体运动产生的相对滑动,同时实现了在50℃环境下2311g m day 的水蒸气透过率。
[0035] 与现有技术相比,本发明的有益效果是,在辐射制冷过程中使用宽直径分布的纤维网络,避免单一直径纤维带来的低反射率,提高了反射太阳光的强度,最终实现了95.7%的高反射率以及93.3%的高发射率。
[0036] 与现有技术相比,本发明的有益效果是,由于较粗糙的表面结构使穿戴更加稳定,通过微纳纤维复合结构的方式实现了高达10.8℃的最大冷却效果,实现了有效的热管理,在户外阳光暴露情况仍然可以稳定地检测人体生物电信号,高质量的波形被捕获,具有平坦的基线和特征P、Q、R、S和T特征;此外制作的应变传感器具有大约66ms的快速响应时间以及能够展示清楚的人体运动轨迹。附图说明
[0037] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0038] 图1是本发明同轴针头结构示意图;
[0039] 图2是本发明气泵结构示意图;
[0040] 图3是本发明电极图案示意图。
[0041] 图中:1、同轴针头;2、计算机注射器;3、气泵;4、滚筒收集器;5、连接管;6、电极图案。

具体实施方式

[0042] 实施例1
[0043] 如图1至图3所示,一种具有日间被动辐射制冷功能的纤维膜制造技术,包括以下步骤:
[0044] S1、制备混合纺丝液;
[0045] S11、首先配制质量分数为25.2%苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯橡胶、水杨酸和四氢呋喃混合溶液,苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯橡胶与水杨酸的质量比为1:2,与过去把水杨酸作为一种制孔剂不同的是,该设计将水杨酸作为溶质与苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯橡胶一同溶解在溶剂中,利用其在四氢呋喃中的结晶现象,实现了纤维直径大小的可调节,避免单一直径纤维带来的低反射率,提高了反射太阳光的强度,最终实现了95.7%的高反射率以及93.3%的高发射率;
[0046] S12、将混合溶液加入玻璃瓶中,常温下搅拌3h,得到混合纺丝液;
[0047] S2、根据制备的混合纺丝液,通过纺丝工艺制备纤维膜;
[0048] S21、将混合纺丝液加入纺丝机器中,得到纤维织物;
[0049] S211、使用图2中的计算机注射器2抽取适量的混合纺丝液将其放置在固定台上,并调节计算机注射器2的推速为20ml/h,随后使用图2中的连接管5连接计算机注射器2和同轴针头1,同轴针头1还应连接上气泵3,然后,取适量大小箔包裹在滚筒接收器4上,调节同轴针头1与滚筒接收器4的距离为20cm,待所有准备工作完成后,打开气泵开关,调节气压为0.1MPa,使混合纺丝液到达同轴针头1尖端;
[0050] S212、同轴针头1底部15cm距离处放置收集板,将前一分钟的混合纺丝液自由滴下,滴落至收集板中;
[0051] S213、待混合纺丝液稳定后,同轴针头1端口处的液滴在气流的带动下,拉成多根纤维织物;
[0052] S214、将金属针头固定安装在由电脑控制的可移动滑轨上,进行大面积纺丝。
[0053] S22、将铝箔从滚筒接收器4上取下,放入50℃烘箱中干燥3h,制得纤维膜,高效率气流纺丝技术能够不需要外部力量对纤维的牵引,直接可重复制造均匀的聚合物微纳复合纤维,减少外加电场的问题,气流为动力的方法设计实现由多个安全稳定的零部件来制备纤维膜,实现快速生产,并减小了工作环境苛刻引起的操作复杂问题;
[0054] S23、随后取出纤维膜,将纤维膜放置于乙醇中清洗掉多余的水杨酸;
[0055] 在苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯橡胶溶度为3wt%时,所得到是带有颗粒的透明膜,随着苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯橡胶质量分数的提高,所得到的薄膜逐渐纤维化,且在10wt%时纤维最为明显;此外,随着水杨酸比例的升高双峰化逐渐明显,当苯乙烯‑异戊二烯‑苯乙烯橡胶与水杨酸比例为1:2时得到493nm与2.34μm纤维直径分布的被动辐射制冷纤维膜,改善了由于纤维直径单一而导致的适用范围窄。
[0056] S3、通过掩模法,来进行图案化的制造;用软多头刷将涂敷在贴有掩模版的织物上,根据三导联电极测试系统,确定心电电极图案,如图3所示的电极图案6,每个电极直径1cm,分别为测试电极、接地电极和参比电极,连接线宽2mm,线间距为1mm,用透明敷料可以粘住电极,可以直接贴合人体曲线结构,与人体紧密接触,所制备的柔性被动日渐辐射制冷纤维膜可以实现与人体的紧密贴合,避免肌肉收缩或者人体运动产生的相对滑动,同时实‑2 ‑1
现了在50℃环境下2311g m day 的水蒸气透过率。
[0057] 由于较粗糙的表面结构使穿戴更加稳定,通过微纳纤维复合结构的方式实现了高达10.8℃的最大冷却效果,实现了有效的热管理,在户外阳光暴露情况仍然可以稳定地检测人体生物电信号,高质量的波形被捕获,具有平坦的基线和特征P、Q、R、S和T特征;此外制作的应变传感器具有大约66ms的快速响应时间以及能够展示清楚的人体运动轨迹。