【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們對于生活品質(zhì)要求的不斷提高,單純地通過控制衣物的厚度來調(diào)節(jié)溫度的方式難以滿足人們對服裝舒適性和功能性的要求。相變材料在相變過程中會吸收或釋放大量的潛熱,通過微膠囊技術(shù)將相變材料作為芯材制成相變微膠囊,可以克服相變材料在單獨使用過程中存在的易泄漏、相容性差和腐蝕性等問題。將相變微膠囊整理至織物表面,通過微膠囊芯材的相變行為調(diào)節(jié)織物微環(huán)境的溫度,可以在顯著減小織物厚度的同時有效的緩解因外界環(huán)境的溫度變化對人體造成的不適,提升了織物的服用性能。首先,出于綠色環(huán)保的目的,采用氣流式銳孔-凝固浴法制備了以海藻酸鈉為壁材、以正十八烷為芯材的相變微膠囊。通過光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)、差示掃描量熱儀(DSC)等分析方法,研究了海藻酸鈉用量、CaCl2用量、芯材與壁材質(zhì)量比和氣流壓力等因素對于微膠囊形貌、微膠囊熱性能以及包覆效率的影響。通過Design-Expert 8.0程序,以微膠囊的包覆率作為響應(yīng)值,建立了海藻酸鈉用量、CaCl2用量、芯材與壁材質(zhì)量比的多元回歸模型,并得到了響應(yīng)值和各影響因素的最優(yōu)水平。海藻酸鈉相變微膠囊的最佳制備條件為:海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.6 wt%,CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.3 wt%,芯材與壁材質(zhì)量比為0.35:1,氣流壓力為0.04 MPa。在此條件下制得的相變微膠囊成圓球形,具有良好的分散性,相變潛熱為142.2 J/g,包覆率為64.76%。綜上所述,海藻酸鈉相變微膠囊雖然具有綠色環(huán)保的優(yōu)點,但其相變潛熱偏低,無法顯著提升復(fù)合織物的低溫防護性能。為了進一步提升相變微膠囊的相變潛熱,采用原位聚合法,以正構(gòu)烷烴(正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷)為芯材,以三聚氰胺、尿素和甲醛為壁材,制備了具有較高相變潛熱的相變微膠囊。通過光學(xué)顯微鏡(OM)、發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)、差示掃描量熱儀(DSC)、X射線衍射儀(XRD)、熱重分析儀(TG)等分析方法,研究了乳化轉(zhuǎn)速、乳化劑種類、乳化劑配比、乳化劑用量、尿素用量、芯材與壁材質(zhì)量比對于微膠囊形貌、微膠囊熱性能以及包覆率的影響。通過Design-Expert 8.0軟件,以微膠囊的包覆率作為響應(yīng)值,建立了乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、芯材與壁材質(zhì)量比的多元回歸模型,并得到了響應(yīng)值和各影響因素的最優(yōu)水平。三聚氰胺-尿素-甲醛(MUF)微膠囊的最佳制備條件:乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.9 wt%,尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7 wt%,芯材與壁材質(zhì)量比為1.7:1。此條件下制得微膠囊呈圓球形,表面光滑、結(jié)構(gòu)致密。微膠囊的相變潛熱為194.1 J/g,包覆率為88.75%。FT-IR分析得出,MUF樹脂成功地包覆了正構(gòu)烷烴。與海藻酸鈉相變微膠囊相比,三聚氰胺-尿素-甲醛(MUF)相變微膠囊具有較高的相變潛熱,更適于低溫防護復(fù)合織物的制備。再次,通過發(fā)泡涂層法將單一正十八烷微膠囊涂覆至織物表面,制得低溫防護復(fù)合織物,探究了發(fā)泡涂層的工藝并通過低溫防護試驗來測試復(fù)合織物的低溫防護性能。探究了發(fā)泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、穩(wěn)泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、發(fā)泡時間、泡沫密度、刀距、水性聚氨酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)、相變微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)和織物的組織結(jié)構(gòu)對涂層整理液和復(fù)合織物的影響,得到了較優(yōu)的發(fā)泡涂層工藝:發(fā)泡劑SDS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0 wt%,穩(wěn)泡劑PAM的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5 wt%,發(fā)泡時間為4.5 min,泡沫密度為100～150 g/L,刀距為1.5 mm,水性聚氨酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20wt%。平紋織物的低溫防護性能優(yōu)于斜紋和緯平針織物。相變微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,復(fù)合織物的低溫抵抗時間越長,低溫防護性能越好,但是當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20 wt%時,附著于織物表面的微膠囊出現(xiàn)了明顯的團聚現(xiàn)象。為了進一步延長復(fù)合織物的低溫抵抗時間,提升織物的低溫防護性能,本研究將包覆有不同相變材料(正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷)的微膠囊整理至織物表面,制得分級相變低溫防護復(fù)合織物。與涂覆單一芯材微膠囊的復(fù)合織物相比,分級相變較為顯著的延長了復(fù)合織物的低溫抵抗時間。當(dāng)外界環(huán)境溫度為-15℃時,涂覆有分級相變微膠囊(正十四烷、正十六烷和正十八烷微膠囊的最優(yōu)配比為1:1:2)的復(fù)合織物的低溫抵抗時間為6.9 min,與涂覆單一正十八烷微膠囊的復(fù)合織物相比提升了 13.1%,進一步延長了人體在低溫環(huán)境下的作業(yè)時間。最終,本研究通過FLUENT 16.0有限體積分析軟件對分級相變低溫防護復(fù)合織物進行了仿真數(shù)值模擬。首先利用ANSYS Workbench建立了簡化的低溫防護復(fù)合織物的幾何模型,并對第四章的低溫防護試驗進行數(shù)值模擬,得到了分級相變低溫防護復(fù)合織物模型在不同時刻的溫度場云圖,直觀的展現(xiàn)了分級相變低溫防護復(fù)合織物內(nèi)部的溫度場變化情況。將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比,其誤差小于6.53%,驗證了模型的正確性。在此基礎(chǔ)上,探究了環(huán)境溫度和風(fēng)速對于復(fù)合織物模型低溫防護性能的影響,可以用于低溫防護復(fù)合織物的優(yōu)化設(shè)計以及復(fù)合織物在真實環(huán)境中的低溫防護性能的分析預(yù)測。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TS106

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本文編號：2424112