一种矿用相变降温材料、制备方法及降温服

本发明涉及降温材料，特别是涉及一种矿用相变降温材料、制备方法及降温服。

背景技术：

1、由于部分矿井内的温度较高，为了使工人能持续在高温环境下进行工作，工人需要穿戴降温服，降低高温对身体的影响。而现有的降温服如申请号为201320578046.2的实用新型专利中公开的一种矿井巷道中使用的冷却降温服和申请号为200610040352.5的发明专利中公开的矿井降温服装等，均可实现对工人进行降温。但是现有的降温服结构均比较复杂，需要接电或接水，不方便工作人员在狭窄空间使用，并且不方便进行日常维护，导致实用性较差。

2、目前，也有部分不需要额外接电或接水的降温材料或降温设备，例如，201811078790.x公开了一种石墨烯微胶囊纤维的制备方法，该方法制得球形的微胶囊具有外壳和内核结构以及连接外壳和内核结构的乳化剂，其中外壳结构由微胶囊壁材组成，内核结构由微胶囊芯材组成，壁材主要为石墨烯，芯材为相变材料，石墨烯为改性石墨烯，相变材料为石蜡，将一定含量的石墨烯溶于水中，加入ph值为3-5的硅烷偶联剂的乙醇容溶液，搅拌、抽滤、洗涤、干燥后得到改性石墨烯；202310524850.0公开了cnt-pcm矿工降温服，所述矿工降温服的胸部、腹部、背部设有多个cnt-pcm封装袋，所述cnt-pcm封装袋的制备方法为：将正十八烷与碳纳米管通过熔融混合法制得cnt-pcm，将cnt-pcm用pa/pe复合袋进行封装即可。但是，上述降温材料使用次数有限，更换频率高，使用时容易导致使用者活动受限，从而影响工作效率，而且是设置在降温服的固定位置，难以适用于所有使用者。因此亟需一种矿用相变降温材料、制备方法及降温服对上述问题进行改善。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种矿用相变降温材料、制备方法及降温服，采用矿用相变降温材料制成降温机构，将降温机构放于穿戴机构中，提高降温效果，避免使用者活动受限，从而提供工作效率。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、第一发面，本发明提供一种矿用相变降温材料，以正十八烷和二十烷以及膨胀石墨为基底，在基底上添加石墨片或金属作为导热剂制成。

4、作为本发明的进一步技术方案，所述金属为球形铜粉或银含量5％的镀银球形铜粉。

5、作为本发明的进一步技术方案，所述石墨片的厚度为0.02mm-0.08mm。

6、第二方面，本发明提供一种矿用相变降温材料的制备方法，具体制备过程包括以下步骤：

7、s1.将2：1比例的固体正十八烷与正二十烷在70℃恒温水浴加热中融化混合得到混合石蜡；

8、s2.将膨胀石墨在80℃真空干燥箱中干燥10小时；

9、s3.将干燥完成的膨胀石墨添加到s1制备的混合石蜡中，在70℃水浴加热中搅拌5小时；

10、s4.将石墨片或金属分别加入到s3中的混合物中得到石墨片复合相变材料或金属复合相变材料；

11、s5.将s4所得石墨片复合相变材料或金属复合相变材料放入干燥箱中70℃干燥5小时得到相变降温材料。

12、第三方面，本发明提供一种矿用相变降温服，包括穿戴机构；还包括降温机构；所述穿戴机构包括上身服装和下身服装，上身服装和下身服装上分别设置有第一隔层和第二隔层，并且第一隔层和第二隔层分别位于上身服装胸前和下身服装的双腿处，第一隔层和第二隔层开口处均设置有魔术贴，上身服装的中部设置有遮挡条；工人将上身服装和下身服装穿戴与身上，通过上身服装和下身服装对周围高温进行阻挡，并且通过上身服装上的第一隔层和下身服装上的第二隔层对分别对多组降温机构进行储存，方便降温机构对工人的身体进行降温，所述降温机构由聚氨酯薄膜包裹相变降温材料制成，相变降温材料在聚氨酯薄膜内横向设置。

13、作为本发明的进一步技术方案，所述降温机构的重量和位置能根据实际需要确定。

14、作为本发明的进一步技术方案，确定降温机构重量的过程为：

15、根据热平衡方程：s＝(m-w±r±c-e)·a·t-q，式中：m为人体新陈代谢量w/m2；w为人所完成的机械功w/m2；r为人体与环境的辐射热交换w/m2；c为人体与环境的对流热交换w/m2；e为人体由于呼吸、皮肤表面水分蒸发及出汗所造成的与环境的热交换w/m2；s为人体的蓄热量w/m2；a为冷却服有效作用的人体表面积，m2；t为工作时间，s；q为相变材料的吸热量，j；根据热平衡即蓄热量s＝0，由此计算出规定时间内相变材料所需量。

16、作为本发明的进一步技术方案，确定降温机构位置的过程为：通过在试验舱中模拟矿井工作环境，测试不同进气温度、不同进气速度、不同进气相对湿度矿井工人不同部位的热舒适影响，采用热舒适性指数pmv-ppd来衡量人体热舒适性，根据ashrae 180-2018标准，-1≤pmv≤+1，ppd≤20％是适合大部分矿工工作环境范围，在-3≤pmv≤-1和+1≤pmv≤+3，热舒适度被认为很差，pmv和ppd指数的公式如下：

17、pmv＝[0.303exp(-0.036m)+0.028]l

18、l＝m-w-{3.96×10-8fcl[(tcl+273)4-(tr+273)4]

19、+fclhc(tcl-t)+3.05×10-3[5733-6.99(m-w)-pa]

20、+0.42(m-w-58.15)+1.7×10-5m(5867-pa)+0.0014m(34-t)}

21、ppd＝100-95×exp[-(0.03353pmv2+0.2179)×pmv2]

22、式中，m为新陈代谢量，w/m2；w为人输出的外功，w/m2；pa为水蒸气分压力，pa；t为当地的空气温度，℃；tr为平均辐射温度，℃；tcl为衣服外表面的温度，℃；hc为衣服与空气之间的表面传热系数，w/m2℃；fcl为着衣体表面与裸体表面之比。

23、作为本发明的进一步技术方案，穿戴机构的第一隔层中降温机构重量为75g-85g，尺寸为10cm×3cm×2cm,下身服装的第二隔层中降温机构重量为100g，尺寸为10cm×5cm×2cm。

24、作为本发明的进一步技术方案，所述降温服的使用方法为：

25、步骤一、对降温机构的重量的计算以及布置的位置和方向的确定制作成以下降温防护服；

26、步骤二、将相变降温材料封装于高弹性、高轻度、高防水的聚氨酯薄膜中制成降温机构；

27、步骤三、在使用前将降温机构置于冰箱、冷水或其它比其相变温度低的地方；

28、步骤四、使用时将多组降温机构分别放于上身服装的第一隔层中和下身服装的第二隔层中；

29、步骤五、用完后把降温机构拿出来，并重新冷却，留待下次使用。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

31、1、选择相变温度符合人体温度的正十八烷和正二十烷为基础相变材料，添加膨胀石墨和不同厚度的石墨片以及不同质量分数的金属为导热剂制成的降温机构，提高对人体的降温效果，并且方便进行多次使用，降低成本；

32、2、通过将降温机构放置于人体胸前和大腿处，提高降温效果的同时减少对工人活动的影响；

33、3、通过根据热平衡计算、降温机构放置位置分析和降温机构放置方向分析，提高降温服的舒适性和实用性。