本发明涉及电加热手套领域，具体涉及一种基于相变储热保温手套。
背景技术：
1、随着科技的进步和生活水平的提高,人们对于个人防护装备的需求不断增长。在寒冷环境下工作或进行户外活动时,保持手部温暖和灵活性至关重要。传统的电加热手套虽然可以提供持续的热量,但是依赖于电源供应,一旦断电或电源耗尽,就无法继续发挥保暖功能。相变储热保温手套将相变材料引入手套中,利用其高相变焓的特点,在环境温度变化时吸收或释放大量潜热,从而实现持久保温效果，因此，研发具有持久保温效果的相变储热保温手套具有重要意义。
2、目前，相变储热保温手套已取得诸多进展，但仍存在一些不足之处，(1).阻燃性能仍有待进一步提升，以满足更为苛刻的使用环境要求,如公开号为cn206260906u的中国专利公开了一种加热手套，方案设计中内层和外层之间设有电加热线圈和相变材料，虽然没有公开具体的相变储热材料，若以闪点较低的易燃材料作为相变材料，如石蜡、脂肪酸等作为相变储热材料，一旦出现有电加热线圈短路，相变储热材料势必造成安全隐患。(2).自愈合能力，目前手套中的相变储热材料设计几乎没有考虑自愈合能力的设计，这在一定程度上影响了手套的使用寿命。(3)柔韧性较差，相变材料通常是粉末或则微胶囊的形式存在于加热手套中，必然存在这柔韧性较差的问题。如公开号为cn202873889u的中国专利公开了一种基于粉末状相变储热材料的保温手套，因此粉末状的相变储热材料出在这柔韧性较差的问题。为了进一步提高目前相变储热手套的性能，有必要开发一种新型的加热手套，使得加热手套的相变储热材料具有优异的阻燃性能、自愈合和柔性性能等性能，以满足高性能加热手套的需求。
技术实现思路
1、(1)解决的技术问题
2、本发明的目的是提供种一种基于相变储热保温手套，解决目前相变储热材料具有阻燃性能、自愈合和柔性性能等性能较差的问题。
3、(2)技术方案
4、为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
5、一种基于相变储热保温手套，包括手套本体，手套本体从外至内依次为外层、相变储热气凝胶、加热层、柔性导热相变层和内层；所述的外层、相变储热气凝胶、加热层、柔性导热相变层和内层均通过缝线和硅胶粘合剂连接在一起；所述手套本体表面的袖口处设有电源收纳袋；所述电源收纳袋为皮革面料；所述电源收纳袋的表面设有拉链以便于存取；所述电源收纳袋内部设有可充电式电源；所述手套本体背面还设有控温模块；所述的控温模块设有控温度按钮；所述可充电式电源和加热层分别通过导线与控温模块连接。
6、进一步，所述的柔性导热相变层的制备方法为：以重量份数计，将25～45份peg10000、5～12份异佛尔酮二异氰酸酯和3～8份微纳米氮化硼填料溶于60～90份三氯甲烷中，然后加热至60～70℃搅拌2～4h，然后加入1～4份四溴双酚a和0.3～0.8份二月桂酸二丁基锡催化剂继续搅拌2～4h得到预聚体混合溶液，然后，将1～3份三乙醇胺和3～8份三氯甲烷混合，再将此混合溶液加入预聚体混合溶液中，搅拌4～10min后，将溶液导入四氟乙烯模具中，然后用刀具刮薄均匀，接着将模具中的溶液在70～85℃的烘箱中加热干燥10～18h，最后得到柔性导热相变层。
7、进一步，所述的相变储热气凝胶的制备方法为：以重量份数计，将3～7份苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、10～16份二十烷、30～45份四氢呋喃在室温下搅拌2～5h，然后再将20～35份凯夫拉纤维气凝胶完全浸渗其中，随后在室温真空干燥箱中干燥24～36h得到相变储热气凝胶。
8、进一步，所述的微纳米氮化硼填料的制备方法如下：以重量份数计，将将20～35份氮化硼晶须预制体、3～6份硼烷氨络合物、0.3～0.8份二茂铁和10～18份二甲基甲酰胺在室温加混合后搅拌20～25min，然后在真空干燥箱中干燥完全后，接着将其放入1000～1200℃的管式炉，在氮气和氢气混合气氛下热处理2～4h，其中氢气的体积百分数为5～10％，反应完成后冷却至室温得到微纳米氮化硼填料。
9、进一步，所述的氮化硼晶须预制体的制备方法为：以重量份数计，将4～10份硼酸、5～12份三聚氰胺和100份去离子水在80～95℃下磁力搅拌30～60min，之后采用冷冻干燥法获得白色氮化硼前驱体，然后将其放入900～1100℃的管式炉，在氮气和氢气混合气氛下热处理3～6h，其中氢气的体积百分数为5～10％，反应完成后冷却到室温获得氮化硼晶须预制体。
10、进一步，所述的微纳米氮化硼填料的由微米尺度的氮化硼晶须和纳米尺度的氮化硼纳米线组成，其中氮化硼纳米线以放射状的形式均匀的分散在氮化硼晶须表面。
11、本发明采用设计柔性导热相变层具有以下多重目的：1.从相变储热方面，柔性导热相变层采用了peg10000作为相变材料,peg10000具有较高的相变储热点,可以吸收手套发热层热波动过热的热量并储存,避免烫伤手部，同时温度较低的时候主要发挥其导热功能。2.在阻燃性能方面，四溴双酚a的引入赋予了该层良好的阻燃性能。3.在自修护能力上，四溴双酚a中的酚羟基可与异氰酸酯形成动态共价键,使得该层具有自修复能力。4.力学性能方面，通过调节peg10000与异佛尔酮二异氰酸酯和四溴双酚a的比例可以优化该层的力学性能,获得合适的抗拉强度和断裂伸长率。5.在导热方面，微纳米氮化硼填料的制备采用了氮化硼晶须预制体、硼烷氨络合物、二茂铁等原料,并在高温下热处理得到。其中,氮化硼晶须预制体由硼酸、三聚氰胺等在高温下反应制得。这种微纳米氮化硼填料具有优异的导热性能,其由微米尺度的氮化硼晶须与纳米尺度的氮化硼纳米线复合而成，氮化硼纳米线以放射状均匀分布于氮化硼晶须表面，这种精细的微观结构极大提升了填料的导热效率，有效提高了整个柔性导热相变层的热传导性能，可以有效提高柔性导热相变层的导热系数。综上所述,本发明巧妙地将peg10000、异佛尔酮二异氰酸酯、四溴双酚a和微纳米氮化硼填料结合到聚氨酯网络中,制备出了一种多功能的柔性导热相变层。该层兼具优异的相变储热性能、阻燃性能、自修复性能、力学性能和导热性能,在加热手套中具有广阔的应用前景。
12、进一步，所述的凯夫拉纤维气凝胶的制备方法如下：以重量份数计，将5～10份羟基磷灰石和45～70份二甲基亚砜混合均匀后，得到a溶液备用；将20～35份凯夫拉纤维和20～35份氢氧化钾混合均匀后加入120～155份二甲基亚砜中混合搅拌48～54h得到红棕色胶体；接着将a溶液加入红棕色胶体中，再继续搅拌10～20h，然后采用冷冻干燥法获得凯夫拉纤维气凝胶。
13、进一步，所述的羟基磷灰石的制备方法如下：采用水热合成法制备羟基磷灰石，分别以氯化钙和二水合磷酸钠为钙源和磷源，以重量份数计，将4～10份二水合磷酸钠逐渐滴加到30～45份浓度为0.5mol/l的氯化钙溶液中，搅拌2～4小时后形成均匀溶液，将该溶液在180～240℃下进行水热反应30～40小时，反应结束后过滤产物，并用去离子水洗涤至滤液的ph值为7，最后在室温下真空干燥完全后即可。
14、本发明设计相变储热气凝胶作为加热手套的隔热层,具有多重优异性能。1.在相变储热方面,所设计的相变储热气凝胶采用二十烷作为相变材料,选择二十烷作为热能储存介质的原因主要是其相变温度接近体温。同时，二十烷作为一种高性能的相变材料，不存在过冷度和高潜热，利用其相变潜热实现热量的存储和释放,可以在手套使用过程中提供持续、稳定的保温效果,延长保温时间。2.在柔性方面,凯夫拉纤维气凝胶作为隔热层的基体材料,具有优异的柔韧性和抗拉伸性能,能够承受手套在穿戴和使用过程中的变形和应力,保证手套的舒适性和耐用性。同时,苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物由硬畴和软畴组成，其中硬段是聚苯乙烯嵌段，软段对应于乙烯/丁烯嵌段。聚苯乙烯嵌段用作交联点，乙烯/丁烯嵌段提供弹性以形成网络结构，赋予隔热层良好的压缩回弹性,在受到挤压变形后能够迅速恢复原状,维持手套的形状和隔热性能。3.在隔热方面,凯夫拉纤维气凝胶本身具有超低的热导率,其三维多孔网络结构能够有效阻断热量的传导和对流,同时羟基磷灰石涂层又能够提高隔热层对辐射热的反射和散射能力,多重隔热机制的协同作用使得相变储热气凝胶能够最大限度地减少热量损失,提供优异的保温隔热效果,保障手部的温暖和舒适。综上所述,本发明所设计的相变储热气凝胶兼具优异的相变储热性能、柔性和隔热性能,是一种优异的加热手套隔热层材料,能够显著提升加热手套的使用体验和保温效果。
15、本发明所设计的相变储热气凝胶克服了传统气凝胶材料只能作为隔热材料、无法相变储热的局限性。传统的气凝胶材料虽然具有优异的隔热性能,但是其本身并不具备相变储热的能力。这是因为气凝胶材料通常由无定形的硅酸盐或碳基骨架构成,不存在结晶相变或液-固相变所需的有序结构。而本发明巧妙地将苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物引入到凯夫拉纤维气凝胶中,通过嵌段共聚物的可逆相变实现热量的存储和释放,赋予气凝胶材料全新的相变储热功能。同时,凯夫拉纤维气凝胶作为隔热基体,不仅能够提供优异的隔热性能,还能够为相变材料提供载体和支撑,确保储热过程中材料的结构稳定性。两者的有机结合,实现了隔热和储热功能的协同提高,开发出了一种全新的多功能气凝胶材料。与传统的气凝胶材料相比,相变储热气凝胶不仅能够阻隔热量损失,还能够通过相变过程主动调节温度,在保温隔热领域展现出广阔的应用前景。
16、进一步，所述的外层为尼龙面料。
17、本发明选择尼龙面料作为手套的外层材料,主要基于以下考虑:尼龙具有优异的耐磨性、抗拉强度和韧性,能够为手套提供良好的机械保护,使其能够经受日常使用中的磨损和撕扯。同时,尼龙还具有一定的防水和抗化学性能,可以在一定程度上防止外界水分和化学物质的渗入,保护手套内部的电子元件和用户的手部皮肤。综合考虑耐用性、保护性和实用性,尼龙面料是作为加热手套外层材料的理想选择,能够满足手套在日常使用中的各种需求,延长手套的使用寿命,提高用户的使用体验。
18、进一步，所述的加热层为石墨烯基复合薄膜，其制备方法为：以重量份数计，将10～18份聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)和20～30份二甲基亚砜混合超声30～45min，然后加入2～4份石墨烯将混合溶液在冰水混合浴继续超声分散30～50min，超声功率为170～190w，接着在尼龙膜上将超声完的溶液采用真空过滤法获得薄膜，然后在55～65℃的真空烘箱中干燥7～12h，最后得到石墨烯基复合薄膜。
19、本发明设计的石墨烯基复合薄膜作为手套的加热层具有以下多重目的：首先，从柔韧性方面来看，石墨烯基复合薄膜展现出了极高的柔韧性和可弯曲性。石墨烯作为一种二维纳米材料，本身就具有出色的柔韧性和机械强度。当它与聚合物等材料复合后，能够形成具有优异柔韧性的复合薄膜。这种薄膜可以适应手套在使用过程中可能遇到的各种弯曲、折叠等形变，保持其结构的完整性和功能的稳定性。因此，作为手套的加热层，石墨烯基复合薄膜能够确保手套在佩戴和使用过程中始终保持舒适的贴合度和灵活性。其次，从热电性能方面来看，石墨烯基复合薄膜具有卓越的热电转换效率和热稳定性。石墨烯具有极高的热导率和电导率，这意味着它可以迅速地将电能转化为热能，并有效地将热量传递给手套内部的空气或佩戴者的手部。同时，石墨烯基复合薄膜还具有良好的热稳定性，能够在较宽的温度范围内保持其热电性能的稳定。这种特性使得石墨烯基复合薄膜成为手套加热层的理想选择，可以在寒冷的天气中为佩戴者提供持久的温暖和舒适。综上所述，本发明设计的石墨烯基复合薄膜作为手套的加热层，不仅具备出色的柔韧性以适应各种使用场景，还具备卓越的热电性能以确保高效的加热效果和稳定的性能表现。这些优越性能使得该手套在保暖、舒适和耐用性方面都具有显著的优势。
20、进一步，所述的内层为竹纤维面料。
21、本发明选择竹纤维面料作为手套的内层材料，主要是基于竹纤维具有天然的抑菌性、吸湿性和透气性,能够有效抑制细菌滋生,保持手部清新干爽，竹纤维同时具有良好的柔韧性和耐磨性,适合作为手套内层材料。
22、(3)有益的技术效果
23、1.本发明所设计的柔性导热相变层，集多重优势于一体，显著提升了加热手套的综合性能。具体而言，采用peg10000作为相变材料，高效储存并调节热量，有效避免过热烫伤，同时保持低温下的卓越导热特性。引入四溴双酚a，不仅强化了材料的阻燃安全性，还赋予其独特的自修复能力，延长使用寿命。通过精细调控原料比例，优化了力学表现，确保抗拉强度与断裂伸长率的平衡。尤为突出的是，采用创新方法制备的微纳米氮化硼填料，其独特的微观结构极大提升了热传导效率，使柔性导热相变层整体导热性能跃升至新高度。
24、2.本发明创新性地提出了相变储热气凝胶作为加热手套隔热层，融合多重优势：采用二十烷作为相变介质，实现高效稳定的热量储存与释放；以凯夫拉纤维气凝胶为基体，结合苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，赋予材料卓越柔韧性与压缩回弹性；结合低热导率、三维多孔结构及羟基磷灰石涂层的辐射热防护，构建多层次隔热体系，显著减少热量流失，提供优异保温隔热效果。
25、3.本发明提出了一种基于相变储热的保温手套，该手套通过精心设计的多层结构实现了协同增效。手套由外层、相变储热气凝胶、加热层、柔性导热相变层和内层紧密缝合而成，辅以硅胶粘合剂增强层间结合力。外层提供基本防护，相变储热气凝胶有效储存与释放热量，加热层在控温模块调控下按需供热，柔性导热相变层则优化热量传递，内层确保舒适触感。电源收纳袋采用皮革面料，配备拉链便于操作，内置可充电电源与控温模块相连，实现智能温控。各层间协同工作，共同提升手套的保温性能与用户体验。
1.一种基于相变储热保温手套，其特征在于，包括手套本体(1)，手套本体(1)从外至内依次为外层(11)、相变储热气凝胶(12)、加热层(13)、柔性导热相变层(14)和内层(15)；所述的外层(11)、相变储热气凝胶(12)、加热层(13)、柔性导热相变层(14)和内层(15)均通过缝线和硅胶粘合剂连接在一起；所述手套本体(1)表面的袖口处设有电源收纳袋(2)；所述电源收纳袋(2)为皮革面料；所述电源收纳袋(2)的表面设有拉链(3)以便于存取；所述电源收纳袋(2)内部设有可充电式电源(4)；所述手套本体(1)背面还设有控温模块(5)；所述的控温模块(5)设有控温度按钮；所述可充电式电源(4)和加热层(13)分别通过导线与控温模块(5)连接；
2.如权利要求1所述的一种基于相变储热保温手套，其特征在于，所述的微纳米氮化硼填料的制备方法如下：以重量份数计，将将20～35份氮化硼晶须预制体、3～6份硼烷氨络合物、0.3～0.8份二茂铁和10～18份二甲基甲酰胺在室温加混合后搅拌20～25min，然后在真空干燥箱中干燥完全后，接着将其放入1000～1200℃的管式炉，在氮气和氢气混合气氛下热处理2～4h，其中氢气的体积百分数为5～10％，反应完成后冷却至室温得到微纳米氮化硼填料。
3.如权利要求2所述的一种基于相变储热保温手套，其特征在于，所述的氮化硼晶须预制体的制备方法为：以重量份数计，将4～10份硼酸、5～12份三聚氰胺和100份去离子水在80～95℃下磁力搅拌30～60min，之后采用冷冻干燥法获得白色氮化硼前驱体，然后将其放入900～1100℃的管式炉，在氮气和氢气混合气氛下热处理3～6h，其中氢气的体积百分数为5～10％，反应完成后冷却到室温获得氮化硼晶须预制体。
4.如权利要求2或3所述的一种基于相变储热保温手套，其特征在于，微纳米氮化硼填料的由微米尺度的氮化硼晶须和纳米尺度的氮化硼纳米线组成，其中氮化硼纳米线以放射状的形式均匀的分散在氮化硼晶须表面。
5.如权利要求1所述的一种基于相变储热保温手套，其特征在于，所述的凯夫拉纤维气凝胶的制备方法如下：以重量份数计，将5～10份羟基磷灰石和45～70份二甲基亚砜混合均匀后，得到a溶液备用；将20～35份凯夫拉纤维和20～35份氢氧化钾混合均匀后加入120～155份二甲基亚砜中混合搅拌48～54h得到红棕色胶体；接着将a溶液加入红棕色胶体中，再继续搅拌10～20h，然后采用冷冻干燥法获得凯夫拉纤维气凝胶。
6.如权利要求5所述的一种基于相变储热保温手套，其特征在于，所述的羟基磷灰石的制备方法如下：采用水热合成法制备羟基磷灰石，分别以氯化钙和二水合磷酸钠为钙源和磷源，以重量份数计，将4～10份二水合磷酸钠逐渐滴加到30～45份浓度为0.5mol/l的氯化钙溶液中，搅拌2～4小时后形成均匀溶液，将该溶液在180～240℃下进行水热反应30～40小时，反应结束后过滤产物，并用去离子水洗涤至滤液的ph值为7，最后在室温下真空干燥完全后即可。
7.如权利要求1所述的一种基于相变储热保温手套，其特征在于，所述的外层(11)为尼龙面料；内层(15)为竹纤维面料。
8.如权利要求1所述的一种基于相变储热保温手套，其特征在于，所述的加热层(13)为石墨烯基复合薄膜，其制备方法为：以重量份数计，将10～18份聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)和20～30份二甲基亚砜混合超声30～45min，然后加入2～4份石墨烯将混合溶液在冰水混合浴继续超声分散30～50min，超声功率为170～190w，接着在尼龙膜上将超声完的溶液采用真空过滤法获得薄膜，然后在55～65℃的真空烘箱中干燥7～12h，最后得到石墨烯基复合薄膜。
