镧铈天然配分产物改性的中空型降温纤维及其制备方法与流程

本发明属于功能纤维领域，尤其是涉及一种镧铈天然配分产物改性的中空型降温纤维及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业技术的飞速发展，全球变暖现象日益严重，尤其在夏季，温度升高，人类为了保持舒适的体感温度会增加更多能耗，从而加剧了全球变暖现象，因此研发出能耗低、无污染且满足人体热量管理的降温产品迫在眉睫。

2、由于大气的散射和吸收，地表辐射会沿传播路径逐渐衰减，仅有波长在8-13μm的远红外线可以穿透大气层进入接近绝对零度的宇宙，利用这部分辐射能降低物体表面温度的方式即为辐射制冷。辐射降温材料因具有无污染、无能耗、降温效果显著等特点在建筑物、纺织品以及太阳能电池领域应用广泛。在白天，太阳以很高的能量密度向地面辐射热量，辐射能量密度约为辐射制冷能量密度的10倍，这给辐射制冷的日间应用带来了挑战。导致仅依靠向外太空辐射8-13 μm波段的热量以达到降温目的不明显，因此传统辐射降温技术大多应用在夜间，应用场景受限。为了解决这一问题，研究者们开发出了光子晶体、多层薄膜组装、银基底的超材料薄膜等材料，使其可以在辐射制冷的同时，反射太阳光的热量，但这些材料对生产设备和生产人员的要求较高、制作工艺复杂、成本较高，很难实现工业化生产。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种镧铈天然配分产物改性的中空型降温纤维及其制备方法，旨在克服现有技术中日间辐射降温不显著、制备工艺复杂、生产成本高、实现工业化困难等缺陷。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种镧铈天然配分产物改性的中空型降温纤维，该纤维由包括重量份数为2-20份的日间辐射降温浆料和80-98份的高分子材料制备得到，其中，日间辐射降温浆料由包括日间辐射降温粉体、溶剂以及分散剂制备得到，所述分散剂为日间辐射降温粉体质量的5%-30%，所述溶剂为日间辐射降温粉体质量的50%-150%，日间辐射降温粉体包括重量份数为60-100份的镧铈天然配分产物、5-15份的磷酸稀土、5-35份的金属氧化物和5-15份的二氧化硅。

4、进一步，日间辐射降温浆料由如下方法制备得到：

5、（1）将日间辐射降温粉体各原料混合均匀后进行球磨，球磨后进行烘干，烘干后的产物进行粉碎；

6、（2）将粉碎的日间辐射降温粉体在高温炉内分阶段煅烧，升温至900-1600℃并保温2-4小时，将粉体取出在空气中急剧降温；

7、（3）将煅烧后的粉体再次装入球磨罐中，再加入日间辐射降温粉体质量相同的去离子水，搅拌均匀后倒入球磨罐进行球磨，使粉体与溶剂形成均匀无沉降的浆料；

8、（4）向球磨后所得产物中加入分散剂后搅拌均匀，再将其倒入砂磨机中进行砂磨，得到粒径在200-450nm的日间辐射降温浆料。

9、具体的，所述日间辐射降温浆料的制备方法包括如下步骤：

10、（1）将镧铈天然配分产物改性日间辐射降温粉体的原料混合均匀后装入球磨罐中并将球磨罐装入行星式球磨机中，设定球磨机转速为400-900r/min，球磨6-18小时，所得产物60-80℃烘干12小时，烘干后的产物进行粉碎；

11、（2）将粉碎的日间辐射降温粉体在高温炉内设定程序进行分阶段高温煅烧，升温至900-1600℃并保温2-4小时，将粉体取出在空气中急剧降温至室温；

12、（3）将煅烧后的粉体再次装入球磨罐中，再加入粉体质量50%的去离子水，搅拌均匀后倒入球磨罐并将其装入行星式球磨机中，设定球磨机转速为400-800 r/min，球磨10-30 min，使粉体与溶剂形成均匀无沉降的浆料；

13、（4）向球磨后所得产物中加入适量分散剂后搅拌均匀，再将其倒入砂磨机中进行砂磨，设定砂磨机转速为2000-4000 r/min，砂磨30-150 min，使粒径在200-450 nm之间即可制得日间辐射降温浆料。

14、进一步，所述步骤（2）中分阶段煅烧具体过程为：从室温升温至200-450℃，升温速率为5-10℃/min，保温50-90min，再以2-6℃/min的升温速率升温至800-1000℃，保温60-90min，再以2-6℃/min的升温速率升温至800-1600℃，保温60-150 min，程序结束后，将粉体取出在空气中急速降温至20-50℃。

15、进一步，金属氧化物为二氧化钛、氧化锆、氧化铝中的一种或者多种。

16、进一步，金属氧化物为二氧化钛、氧化锆、氧化铝的混合物，且三者的质量比为3-10份：5-10份：1-3份。

17、进一步，所述磷酸稀土为磷酸镧铈、磷酸铈、磷酸镧、磷酸钇中的一种或者多种。

18、进一步，所述分散剂为硬脂酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、焦磷酸钠、byk-190、byk-2013中的一种或多种；所述高分子材料为pe、pbt、pet、pla、pa中的任一种。

19、本发明还提供了上述所述的镧铈天然配分产物改性的中空型降温纤维的制备方法，该方法包括如下步骤：

20、（1）将日间辐射降温浆料与高分子材料按照质量比为20-40%混合均匀后自然晾干，然后在烘箱中烘干，得到含水量低于300ppm的功能性高分子材料；

21、（2）将步骤（1）中得到的功能性高分子材料投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，得到稀土功能性母粒；

22、（3）将步骤（2）制备的稀土功能性母粒与剩余的高分子材料混合均匀后通过转鼓进行批混处理，将批混均匀的专用料干燥，得到含水率低于200 ppm的材料；

23、（4）将步骤（3）得到的材料通过熔融纺丝工艺制备出中空型降温纤维。

24、进一步，步骤（1）中在烘箱中100-130℃烘干8-12小时，步骤（2）中熔融温度为150-350℃，挤出速度为100-300r/min，切粒速度为10~30 m/min，步骤（3）中批混处理2h，在60~130℃条件下干燥8~16h，步骤（4）中纺丝温度为150-350 ℃，卷绕速度为1800-5000 m/分钟。

25、本发明还提供了一种如上述所述的镧铈天然配分产物改性的中空型降温纤维在家纺、户外用品领域、服装面料和产业用纺织品上的应用。

26、相对于现有技术，本发明所述的镧铈天然配分产物改性的中空型降温纤维及其制备方法具有以下优势：

27、（1）本发明所述的日间辐射降温粉体的主体材料是镧铈天然配分产物，采用的是包头白云鄂博稀土精矿中氧化镧和氧化铈自然配分的混合氧化物，具有优异的化学稳定性和高温稳定性，开采成本低，同时，该材料在近红外反射波段具有较高的反射率大于0.90，可以反射绝大部分太阳光辐射的热量，此外它在8-13 μm波段的发射率高达0.94，还可以将人体的热量以红外辐射的形式通过大气窗口传递给外太空，达到辐射降温的目的。

28、（2）本发明采用镧铈天然配分产物和其他氧化物经过高温煅烧和急剧降温制得的，该方式得到的辐射降温粉体粒径细小且分布均匀，满足于制备降温涂层时对粒度的要求。

29、（3）本发明中镧铈天然配分产物与磷酸稀土和二氧化钛混合后可以利用其不同材料粒级、不同波段反射率和发射率的优势进一步提高镧铈配分产物反射率和发射率，此外二氧化钛的遮盖能力强、二氧化硅保温效果好、氧化锆提高中空纤维表面光滑度，它们之间协同作用大幅度提高了中空纤维的辐射降温能力。

30、（4）本发明将镧铈天然配分产物改性的日间辐射降温浆料与高分子材料共混后，经熔融、造粒、纺丝最终形成功能性中空纤维，通过梭织或者针织的方式制备成功能面料，最后在户外条件下进行了隔热效果测试，该中空型辐射降温面料隔热效果比市面常用的隔热降温面料好，而且制备工艺简单、应用广泛。