一种基于气凝胶的高保暖纺织复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于气凝胶的高保暖纺织复合材料及其制备方法，由外向内分别为防水透湿层、气凝胶保暖层、远红外遮光层、相变储能层和防水透湿层。本发明专利技术解决了气凝胶作为保暖材料应用时的掉粉问题，避免了气凝胶在应用过程中再次干燥对其三维空间结构的破坏，保护其导热系数的优势不被破坏，并且针对气凝胶作为保暖材料主体热辐射热量散失大的缺陷进行了改进，进一步提升了材料的服用性和保暖性，赋予了材料自我温度调节的功能，具有良好的市场应用前景。

A high thermal insulation textile composite material based on aerogels and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于气凝胶的高保暖纺织复合材料及其制备方法
本专利技术属于纺织材料领域，特别涉及一种基于气凝胶的高保暖纺织复合材料及其制备方法。
技术介绍
气凝胶是纳米多孔非晶态材料，具有连续的三维网络结构，是世界上最轻的固体，有“固态烟雾”之称。其具有低密度(0.003-0.3g/cm3)、高孔隙率(80％-99.8％)、大比表面积(100-1600m2/g)和低导热率(10-40mW/(m·K))等优点，被期许为：“改变世界的神奇材料”，在航空航天、石油化工、环境处理、能量储存与转化、建筑保温等诸多领域具有潜在应用价值。在气凝胶的化学制备方法中，溶胶-凝胶法是目前国内外最常用的，二氧化硅气凝胶的制备主要涉及以下三个步骤：①硅源经溶胶-凝胶制备湿凝胶；②湿凝胶的老化；③湿凝胶经干燥工艺得到气凝胶。其中干燥阶段由于表面张力的存在极易造成气凝胶材料的破碎和孔结构的破坏，因此气凝胶的干燥成为气凝胶材料制备过程中最为关键的一个阶段。当前气凝胶材料的干燥手段主要包括超临界干燥和常压干燥，超临界干燥是防止干燥过程中凝胶破裂最有效的方法之一，可以避免或减少干燥时因溶剂表面张力导致的体积大幅收缩和开裂，得以完整保存性能优异的结构，但是高达数十乃至上百个大气压的临界压力对设备、成本、操作技术以及安全都会造成负面影响，尤其容易出现设备爆炸的事故；常压干燥通常是对湿凝胶或前驱体溶液进行疏水改性处理然后通过一定的升温制度获得最后的气凝胶结构，成本较低但是周期较长工艺相对较为复杂。与超临界干燥相比，常压干燥设备简单、便宜，只要技术成熟，即能进行连续性及规模化生产。但常压干燥时，孔隙中流体的迁移会使液体产生毛细管力，从而导致气凝胶结构收缩和坍塌。气凝胶的应用受到两大因素的制约：一是气凝胶的高孔隙率使得这种材料非常脆弱，在实际应用环境中的耐用性较差；二是在气凝胶制备过程中常用到超临界干燥技术，涉及高温高压，成本较高。目前，关于气凝胶在建筑保温、工业节能领域的应用的文献报道和专利较多，气凝胶在节能保温的应用形式主要有四种：气凝胶颗粒、气凝胶毡、气凝胶板和气凝胶玻璃。尤以纤维-SiO2复合气凝胶隔热材料的应用最多，主要采取溶胶凝胶法和物理掺杂法制备。溶胶凝胶法是在气凝胶的制备过程中通过将纤维等增强材料与即将凝胶或己达到凝胶条件的溶胶进行混合，制成纤维与溶胶相混合的湿凝胶，此后对制得的湿凝胶进行老化、改性，最终经干燥后可制得气凝胶复合材料。材料整体隔热性能稳定，整体机械性能也能有很大的提升。缺点在于凝胶整体成型法也要涉及干燥过程，造成制作工艺较为复杂，对设备要求高，能源消耗大，增强纤维在溶胶中分散特性及气凝胶与增强材料的结合特征也会显著影响制作出的气凝胶复合材料性能。物理掺杂法是将己制得的SiO2气凝胶粉碎，研磨制成SiO2气凝胶颗粒或粉末，将这些粉末或颗粒直接或溶解分散到溶剂中后按一定比例与增强材料、粘合剂进行混合，压模制成SiO2气凝胶复合材料。总的来说，物理掺杂法制备较为简单，然而此材料混合后在粘结压模过程中无法避免会出现大孔或微孔，无法发挥充分发挥气凝胶低导热系数的优势。除此之外，由于粘合剂的加入，导致材料本身导热系数增加，因此，使用此种制作工艺时要选择导热系数较低的粘合剂，且在压模工艺要注意避免大孔及微孔的产生。专利CN106757781B《一种气凝胶隔热毡的制备方法》公开了一种可在工业节能领域应用的气凝胶隔热毡，提到将气凝胶粉分散于溶剂中并喷淋于玻璃纤维毡上，最后针刺成毡。该方法实现了气凝胶的简单应用并可以起到保温的效果，但是存在应用过程中严重的掉粉问题，容易被施工人员吸入造成二次伤害，加之这种毡强度高手感硬，无法直接拿来应用于纺织服装领域，同时干燥的气凝胶粉被溶剂分散、润湿，再次干燥过程中会引起气凝胶三维网络结构的坍塌和收缩破裂，失去了低导热率的优势，何谈高效隔热。类似方法制备气凝胶纤维毡的专利还有CN107604634A一种二次复合的气凝胶纤维毡及其制备方法等；同样已授权专利CN106739232B《一种气凝胶无纺布的制备方法》公开的制备气凝胶无纺布方法，也是将气凝胶粉分散在溶剂中，之后直接将喷胶棉浸泡在该溶剂中，使喷胶棉能吸收气凝胶，然后经过长时间的高温烘干后在喷胶棉上下两层通过粘合剂热压PET无纺布，得到一种具有良好柔软度的绝热保温材料。如果能解决透气性的问题，该专利存在应用到纺织服装领域的可能性。众所周知气凝胶的干燥对于保持其原有湿凝胶时的优异结构及性能有着至关重要的作用，该方法解决了气凝胶应用过程中掉粉的问题，但是依旧面临着需要再次干燥，会造成气凝胶三维网络结构的坍塌和收缩破裂，失去了低导热率的优势，而且干燥过程周期长，工艺复杂，会遇到大量有机废气排放的环保问题。授权专利CN105599396B一种喷压式气凝胶毡及其制备方法公开了一种在建筑保温领域应用的制备气凝胶毡的方法，直接将气凝胶粉末喷到玻璃纤维毡上，避免了气凝胶润湿再干燥对其孔隙结构的影响，综合了气凝胶和玻纤毡的隔热性能，减轻了毡体质量，降低了生产成本，提高了气凝胶毡的机械强度和使用寿命。该专利仍存在气凝胶毡加工、运输及使用过程中掉粉的问题。人体与环境的热交换有超过40％是通过红外热辐射进行的，气凝胶有很好的隔热效果，但是阻止红外辐射传热却是其弱项，应用纯气凝胶无法制备出理想的保温服装，因此该专利依然无法直接应用于纺织服装领域。随着气凝胶制备的日趋成熟，纺织学者没有停止过将此隔热效果好、质轻的材料应用于服装行业，已有学者开始从纺丝着手研究气凝胶在纺织领域的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于气凝胶的高保暖纺织复合材料及其制备方法，解决了气凝胶作为保暖材料应用时的掉粉问题，避免了气凝胶在应用过程中再次干燥对其三维空间结构的破坏，保护其导热系数的优势不被破坏，并且针对气凝胶作为保暖材料主体热辐射热量散失大的缺陷进行了改进，进一步提升了材料的服用性和保暖性，赋予了材料自我温度调节的功能，具有良好的市场应用前景。本专利技术提供了一种基于气凝胶的高保暖纺织复合材料，由外向内分别为防水透湿层、气凝胶保暖层、远红外遮光层、相变储能层和防水透湿层。所述防水透湿层的外层为防水纬编平针织物面料，并在内层热压防水透气膜。所述防水纬编平针织物面料的材质为涤纶面料，克重30～150g/m2，纱线20～75D,纱支为12～40s。纬编平针织物面料进行防水整理的工艺为：使用0.5％～3％防水剂TG-5671，购自大金氟化工(中国)有限公司，采用一浸一轧整理的方法，定型温度为150～180℃，定型时间30～90s。面料经防水整理后防水等级为70～100(按AATCC22-2012标准测试)。所述防水透湿层的内层为防水透气膜(单侧带点状胶)。所述热熔胶防水透气膜为TPU或PTFE膜，厚度为10～200μm，孔隙率为25～96％，平均孔径为0.05～0.5μm，来自深圳市高尔斯特科技有限公司。所述气凝胶保暖层通过将絮片纤网铺于热熔胶网膜之上形成纤维基体，再将气凝胶粉喷涂在絮片纤网表面而得，厚度为0.1～10mm。所述絮片纤网由聚酯纤维包括中空纤维(保暖性更好)，棉纤维，聚酰胺纤维、粘胶纤维中的一种或几种混合后经梳理、铺网、针刺而成，克重为80～200g/m2。所述热熔胶网膜为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于气凝胶的高保暖纺织复合材料，其特征在于：由外向内分别为防水透湿层、气凝胶保暖层、远红外遮光层、相变储能层和防水透湿层。

【技术特征摘要】
1.一种基于气凝胶的高保暖纺织复合材料，其特征在于：由外向内分别为防水透湿层、气凝胶保暖层、远红外遮光层、相变储能层和防水透湿层。2.根据权利要求1所述的高保暖纺织复合材料，其特征在于：所述防水透湿层的外层为防水纬编平针织物面料，内层热压防水透气膜。3.根据权利要求2所述的高保暖纺织复合材料，其特征在于：所述防水纬编平针织物面料的材质为涤纶面料；所述防水透气膜为单侧带点状热熔胶的TPU或PTFE膜。4.根据权利要求1所述的高保暖纺织复合材料，其特征在于：所述气凝胶保暖层通过将絮片纤网铺于热熔胶网膜之上形成纤维基体，再将气凝胶粉喷涂在絮片纤网表面而得。5.根据权利要求1所述的高保暖纺织复合材料，其特征在于：所述远红外遮光层为具备红外遮光功能的喷胶棉纤网。6.根据权利要求1或5所述的高保...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳晓松，王先锋，杜博超，纪新颖，杨兴友，周盼红，李晓宇，
申请(专利权)人：上海驰纺材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31