一种具有外表面温度可调节功能的蓄冷袋及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种具有外表面温度可调节功能的蓄冷袋及其制备工艺，属于纺织面料领域。

背景技术

建筑工地、冶金工厂、地底矿洞等高温环境下，工人的活动受到高温气流的限制。较高的温度甚至会导致人体聚集过多热量、体温上升，严重时会危害工人们的身体健康。

在现有技术中，如授权公布号为CN 213756745U的中国专利《一种防护服内用透气降温背心》公开了带有冰袋的降温背心，但是冰袋只能使得背心局部有降温效果。此外，授权公布号为CN215775682U的中国专利《一种采用模块化设计的可降温劳保服》公开了带有冷水循环系统的降温劳保服，可以对身体更多部位进行降温。无论是冰袋，还是冷水袋，它们的相变温度较低，即使经过水冷换热，也会使得身体产生冷应激的不适感。此外，冰袋或冷水袋的蓄冷时长较短，无法满足长时间的工作任务。此外，授权公布号为CN110926080A的中国专利《一种缓释蓄冷体系和缓释蓄冷袋》公开了一种能够实现冷源缓释功能的蓄冷袋，蓄冷时长得到提升，但是蓄冷袋的外表面温度较低，不能降低产生冷应激的可能性。因此，设计一种外表面温度能够调节的蓄冷袋，应用于蓄冷型和液冷型降温背心中，对于减少冷应激现象和增加蓄冷时长具有巨大的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有外表面温度可调节功能的蓄冷袋。

为了解决上述问题，本发明公开了一种具有外表面温度可调节功能的蓄冷袋，其包括设于聚酯薄膜内的蓄冷剂，聚酯薄膜外包裹有调温面料，所述调温面料的两侧通过磁力夹连接包裹于聚酯薄膜外侧；所述调温面料外套有密封袋。

优选地，所述的蓄冷剂包括聚丙烯酸钠、石墨纳米颗粒、结晶碳酸钠及水。

更优选地，所述蓄冷剂中，聚丙烯酸钠的质量百分比为0.01-10％，石墨纳米颗粒的质量百分比为0.01-1％，结晶碳酸钠的质量百分比为0.01-10％，余量为水。

优选地，所述调温面料包括双层间隔组织，双层间隔组织之间断点连接，牵拉绳依次穿设于断点连接处与双层间隔组织活动连接。

更优选地，所述双层间隔组织之间的空腔的容积随着牵拉绳的抽拉程度变化。

本发明还提供了一种上述具有外表面温度可调节功能的蓄冷袋的制备工艺，包括如下步骤：

步骤1)：将蓄冷剂的各原料混合搅拌，得到蓄冷剂；

步骤2)：将蓄冷剂装入聚酯薄膜的袋子内，热压封装；

步骤3)：依次经加捻、整经、浆纱、穿筘、穿综、织造、后整工序，完成调温面料的织前准备工作；

步骤4)：按照上机图在织机上制备调温面料；

步骤5)：将调温面料包裹在步骤2)得到的袋子外侧，并用磁力夹夹住调温面料的端口；

步骤6)：在调温面料外套上夹链袋。

优选地，所述步骤1)具体为：将结晶碳酸钠加入水中，搅拌的转速为10-20rpm，搅拌的时间为10-30min，温度为15-25℃，得到混合溶液A；将聚丙烯酸钠加入混合溶液A中，搅拌的转速为20-50rpm，搅拌的时间为20-40min，温度为15-25℃，得到混合溶液B；将石墨纳米颗粒加入混合溶液B中，超声波分散1-4小时，超声波频率为12～30kHz，得到蓄冷剂。

优选地，所述步骤3)具体为：将高模量纱线进行加捻，得到筒子纱；将筒子纱进行整经，得到经轴；将含有纱线的经轴进行浆纱，得到织轴；将浆完纱的纱线穿入钢筘；将穿过钢筘的纱线穿入综框内；筒子纱和牵拉绳分别使用一个储纬器，织入面料中；所述后整理包括退浆、水洗、烘干。

更优选地，所述高模量纱线为高模量聚乙烯纱线、高模量涤纶纱线、高模量锦纶纱线中的任意一种；高模量纱线加捻范围123-2800捻/米；所述牵拉绳由尼龙纱或涤纶纱制成；所述整经的车速为100-200m/min，整经张力5-30g；所述浆纱的车速为300-400m/min，牵伸张力21-26g，浆料浓度10-12wt％，浆槽粘度4％～6％，上浆率控制在5-7％，烘干温度在80℃-90℃之间；所述浆纱所采用的浆料包含聚乙烯醇2-3.5g/L，淀粉0.1-1g/L，聚丙烯酰胺0.05-1g/L；所述纱线穿入钢筘的循环为1-4入/齿；所述退浆具体为：将调温面料物浸泡在退浆液中，温度设为60-70℃，时间设为30-60min；然后进行第二次退浆处理，温度为70-80℃，车速为20-50m/min；所述退浆液包含氢氧化钠3-7g/L，硅酸钠1-4g/L，双氧水2-8g/L，十二烷基苯磺酸钠3-5g/L，苯甲醇50-70mL/L；浸泡后将调温面料用60-90℃热水进行浸洗1-2h，最后50-70℃热风烘干。

优选地，所述步骤3)得到的调温面料在制备过程中，两个被标记的区域经纱循环n次排列，n值范围为10-100。

优选地，所述步骤3)得到的调温面料的经密、纬密分别为120～150根/英寸、60～100根/英寸(不含牵拉绳区域)。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的一种调温面料，由双层间隔组织和牵拉绳组成。双层间隔组织两侧受到挤压时会拱起，面料内部空腔变大，导热性能减弱；反之，双层间隔组织两侧受到拉伸变平，面料内部空腔变小，导热性能增强。

2、由水为主体制成的蓄冷剂具有高焓值的优点，但是相变温度较低。调温面料包裹后制成最终的蓄冷袋，表面温度可调节至能够让人体感觉舒适的程度，避免了冷应激的不良现象。同时限制了热量的传导，可以提升蓄冷时长。

3、本发明蓄冷袋通过改变调温面料中的空腔大小来调整蓄冷袋表面温度，以达到满足人体散热的目的。这种设计使用简单方便，效果显著。

4、本发明的制备可以借用现有工业生产仪器进行，容易实现大批量生产，适合大范围推广。

附图说明

图1为本发明提供的蓄冷袋的制备工艺的流程图；

图2为本发明提供的蓄冷袋的结构示意图；

图3为本发明提供的具有调温功能的面料的上机图；

图4为本发明提供的具有调温功能的面料的结构示意图；

图5为图4中的局部放大图；

图6为本发明提供的具有调温功能的面料的调温原理示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

如图2所示，为本发明提供的一种具有外表面温度可调节功能的蓄冷袋，其包括设于聚酯薄膜2内的蓄冷剂1，聚酯薄膜2外包裹有调温面料3，所述调温面料3的两侧通过磁力夹5连接包裹于聚酯薄膜2外侧；所述调温面料3外套有密封袋6。

所述调温面料3包括双层间隔组织，双层间隔组织之间断点连接(经纱7作纬纱8织造时穿入牵拉绳4)，牵拉绳4依次穿设于断点连接处与双层间隔组织活动连接，该结构使得调温面料的部分区域具有分层现象，同时分层的空腔大小可通过牵拉绳的抽拉进行可调节。所述调温面料中空隙大小可以调节，使得调温面料的导热系数发生改变，进而调整蓄冷剂吸热的效率和时长。

上述具有外表面温度可调节功能的蓄冷袋的制备工艺，包括如下步骤：

步骤1)：将5g结晶碳酸钠加入84g水中，搅拌的转速为15rpm，搅拌的时间为30min，温度为25℃，得到混合溶液A。再将10g聚丙烯酸钠加入中混合溶液A中，搅拌的转速为50rpm，搅拌的时间为40min，温度为25℃，得到混合溶液B。将1g石墨纳米颗粒加入混合溶液B中，超声波分散1小时，超声波频率为30KHz，得到蓄冷剂。

步骤2)：用聚酯薄膜袋包装蓄冷剂，然后热压封装。

步骤3)：高模量纱线选择为聚乙烯纱线，加捻参数为130捻/米，整经车速100m/min，整经张力20g。

步骤4)：浆纱车速选取400m/min，牵伸张力21g，浆料浓度10％，浆槽粘度4％，上浆率控制在5％，烘干温度在80℃；浆料配方为聚乙烯醇3g/L，淀粉1g/L，聚丙烯酰胺0.5g/L。

步骤5)：用作经纱的聚乙烯纱线穿筘循环为2入/齿；

步骤6)：用作经纱的聚乙烯纱线穿入12页综框内，穿综规律如图3所示，其中两个被标记的区域经纱循环n次排列，n值为15；

步骤7)：用作纬纱的聚乙烯纱线和氨纶纱线分别使用一个储纬器，按照纬纱循环规律织入面料中(如图3、4、5所示)。调温面料的经密和纬密分别为130根/英寸，纬密为65根/英寸。

步骤8)：将调温面料浸泡在退浆液中，温度设为65℃，时间设为30min；然后进行第二次退浆处理，温度为75℃，车速为20m/min；退浆液配方为：氢氧化钠5g/L，硅酸钠2g/L，双氧水6g/L，十二烷基苯磺酸钠3g/L，苯甲醇60mL/L；水洗工序中，用80℃热水进行浸洗2h，60℃热风烘干。

步骤9)：将各组分组合成蓄冷袋，蓄冷剂依次由聚酯薄膜、调温面料和密封袋包裹形成蓄冷袋，磁力夹控制调温面料的端口。

所制备的蓄冷剂经过测试发现焓值为278J/g，相变温度为2.1℃，导热系数为0.63W/(m*K)。

所述高模量聚乙烯纱线未处理时初始模量为75GPa，加捻后纱线初始模量为76GPa，织物纬向的初始模量为103GPa。

所述调温面料由双层间隔组织和牵拉绳组成，双层间隔组织内部含有空腔。双层间隔组织是由具有高初始模量的纱线织成的，因此面料模量也较大，面料受到压缩时容易拱起(如图6所示)。此外，双层间隔组织部分区域具有分层现象，同时面料分层的空腔大小可调节。面料两端在受到压缩时，双层间隔组织拱起幅度越大，则空腔内间距越大，则使得蓄冷袋中含有更多的静止空气，导热系数更低。反之，面料两端受到拉伸，面料拱起幅度降低，空腔间距缩小，静止空气少，导热系数更高。调温面料没有产生明显空腔时导热系数为0.062W/(m*K)，调温面料产生明显空腔时导热系数为0.035W/(m*K)。

使用前将蓄冷剂放在冰箱中储存，蓄冷剂利用相变原理将热量释放出去，制成冷源；使用时从冰箱中取出冷源，用调温面料包裹，然后装入夹链袋(一种可以重复封口的密封袋)，排出夹链袋内多余空气，使得密封袋表面与调温面料紧密贴合，封紧袋口后放入降温背心中使用即可。