转自空天热辐射能量开发与利用
随着人们生活水平的提高，人们越来越重视个人健康和热舒适度。不幸的是，近年来，全球环境的急剧恶化导致极端天气状况频发。特别是在夏季，传统纺织品无法满足极热环境下的个人热管理要求，从而影响热舒适性，甚至对人类生命构成威胁。值得注意的是，将相变材料（PCM）融入纺织品中可以通过存储相变潜热来提高人体的热舒适度。因此，开发具有缓冲温度波动能力的功能性相变纺织品对于户外个人热管理至关重要。
近日，东南大学赵东亮教授团队提出了一种使用静电纺丝制造嵌入大量相变微胶囊（PCMC）的分层纳米纤维纺织品的新方法。这种纳米纤维纺织品由聚偏二氟乙烯-六氟丙烯纤维（PVDF-HFP）层和掺杂60wt％PCMC的聚乙烯醇缩丁醛纤维（PVB/PCMC-60）层组成。令人欣喜的是，掺杂的PCMC没有表现出破裂的迹象，并且表现出优异的循环稳定性。此外，PCMC 的加入不会影响PVDF-HFP 层的光谱特性，同时为PVB/PCMC-60 层提供相当大的熔化热(92.6 J g−1)。这可以弥补辐射冷却能力的不足，并有效缓解温度波动和纺织品过热的情况。户外测试结果表明，与不含PCMC（即PVDFHFP/PVB）的纺织品和棉相比，纳米纤维纺织品可实现3.7和14.8°C的温降，并达到6.5°C的低温降幅。此外，纳米纤维纺织品表现出理想的机械强度、柔韧性、可洗性、透气性、透湿性和防晒性。相关成果以“A Novel Method for Increasing Phase-Change Microcapsules in Nanofiber Textile through Electrospinning”为题，发表在《Advanced Functional Materials》(期刊号：Adv. Funct. Mater. 2024, 2412089 IF=18.5)上。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202412089
图文速递
图1. 不同纤维和 BP 微纤维球的表征。a、b 0%、1%、2% 和 3% BG 纤维在 ×1000 或 b ×3000 视野下的 SEM 图像。c、d 含有 2% BG 的 BP 微纤维球的 SEM 图像。e 不同尺寸的BP微纤维球的照片。f 不同BP纤维中BG颗粒尺寸分布的直方图。g 纯PCL和不同BP纤维的尺寸分布直方图
图2. 纳米纤维纺织品的光学特性。a）不同直径的PVDF-HFP纳米纤维在太阳波长范围内的散射效率。b) 纳米纤维纺织品的物理照片。c) 纳米纤维织物两面的傅立叶变换红外光谱。d) 纳米纤维纺织品、PVDF-HFP 和棉花分别的太阳光反射率。e) 纳米纤维纺织品、PVDF-HFP 和棉花的热发射率。
图3. 纳米纤维纺织品的热管理性能。a）含有不同量PCMC和纯PCMC的PVB的DSC加热曲线。b）具有不同量PCMC和纯PCMC的PVB的熔化热函和结晶热函。c) 第100次熔融结晶循环后的DSC曲线。d）纳米纤维纺织品与其他相变织物的熔化热函比较。e) 纳米纤维纺织品和PVDF-HFP的TG测试结果。f) 纳米纤维纺织品的耐洗性。g) 使用太阳模拟器进行温度控制测试的示意图。h) 模拟阳光条件下不同纺织品覆盖的模拟皮肤表面温度变化。i) 纳米纤维纺织品和棉分别的透气性。
图4. 室外制冷性能。a) 室外测试设置的照片和示意图。b) 几个覆盖纺织品的皮肤模拟器和环境的温度，以及记录的太阳辐射。c) 纳米纤维纺织品与PVDF-HFP/PVB、棉花和环境之间的温差。d) 纳米纤维织物与文献中其他相变织物的冷却性能比较。e，f）分别是佩戴在人体胸部的纳米纤维纺织品和棉花达到热稳定后的照片和红外热成像照片。
结论
在这项工作中，提出了一种通过静电纺丝技术制备大量掺入PCMC的纳米纤维纺织品的有效方法。成功制备了掺入 60 wt% PCMC 的分层结构纳米纤维纺织品，通过结合利用辐射冷却和相变蓄热功能实现了有效的冷却性能。有趣的是，大量掺入 PVB 纳米纤维中的 PCMC 并未发生破裂或侵蚀。PCMC与PVB纳米纤维的紧密缠绕增强了纳米纤维纺织品中微胶囊的稳定性。经过 300 次洗涤后，纳米纤维纺织品的质量几乎保持不变。此外，PCMC的大量添加赋予纳米纤维纺织品高的蓄热密度（92.6 J g−1）。这不仅提高了纳米纤维纺织品的热管理能力，而且延长了其温控缓冲时间。值得注意的是，PVB/PCMC 层的加入对 PVDF-HFP 层的光谱特性几乎没有影响。纳米纤维纺织品在太阳波段表现出91%的高反射率，在“大气窗口”波段表现出96%的高热发射率。结果表明，与 PVDF-HFP/PVB 和棉花相比，纳米纤维纺织品的温度分别降低了 3.7 和 14.8 °C。这表明辐射冷却和相变蓄热功能的综合作用有助于纳米纤维纺织品的冷却性能。此外，纳米纤维纺织品表现出优异的柔韧性、机械性能、耐洗性、热稳定性、透气性、透湿性和抗紫外线性，有利于增强舒适度。利用上述优点，这可以为下一代先进相变温控纺织品的制造提供一种新颖有效的方法。
以上内容转自今日纺丝.
