一种PCM技术包覆相变材料智能调温假发纤维的制作方法

一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维
技术领域
1.本发明涉及假发纤维技术领域，具体说是一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维。


背景技术：

2.随着经济的快速发展和人们生活习惯的改变，假发已经成为人们追求个性化的必备装饰品，也为一些有头发问题困扰的人群提供了极大的便利，同时随着影视、戏剧等文化产业的发展，假发的需求量日益增加。假发的原料一般来源于天然人发和人造仿真假发纤维，由于天然人发资源的稀缺，人造仿真假发纤维作为天然人发的替代品在国内外得到广泛的应用。目前，现有的人造仿真假发纤维主要是以聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯等为原料制成，在佩戴过程中，与使用者头皮紧贴，当长时间佩戴或在炎热季节佩戴时，会造成头皮闷热，不透气，使佩戴者的头皮不舒服。
3.人体体温调节系统旨在在不同身体部位之间的不同范围内保持恒定的核心和皮肤温度。舒适的皮肤温度范围为25至35℃。在这个温度范围之外，身体会感到不舒服。身体通过调节皮肤中的血流来控制与周围环境的热交换率。当体温显着波动时，就会开始出汗或颤抖。但是人体体温调节系统的能力和效率相当有限。
4.相变材料(pcm-phase change material)是一种应用广泛的热储能材料，它利用物质在相态变化(固-液-固)过程中吸热和放热，进行热能的存储和释放，从而达到控制环境温度和进行热量交换的目的。当外界温度升高到达相变材料熔点时，相变材料融化、吸热；当外界温度降低到达相变材料凝固点时，相变材料凝固、放热。
5.在纤维中加入相变物质是实现体温调节性能的一种方法。当皮肤温度升高时，pcm熔化并吸收皮肤释放的热量。当温度下降时，pcm再次释放储存的热量。这样，可以抑制皮肤温度的变化，将温度保持在舒适的范围内。
6.将pcm结合到纤维中的最常见方法是在纤维上涂上含有pcm的聚合物粘合剂，形成微胶囊。体温调节作用由涂层重量定义。此外，可以添加到涂层中的微胶囊的量是有限的，因此温度调节效果将受到限制。此外，使用微囊化pcm作为涂层的一部分除了上述问题和微囊的高成本外，还有几个缺点。透气性和透湿性等性能受损，从而对热舒适性产生负面影响。此外，增加涂层的应用会导致穿起来不舒服的更硬、弹性更低和弹性更小的纤维。涂层的存在也会对表面特性产生负面影响。如果将pcm微囊结合在纤维内部，则可以避免与涂层有关的缺点。
7.目前使用的主要合成纤维是聚酯，它是通过熔体纺丝生产的。迄今为止，由于几个原因，在标准熔纺纤维中加入微胶囊受到限制。微胶囊必须能够承受在熔体纺丝过程中施加的高温和剪切力。
8.在生产含有pcm的纤维时，为了获得尽可能高的每单位pcm电荷的温度调节效果。在这种观点中，微胶囊壳是能量传输的镇流器和障碍物。为了实现人体皮肤和纤维中的pcm之间的快速能量交换，必须尽量减少不需要的障碍。同样，为了在纤维材料上放置尽可能多
的pcm，应尽量减少不需要的材料成分。
9.如果在熔纺纤维中使用pcm而不进行微胶囊化，即在原始形式中，它们必须被限制在纤维内。解决方案是使用具有芯/皮结构的多组分纤维或使用所谓的海岛结构，以便将pcm捕获在纤维内部。
10.虽然聚合物相变材料也已用于纤维纺丝，但此类相变材料与小分子量分子烃蜡相比具有高粘度，并且不必与粘度调节剂混合，但效果较差，因为它们具有非常低潜热值。
11.如何生产一种具有高含量、高潜热和良好的机械强度的相变材料的纤维还未见到相关报道；因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。


技术实现要素：

12.本发明的发明目的在于克服背景技术中所描述的缺陷，从而提供一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维。
13.为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，包括内芯和支撑层，所述内芯由含有相变物质的材料组成，所述外层由下述重量百分比的组分制成：粘度调节剂90-98％，染色剂0.8-1.6％，添加剂1.4-2.4％，分散剂0.9-2.0％，增塑剂0.8-1.8％，所述内芯被外层包封，所述内芯的直径为50-100um，所述外层的直径为58-110um，所述外层的直径》内芯的直径。
14.进一步地，所述相变材料的熔点在20-50℃范围内。
15.进一步地，所述相变材料由重量比为2-11:1-3的线性烃蜡和聚酯组成。
16.进一步地，所述线性烃蜡为正十八烷、正十九烷、正二十烷、正二十一烷或其混合物中的一种或多种。
17.进一步地，所述相变材料聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚乳酸、聚碳酸酯、聚甲醛酸酯、聚偏二氟乙烯中的一种或多种。
18.进一步地，所述粘度调节剂选自聚烯烃的粘度调节剂。
19.如权利要求5所述的pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，其特征在于：所述粘度调节剂选自聚乙烯、聚戊烯、聚丁烯中的一种或多种。
20.进一步地，所述染色剂为色粉、颜料或色母粒；所述添加剂为纳米碳酸钙、二氧化硅、滑石粉、硅微粉、二氧化钛、玻璃微珠中的一种或多种；所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺或分子量为2400-3200的聚乙烯蜡；所述增塑剂为邻苯二甲酸酯。
21.进一步地，所述粘度调节剂在室温下测量的密度大于940kg/m3。
22.进一步地，所述相变物质的潜热大于110j/g。
23.进一步地，所述粘度调节剂与相变物质的质量比小于1。
24.本发明的pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维的有益效果：
25.1.本发明的pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，将相变材料包裹在支撑层内，相变材料是一种应用广泛的热储能材料，它利用物质在相态变化过程中吸热和放热，进行热能的存储和释放，从而在与皮肤接触过程中，调节皮肤温度，使皮肤处于适温环境中。
26.2.本发明的pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，将pcm相变材料包裹在支撑层内，且pcm相变材料的含量在80％以上，因此，其具有较高的潜热性能；且不易漏液，可多次循环使用。
27.3.本发明的pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，其具有良好的机械强度和稳定的热循环性能，有利于调节皮肤温度，且经久耐用。
附图说明
28.图1是实施例一的漏液情况图；
29.图2是实施例二的漏液情况图；
30.图3是实施例三的漏液情况图；
31.图4是实施例四的漏液情况图；
32.图5是实施例五的漏液情况图；
33.图6是实施例六的漏液情况图；
34.图7是实施例七的漏液情况图；
35.图8是空白对照组的漏液情况图；
36.图9是本发明的pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维的结构示意图；
37.图中：1-支撑层，2-内芯。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.实施例一
40.一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，包括内芯和支撑层，内芯由含有相变物质的材料组成；外层由下述重量百分比的组分制成：粘度调节剂93％，染色剂1.3％，添加剂2.4％，分散剂1.9％，增塑剂1.4％；
41.其中相变物质由重量比为9:2的正十八烷和聚对苯二甲酸乙二醇酯组成；粘度调节剂由重量比为2:3的中密度聚乙烯和聚戊烯组成，染色剂为蓝色色母粒；添加剂为重量比为3:4的二氧化硅和纳米碳酸钙组成；分散剂为分子量为2700聚乙烯蜡；增塑剂为邻苯二甲酸酯。
42.一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维的制备方法，包括以下步骤：
43.①
按照配比分别称取正十八烷和聚对苯二甲酸乙二醇酯，将其粉碎过200目筛，得到正十八烷和聚对苯二甲酸乙二醇酯的混合物粉末，之后投入50℃的第一单螺杆挤出机中；
44.②
按照配比称取中密度聚乙烯、聚戊烯、蓝色色母粒、二氧化硅、纳米碳酸钙、聚乙烯蜡和邻苯二甲酸酯，将其粉碎过200目筛，得到外层混合物粉末，之后投入120℃的第二单螺杆挤出机中，第二单螺杆挤出机设置有2个，且第二单螺杆挤出机的出料口处相对设置；
45.③
两个第二单螺杆挤出机和第一单螺杆挤出机呈t字形设置，两个第二单螺杆挤出机和第一单螺杆挤出机的出料口处设置有挤出头，挤出头呈酒杯状，上放粗，下方细，挤出头内部为双层结构，熔融后的正十八烷和聚对苯二甲酸乙二醇酯从内侧通道挤出，聚外层混合物的熔融液在外侧通道挤出，并在下端对正十八烷和聚对苯二甲酸乙二醇酯的纤维
进行包围，使正十八烷和聚对苯二甲酸乙二醇酯的纤维包裹在外层内侧；
46.④
挤出的假发纤维经过冷却放置在卷绕机上，在拉伸辊的作用下，对假发纤维进行拉伸；拉伸后的内芯的直径为50-70um，支撑层的直径为70-80um，且内芯与支撑层的质量比大于4；
47.⑤
拉伸工艺完成以后，通过收丝机对假发纤维进行收丝包装。
48.实施例二
49.一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，包括内芯和支撑层，内芯由含有相变物质的材料组成；外层由下述重量百分比的组分制成：粘度调节剂94％，染色剂1.2％，添加剂1.7％，分散剂1.7％，增塑剂1.4％；
50.其中相变物质由重量比为11:2的正十九烷和聚对苯二甲酸乙二醇酯组成；粘度调节剂由重量比为1:1的中密度聚乙烯和聚丁烯组成，染色剂为棕色色母粒；添加剂为重量比为3:5的硅微粉和纳米碳酸钙组成；分散剂为分子量为2700聚乙烯蜡；增塑剂为邻苯二甲酸酯。
51.其余制备步骤与实施例1相同。
52.实施例三
53.一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，包括内芯和支撑层，内芯由含有相变物质的材料组成；外层由下述重量百分比的组分制成：粘度调节剂94％，染色剂1.2％，添加剂1.7％，分散剂1.7％，增塑剂1.4％；
54.其中相变物质由重量比为2:1的正二十烷和聚乳酸组成；粘度调节剂由重量比为3:2的聚戊烯和聚丁烯组成，染色剂为咖色色母粒；添加剂为重量比为4:5的纳米碳酸钙和滑石粉组成；分散剂为分子量为2600聚乙烯蜡；增塑剂为邻苯二甲酸酯。
55.其余制备步骤与实施例1相同。
56.实施例四
57.一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，包括内芯和支撑层，内芯由含有相变物质的材料组成；外层由下述重量百分比的组分制成：粘度调节剂94％，染色剂1.3％，添加剂1.8％，分散剂1.7％，增塑剂1.2％；
58.其中相变物质由重量比为3:8的聚甲醛酸酯和正二十一烷组成；粘度调节剂聚戊烯组成，染色剂为黑色色母粒；添加剂为重量比为5：2的二氧化钛和玻璃微珠钙组成；分散剂为分子量为2700聚乙烯蜡；增塑剂为邻苯二甲酸酯。
59.其余制备步骤与实施例1相同。
60.实施例五
61.一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，包括内芯和支撑层，内芯由含有相变物质的材料组成；外层由下述重量百分比的组分制成：粘度调节剂94％，染色剂1.1％，添加剂2％，分散剂1.7％，增塑剂1.2％；
62.其中相变物质由重量比为2:9的聚对苯二甲酸乙二醇酯和正二十一烷组成；粘度调节剂由聚丁烯组成，染色剂为棕色色母粒；添加剂为重量比为2:3的硅微粉和二氧化钛组成；分散剂为分子量为2600聚乙烯蜡；增塑剂为邻苯二甲酸酯。
63.其余制备步骤与实施例1相同。
64.实施例六
65.一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，包括内芯和支撑层，内芯由含有相变物质的材料组成；外层由下述重量百分比的组分制成：粘度调节剂95％，染色剂1.2％，添加剂1.5％，分散剂1.5％，增塑剂0.8％；
66.其中相变物质由重量比为4:1的正二十烷和聚碳酸酯组成；粘度调节剂由聚乙烯组成，染色剂为蓝色色母粒；添加剂为重量比为5:2的二氧化硅和玻璃微珠组成；分散剂为分子量为2800聚乙烯蜡；增塑剂为邻苯二甲酸酯。
67.其余制备步骤与实施例1相同。
68.实施例七
69.一种pcm技术包覆相变材料智能调温假发纤维，包括内芯和支撑层，内芯由含有相变物质的材料组成；外层由下述重量百分比的组分制成：粘度调节剂95％，染色剂1％，添加剂1.4％，分散剂1.2％，增塑剂1.4％；
70.其中相变物质由重量比为7:3的正十九烷和聚乳酸组成；粘度调节剂由重量比为2:4:3的聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯组成，染色剂为黑色色母粒；添加剂为重量比为1:1的二氧化硅和二氧化钛组成；分散剂为分子量为2600聚乙烯蜡；增塑剂为邻苯二甲酸酯。
71.其余制备步骤与实施例1相同。
72.结果与分析
73.(1)密度测试
74.纤维体积密度的测量采用液体置换法，原理是将一定量的待测纤维在常态空气中称重，然后将其完全浸入液体中再次称重，得到纤维的平衡力学方程式，从而测出纤维的密度。电子密度仪则是利用这一原理，将计算之后的结果直接显示的屏幕上，每种纤维测试3次取平均值。
75.其中，相变物质在室温下根据iso1183-2测量时的密度在890-970kg/m3范围内；外层材料在室温下根据iso1183-2测量时的密度大于920kg/m3；
76.实验仪器：zmd-2电子密度仪；
77.由于假发纤维在纺丝的过程中，加入色母粒和助剂的影响，导致有些纤维的体积密度与常见值相比略有差异。
78.测得假发纤维的密度如表1所示：
79.表1假发纤维的密度
[0080][0081]
根据表1可知，实施例一至实施例七的相变物质的密度均在890-970kg/m3范围内，外层材质的密度均大于920kg/m3，且大于940kg/m3；
[0082]
相变材料在熔融过程中与外层的粘度调节剂相容，而在冷却时分离成纯相，当外层材质的密度较大时，则对相变材料的包裹效果更好，因此，可以降低外层材质的用量，增加相变材料的用量，使相变材料更有效地利用比熔化热，从而获得更高的pcm效率。
[0083]
(2)力学性能测试
[0084]
纤维在假发生产加工和使用过程中都会受到各种外力作用而产生变形，甚至被破坏；不同的纤维承受各种外力时呈现不同的力学性能，这是纤维品质检验的重要内容，它与纤维的加工性能和使用性能关系非常密切；
[0085]
实验仪器:instron5566万能强力试验仪；
[0086]
测试条件:夹持距离250mm，拉伸速度50mm/min，测试次数200次。
[0087]
在标准大气条件下测得假发纤维材料的力学性能表2所示。
[0088]
表2假发纤维材料的力学性能
[0089]
纤维材料断裂强度(cn/dtex))断裂伸长率(％)初始模量(cn/dtex)实施例一2.1682.4232.23实施例二2.1183.9431.95实施例三2.1183.8329.99实施例四2.1282.9132.03实施例五2.1382.5430.41
实施例六2.1281.7432.94实施例七2.2080.2331.45人发2.1280.3433.45
[0090]
从表2中数据可以看出，实施例一至实施例七的纤维断裂强度与人发相比，几乎无差异；从断裂伸长率的值来看，假发用纤维伸长率都很大，都在60％以上，表现出很强的韧性。其韧性可以和人发纤维相媲美；初始模量是反映纤维在小应力作用下的弹性或刚性，一般定义为伸长率为1％时，应力的100倍。初始模量越大，则纤维刚性越大，柔性越差；反之则柔性越好，从初始模量来看，实施例一至实施例七的纤维的刚度都较小，其较柔软。
[0091]
(3)防渗漏性表征测试
[0092]
取实施例一至实施例七的假发纤维各20根为一组，将其长度裁剪为5cm，将假发纤维样品贴附于黑色吸油纸，于60℃烘箱中恒温放置10min后取出，观察吸油纸上相变材料的漏液情况；
[0093]
图1-7为实施例一至实施例七的漏液情况，吸油纸上白色印迹为渗漏的pcm，图8为空白样，与空白样相比，实施例一至实施例七的纤维均未出现漏液，说明外层材质的包覆效果好。
[0094]
(4)相变及热循环稳定性测试
[0095]
称取实施例一至实施例七的假发纤维3mg～5mg纤维膜样品，并将其粉碎，采用dsc8500型差示扫描量热仪以10℃/min的速率升降温循环15次，测试0℃～50℃范围内样品的差示扫描量热曲线，利用pyrismanager软件分析得到第1次和第15次热循环后样品热焓值及相变温度数据。表3为不同样品的相变性能的检测数据。
[0096]
表3不同样品的相变性能数据
[0097][0098][0099]
由表3可知，实施例一至实施例七的假发纤维的起始熔融温度在27℃～34℃之间，起始结晶温度在25℃～32℃之间，人体舒适的皮肤温度范围为25℃-35℃，实施例一至实施例七的假发纤维在接近或几乎与人体皮肤接触的环境中，适合与人体皮肤接触，是适合人体皮肤的温度调节材料。
[0100]
表4不同样品热循环15次前后潜热值
[0101][0102]
综合来看，实施例一至实施例七的假发纤维的熔融焓均大于180j/g，结晶焓均大于158j/g，且纤维经高温热处理后内部相变组分泄漏较少，热循环稳定性良好，因此相变纤维适宜做假发纤维。
[0103]
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术说明书以及权利要求书中如使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
[0104]
上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围。