一种气凝胶纤维填充材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种气凝胶纤维填充材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：将气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合，获得复合物；对所述复合物进行热处理定型，使气凝胶纤维相互粘连搭接堆积形成稳定三维立体网络结构，获得气凝胶纤维填充材料。所获气凝胶纤维填充材料具有由气凝胶纤维相互粘连搭接堆积形成的稳定三维立体网络结构。本发明专利技术的制备方法工艺简单、流程短，并且还可通过调整功能材料添加剂获得不同的功能气凝胶纤维填充材料，极大的扩大了气凝胶纤维填充材料的种类与应用范围；本发明专利技术的气凝胶纤维填充材料所含气凝胶比例显著提高，材料的隔热性能优异，结构稳定，在隔热保温、芯材填充、结构支撑等领域具有广阔应用前景。前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
一种气凝胶纤维填充材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种气凝胶纤维填充材料及其制备方法与应用，属于纺织材料


技术介绍

[0002]纤维填充材料包括絮片、纤维毡等，是纺织行业的重要原材料，其最大的特点便是轻便保暖，主要应用于被服、建筑外层保温。随着人们的生活品质逐步提高，对填充材料的需求也逐步提高。现代生活对絮片提出了更轻便，更保暖的需求外同时要求絮片具有舒适、环保、美观等多功能。传统填充料的制备所采用的天然纤维、化学纤维的潜力已经基本被开发完全，因此需要采用新的纤维形式以获得结构上的新突破。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种气凝胶纤维填充材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足，获得一种新型的保温填充材料。
[0004]本专利技术的另一目的还在于提供所述气凝胶纤维填充材料的应用。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术实施例提供了一种气凝胶纤维填充材料的制备方法，其包括：
[0007]将气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合，获得复合物；
[0008]对所述复合物进行热处理定型，使气凝胶纤维相互粘连搭接堆积形成稳定三维立体网络结构，获得气凝胶纤维填充材料，并且所述气凝胶纤维填充材料中，气凝胶纤维占整体材料体积比为80～99％，所述气凝胶纤维填充材料的密度为0.01～0.7g/cm3，所述气凝胶纤维填充材料的压缩强度大于10kPa，压缩恢复率为30～98％，热导率为0.01～0.1W/(m
·
K)。
[0009]在一些实施例中，所述气凝胶纤维的材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯、石墨烯、氮化硼、氧化硅、Mexene材料等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0010]在一些实施例中，所述气凝胶纤维包括具有选定界面形状的短纤，其中，所述选定界面形状包括圆形、中空、三角形、四角形、三叶形、多叶形、藕形、十字形等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0011]在一些实施例中，所述制备方法包括：至少采用喷淋、涂布、机械混合等中的任一种方式将所述气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合。
[0012]进一步地，所述制备方法还包括：对气凝胶纤维进行加工，得到长径比大于10∶1的短纤。
[0013]在一些实施例中，所述制备方法还包括：在制备气凝胶纤维的过程中，加入作为助剂的功能材料，其中，所述功能材料包括金属氧化物、碳材料、功能性纳米材料等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0014]本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的气凝胶纤维填充材料，所述气凝胶纤维填充材料是由气凝胶纤维经热处理定型后相互粘连搭接堆积形成的，所述气凝胶纤维填充材料具有稳定三维立体网络结构，所述气凝胶纤维填充材料中气凝胶纤维的体积比为80～99％，所述气凝胶纤维填充材料的密度为0.01～0.7g/cm3，所述气凝胶纤维填充材料的压缩强度大于10kPa，压缩恢复率为30～98％，热导率为0.01～0.1W/(m
·
K)。
[0015]在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料在宏观上表现为絮片或纤维毡。
[0016]进一步地，所制备得到的气凝胶纤维填充材料呈现整体疏水、整体亲水或部分亲水部分疏水性状，根据添加助剂不同体现出保温隔热、红外发射、电磁屏蔽、光热、除菌等与助剂相关的功能。
[0017]本专利技术实施例还提供了前述气凝胶纤维填充材料于隔热保温、芯材填充、结构支撑、红外发射、电磁屏蔽、光热或除菌领域等领域中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0019]1)本专利技术提供的气凝胶纤维填充材料的制备方法，无需复杂的合成技术，整体制备过程无复杂化学反应发生，制备工艺简单、流程短，可实现大规模气凝胶纤维填充料的制备；整体气凝胶结构显著降低了填充料的密度，并且还可以通过调整功能材料添加剂获得不同的功能气凝胶纤维填充材料，极大的扩大了气凝胶纤维填充材料的种类与应用范围；
[0020]2)本专利技术采用新工艺、新流程研发的气凝胶纤维填充材料的制备方法进一步提高了现有保暖絮片的隔热保温能力，制备的气凝胶填充材料相较现有气凝胶填充材料所含气凝胶比例显著提高，材料的隔热性能优异，结构稳定，在隔热保温、芯材填充、结构支撑等领域具有广阔的应用前景；
[0021]3)本专利技术制备的气凝胶纤维填充材料的主体材料为气凝胶纤维，由气凝胶纤维作为力学的承担主体，气凝胶纤维的隔热性能获得最大的保留，同时整体纤维填充材料的密度将显著降低。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本专利技术实施例1所获气凝胶纤维填充材料前驱体的照片；
[0024]图2是本专利技术实施例1所获气凝胶纤维填充材料的照片；
[0025]图3是本专利技术实施例1所获气凝胶纤维填充材料的扫描电子显微镜照片；
[0026]图4是本专利技术实施例2所获气凝胶纤维填充材料的扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
[0027]气凝胶纤维是一种全新结构的纤维，其纤维具有极高的孔隙率与比表面积，微观上的气凝胶结构使其相比传统的异形纤维、中空纤维、超细纤维等具有了更为优良的隔热性能，相比与传统的纤维，以气凝胶纤维作为主体材质所制备的填充料应该具有更低的骨架导热率，在同样的填充体积下具有更轻的质量和更优良的保温性能。
[0028]因此，鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是以气凝胶纤维为主体材料，通过对絮片制备工艺进行改良与探索，制备了轻质、保温、多功能化的气凝胶纤维填充材料。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0029]本专利技术实施例的一个方面提供的一种气凝胶纤维填充材料是由气凝胶纤维与粘结剂经热处理定型后相互粘连搭接堆积形成的，所述气凝胶纤维填充材料具有稳定三维立体网络结构，所述气凝胶纤维填充材料中气凝胶纤维的体积比为80～99％。
[0030]在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的主体为气凝胶纤维，其宏观上表现为絮片、纤维毡或与其他材料共混得到的纤维制品。
[0031]在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的微观结构为以气凝胶纤维为主体搭接形成的稳定三维网络结构，填充材料具有一定的弹性与力学强度。
[0032]在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的整体呈现整体疏水、整体亲水或部分亲水部分疏水性状。
[0033]在一些实施例中，所述气凝胶纤维的主体材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯、石墨烯、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气凝胶纤维填充材料的制备方法，其特征在于包括：将气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合，获得复合物；对所述复合物进行热处理定型，使气凝胶纤维相互粘连搭接堆积形成稳定三维立体网络结构，获得气凝胶纤维填充材料，并且所述气凝胶纤维填充材料中，气凝胶纤维占整体材料体积比为80～99％，所述气凝胶纤维填充材料的密度为0.01～0.7g/cm3，所述气凝胶纤维填充材料的压缩强度大于10kPa，压缩恢复率为30～98％，热导率为0.01～0.1W/(m
·
K)。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述气凝胶纤维的材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯、石墨烯、氮化硼、氧化硅、Mexene材料中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述气凝胶纤维的直径为500μm～0.1μm，孔隙率为3％～99.5％，优选为20％～99.5％，其中所述气凝胶纤维所含孔洞的孔径为4nm～1μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述气凝胶纤维包括具有选定界面形状的短纤，其中，所述选定界面形状包括圆形、中空、三角形、四角形、三叶形、多叶形、藕形、十字形中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述气凝胶纤维的长径比大于10∶1。4.根据权利要求1所述的气凝胶纤维填充材料，其特征在于：所述粘结剂的形态为液态或固态，优选的，所述气凝胶纤维填充材料中粘结剂占整体材料的体积比为0.1～20％，优选的，所述液态粘结剂包括选定高分子和/或选定高分子前驱体，其中，所述选定高分子包括聚丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述固态粘结剂包括热熔型高分子和/或无机材料，尤其优选包括聚酯纤维、聚乙烯、聚丙烯、玻璃纤维、低熔点玻璃粉中的任意一种或两种以上的组合。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：至少采用喷淋、涂布、机械混合中的任一种方式将所述气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合；优选的，所述混合的方法包括：向至少部分气凝胶纤维表面喷淋包含粘结剂的溶液；优选的，所述混合的方法包括：向至少部分气凝胶纤维表面涂布包含粘结剂的溶液；优选的，所述混合的方法包括：将所述气凝胶纤维与固态粘结剂进行机械混合；和/或，所述制备方法还...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学同，刘增伟，李太岭，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：