CN110039847B - 一种3d打印气凝胶羽绒面料及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印气凝胶羽绒面料及其生产工艺，结构包括：底层面料、粘结层、防风透气层、气凝胶柱状发泡体、弹力锁绒层、羽绒层和表层面料。气凝胶柱状发泡体包括：气囊层、胶体、气凝胶层热熔胶和气凝胶。本发明与传统技术相比，增加了气凝胶柱状发泡体，该结构成功的将气凝胶固定在了面料上，在使用过程中采用双重保护的手段避免了掉粉的发生。而气凝胶使整个面料具有良好的透气性和轻薄性，同时具有高效保温效果，它的拒水性能实现内层防水，而且同时具有四面弹力保证舒适。

Description

一种3D打印气凝胶羽绒面料及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种面料领域，具体涉一及种3D打印气凝胶羽绒面料及其生产工艺。
背景技术
气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体。密度为3千克每立方米。因为密度极低，目前最轻的气凝胶仅有0.16毫克每立方厘米，比空气密度略低。由于气凝胶中一般80％以上是空气，所以有非常好的隔热效果，这同样可以理解成它具有很好的保温效果。
综上所述，气凝胶是一种轻量化，同时具有很强保温效果的材料。这意味着如果把它运用到纺织面料领域将会非常的合适。
但实际上，气凝胶是一种非常难驾驭的材料，首先是轻，轻作为它的优点也是它难以应用的关键，因为太轻，中间的真空颗粒充满了空气，使得它在于面料结合的过程中，会漂浮在面料表面，无法固定。另一方，它不溶于水，不溶于有机溶液，同时，它本身就是耐高温材料，非常难融化，使得传统的面料工艺中的固定方法全部失效。
目前，唯一的气凝胶应用案例是采用物理锤击针刺的方法，用铁毡将气凝胶锤入面料中形成结构性固定。但是，这个工艺最大的问题，危险性很大。
它的危险性分为两个方面，首先是生产过程中，如上文所述，气凝胶非常的轻，当锤击的过程中，大量的气凝胶是一种漂浮的状态，产生了扬灰现象，这意味这些微小的颗粒很可能对环境造成污染，并对工作人员产生很大的健康问题。其次是使用过程中，由于气凝胶是被物理性的敲打进面料中，这种不稳定的嵌入结构会有掉粉情况产生，同样会对使用者造成一定的健康问题。
因此，如何让面料与气凝胶完成固定成为需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种3D打印气凝胶羽绒面料及其生产工艺，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。
一种3D打印气凝胶羽绒面料，其特征在于，包括：底层面料、粘结层、防风透气层、气凝胶柱状发泡体、弹力锁绒层、羽绒层和表层面料，所述底层面料通过粘结层与防风透气层底部粘接，所述防风透气层顶部与气凝胶柱状发泡体底部连接，所述气凝胶柱状发泡体顶部与弹力锁绒层连接，所述弹力锁绒层顶部上设有羽绒层，所述表层面料底部与防风透气层、气凝胶柱状发泡体、弹力锁绒层和羽绒层嵌入组成中空层；
其中，所述气凝胶柱状发泡体包括：气囊层、胶体、气凝胶层热熔胶和气凝胶，所述气囊层为柱状发泡体结构，所述气囊层包裹于胶体外，所述胶体与气凝胶混合连接，所述气凝胶层热熔胶覆盖于胶体与气凝胶表面。
进一步，所述粘结层为点状结构，所述粘结层为PA热熔胶或TPU热熔胶。
进一步，所述弹力锁绒层为蛛网状结构，所述弹力锁绒层的原料为弹力树脂。
进一步，所述表层面料包括：表层结构、链接纱和底层拉毛结构，所述表层结构、链接纱和底层拉毛结构自上而下依次连接，所述底层拉毛结构为间隙结构。
进一步，所述防风透气层的混合物材料是TPU粉。
进一步，所述中空层是防风透气层、气凝胶柱状发泡体、弹力锁绒层和羽绒层通过热压后嵌入表层面料的底层拉毛结构中形成的中空结构，所述中空层的空隙数值0.1mm～10mm，所述中空层由垂直方向的涤纶纤维予以上下连接。
进一步，一种3D打印气凝胶羽绒面料的生产工艺，包括：
步骤1：喷洒底层加热树脂，将树脂在3D打印机中热熔，然后通过3D打印喷头高压均匀喷射在底层面料上；
步骤2：喷洒防风透气层，将防风透气层的原材料预制成TPU混合胶溶解液，再将半流质状的预制溶解液运用3D打印机的喷头，喷洒在粘结层之上；
步骤3：喷洒气凝胶柱状发泡体，在防风透气层上，打印气凝胶柱状发泡体，气凝胶发泡体在后续热合过程中，会产生热熔粘合力；
步骤4：喷洒弹力锁绒层，将弹力锁绒树脂在3D打印机中热熔，然后通过3D打印喷头高压均匀喷射在气凝胶发泡体上；
步骤5：铺放羽绒层，将羽绒层均匀铺放在弹力锁绒层上；
步骤6：压合，将表层面料覆盖在羽绒层上，压合表层面料的过程中，表层面料底部的底层拉毛结构穿透弹力锁绒层、防风透气层和羽绒层后与气凝胶柱状发泡体层发生热熔粘合，高压压合过程中的高温使具有间隙的底层拉毛结构与锁绒层、防风透气层和羽绒层互相融入形成中空层；
其中，步骤3中的气凝胶柱状发泡体的原料包括：气凝胶、水性不干胶、发泡剂和热熔胶粉。
进一步，所述步骤2的所述防风透气层的TPU混合胶的混合物材料是TPU粉。
进一步，所述步骤3的热熔胶粉包括：TPU粉或PA粉。
本发明的有益效果：
本发明与传统技术相比，增加了气凝胶柱状发泡体，该结构成功的将气凝胶固定在了面料上，在使用过程中采用双重保护的手段避免了掉粉的发生。而气凝胶使整个面料具有良好的透气性和轻薄性，同时具有高效保温效果，它的拒水性能实现内层防水，而且同时具有四面弹力保证舒适。
附图说明
图1为本发明的拆解结构图。
图2为本发明的成品结构图。
图3为气凝胶柱状发泡体的结构图。
附图标记：
底层面料100、粘结层200和防风透气层300。
气凝胶柱状发泡体400、气囊层410、胶体420、气凝胶层热熔胶430和气凝胶440。
弹力锁绒层500和羽绒层600。
表层面料700、表层结构710、链接纱720和底层拉毛结构730。
中空层800。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
实施例1
图1为本发明的拆解结构图。图2为本发明的成品结构图。图3为气凝胶柱状发泡体的结构图。
一种3D打印气凝胶羽绒面料包括：底层面料100、粘结层200、防风透气层300、气凝胶柱状发泡体400、弹力锁绒层500、羽绒层600和表层面料700，底层面料100通过粘结层200与防风透气层300底部粘接，防风透气层300顶部与气凝胶柱状发泡体400底部连接，气凝胶柱状发泡体400顶部与弹力锁绒层500连接，弹力锁绒层500顶部上设有羽绒层600，表层面料700底部与防风透气层300、气凝胶柱状发泡体400、弹力锁绒层500和羽绒层600嵌入组成中空层800；
其中，气凝胶柱状发泡体400包括：气囊层410、胶体420、气凝胶层热熔胶430和气凝胶440，气囊层410为柱状发泡体结构，气囊层410包裹于胶体420外，胶体420与气凝胶440混合连接，气凝胶层热熔胶430覆盖于胶体420与气凝胶440表面。
粘结层200为点状结构，粘结层200为PA热熔胶或TPU热熔胶。其选择是根据成本而定，并不影响技术的实现。因此本实施例中采用PA热熔胶。
弹力锁绒层500为蛛网状结构，弹力锁绒层500的原料为弹力树脂。
表层面料700包括：表层结构710、链接纱720和底层拉毛结构730，表层结构710、链接纱720和底层拉毛结构730自上而下依次连接，底层拉毛结构730为间隙结构。
防风透气层300的混合物材料是TPU粉。
中空层800是防风透气层300、气凝胶柱状发泡体400、弹力锁绒层500和羽绒层600通过热压后嵌入表层面料700的底层拉毛结构中形成的中空结构，中空层800的空隙数值0.1mm～10mm，中空层800由垂直方向的涤纶纤维予以上下连接。
一种3D打印气凝胶羽绒面料的生产工艺包括：
步骤1：喷洒底层加热树脂，将树脂在3D打印机中热熔，然后通过3D打印喷头高压均匀喷射在底层面料上；
步骤2：喷洒防风透气层，将防风透气层的原材料预制成TPU混合胶溶解液，再将半流质状的预制溶解液运用3D打印机的喷头，喷洒在粘结层之上；
步骤3：喷洒气凝胶柱状发泡体，在防风透气层上，打印气凝胶柱状发泡体，气凝胶发泡体在后续热合过程中，会产生热熔粘合力；
步骤4：喷洒弹力锁绒层，将弹力锁绒树脂在3D打印机中热熔，然后通过3D打印喷头高压均匀喷射在气凝胶发泡体上；
步骤5：铺放羽绒层，将羽绒层均匀铺放在弹力锁绒层上；
步骤6：压合，将表层面料覆盖在羽绒层上，压合表层面料的过程中，表层面料底部的底层拉毛结构穿透弹力锁绒层、防风透气层和羽绒层后与气凝胶柱状发泡体层发生热熔粘合，高压压合过程中的高温使具有间隙的底层拉毛结构与锁绒层、防风透气层和羽绒层互相融入形成中空层；
其中，步骤3中的气凝胶柱状发泡体的原料包括：气凝胶、水性不干胶、发泡剂和热熔胶粉。
步骤2的防风透气层的TPU混合胶的混合物材料是TPU粉。
步骤3的热熔胶粉包括：TPU粉或PA粉。其选择是根据成本需求，并不影响具体的技术实现。在本实施例中选择的是TPU粉。
本发明的创新点：本发明的目的是将气凝胶加入到面料中，为了实现这个目的在工艺和材料上进行了改进。
在背景技术中已经阐述了，气凝胶这种材料，非常的轻，且不溶于水、不溶于有机溶液，且耐高温很难融化。传统的工艺无法处理这种物质和其它面料进行结合。
本发明首先在配方中增加了水性不干胶、发泡剂和热熔胶粉，这三种物质。其中，水性不干胶、发泡剂作为过渡材料，用于承接气凝胶和面料表面。首先在常温下将水性不干胶、发泡剂进行混合搅拌，然后添加热熔胶粉和气凝胶。步骤6：压合过程中，多余的水分会迅速蒸发，同时气凝胶柱状发泡体会产生热熔粘合力。而在这个过程中，原料的物理性质也产生了变化。
首先是第一层防护：气囊层410，气囊层410是发泡剂在加热后膨胀鼓起产生的膜状结构的发泡体，而气凝胶就在这层膜内发泡体里锁住，不会外泄。
其次是第二层防护：气凝胶层热熔胶430，它是由TPU粉组成，在加热过程中迅速融化，然后填满整个气囊层410内，牢牢锁住气囊层410的其它物质。
最后是第三层防护：胶体420，胶体420是水性不干胶加热后失去水分形成，在常温下就和气凝胶混合的胶体，轻薄的气凝胶首先就是依附在胶体420上。
因此，气凝胶在三重固定的保护下，可以保证不掉粉。而水性不干胶、发泡剂和热熔胶粉这些液态溶液，能够直接通过3D打印机喷洒在面料上，加工非常方便。
综上，本发明在解决气凝胶固定的问题上，采用原料物理连接的方式，并不是不是暴力嵌入式，而是利用其它媒介作为连接结构，然后进行组合。而结构本身在加工过程中会产生形态变化，保证了面料的四面弹效果。并不会像其它物理性不变的板材结构，影响面料的舒适性。
如图2所示，本发明的中空层是在面料完成后形成的一层独特的结构，其本质是由是防风透气层300、气凝胶柱状发泡体400、弹力锁绒层500和羽绒层600通过热压后嵌入表层面料700的底层拉毛结构中形成的中空结构。其施工工艺是在高温压合过程中，将表层面料700覆盖在羽绒层600上，压合表层面料700的过程中，表层面料700底部的底层拉毛结构730穿透弹力锁绒层500、防风透气层300和羽绒层600后与点状结构的粘结层200发生热熔粘合，高压压合过程中的高温使具有间隙的底层拉毛结构730与弹力锁绒层500、防风透气层300和羽绒层600互相融入形成中空层800。这种结构中间三层实际是一种“散料”状态。左右之间没有连接，上下通过纤维垂直连接，因此拉伸过程可以实现四面弹性的要求。
中空层800的空隙数值0.1mm～10mm，在本实施例中，空隙数值控制在3mm。如果空隙值超过最大范围，会导致中空层800过厚，这样整个面料的弯折就会很困难，手感非常生硬。而如果小于最低值，则会导致过薄，中空层800的保温效果就会降低影响保暖性。
以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。

Claims (9)

1.一种3D打印气凝胶羽绒面料，其特征在于，包括：底层面料(100)、粘结层(200)、防风透气层(300)、气凝胶柱状发泡体(400)、弹力锁绒层(500)、羽绒层(600)和表层面料(700)，所述底层面料(100)通过粘结层(200)与防风透气层(300)底部粘接，所述防风透气层(300)顶部与气凝胶柱状发泡体(400)底部连接，所述气凝胶柱状发泡体(400)顶部与弹力锁绒层(500)连接，所述弹力锁绒层(500)顶部上设有羽绒层(600)，所述表层面料(700)底部与防风透气层(300)、气凝胶柱状发泡体(400)、弹力锁绒层(500)和羽绒层(600)嵌入组成中空层(800)；
其中，所述气凝胶柱状发泡体(400)包括：气囊层(410)、胶体(420)、气凝胶层热熔胶(430)和气凝胶(440)，所述气囊层(410)为柱状发泡体结构，所述气囊层(410)包裹于胶体(420)外，所述胶体(420)与气凝胶(440)混合连接，所述气凝胶层热熔胶(430)覆盖于胶体(420)与气凝胶(440)表面。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印气凝胶羽绒面料，其特征在于：所述粘结层(200)为点状结构，所述粘结层(200)为PA热熔胶或TPU热熔胶。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印气凝胶羽绒面料，其特征在于：所述弹力锁绒层(500)为蛛网状结构，所述弹力锁绒层(500)的原料为弹力树脂。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印气凝胶羽绒面料，其特征在于：所述表层面料(700)包括：表层结构(710)、链接纱(720)和底层拉毛结构(730)，所述表层结构(710)、链接纱(720)和底层拉毛结构(730)自上而下依次连接，所述底层拉毛结构(730)为间隙结构。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印气凝胶羽绒面料，其特征在于：所述防风透气层(300)的混合物材料是TPU粉。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印气凝胶羽绒面料，其特征在于：所述中空层(800)是防风透气层(300)、气凝胶柱状发泡体(400)、弹力锁绒层(500)和羽绒层(600)通过热压后嵌入表层面料(700)的底层拉毛结构中形成的中空结构，所述中空层(800)的空隙数值0.1mm～10mm，所述中空层(800)由垂直方向的涤纶纤维予以上下连接。
7.根据权利要求1所述的一种3D打印气凝胶羽绒面料，其特征在于：一种3D打印气凝胶羽绒面料生产工艺包括：
步骤1：喷洒底层加热树脂，将树脂在3D打印机中热熔，然后通过3D打印喷头高压均匀喷射在底层面料上；
步骤2：喷洒防风透气层，将防风透气层的原材料预制成TPU混合胶溶解液，再将半流质状的预制溶解液运用3D打印机的喷头，喷洒在粘结层之上；
步骤3：喷洒气凝胶柱状发泡体，在防风透气层上，打印气凝胶柱状发泡体，气凝胶发泡体在后续热合过程中，会产生热熔粘合力；
步骤4：喷洒弹力锁绒层，将弹力锁绒树脂在3D打印机中热熔，然后通过3D打印喷头高压均匀喷射在气凝胶发泡体上；
步骤5：铺放羽绒层，将羽绒层均匀铺放在弹力锁绒层上；
步骤6：压合，将表层面料覆盖在羽绒层上，压合表层面料的过程中，表层面料底部的底层拉毛结构穿透弹力锁绒层、防风透气层和羽绒层后与气凝胶柱状发泡体层发生热熔粘合，高压压合过程中的高温使具有间隙的底层拉毛结构与锁绒层、防风透气层和羽绒层互相融入形成中空层；
其中，步骤3中的气凝胶柱状发泡体的原料包括：气凝胶、水性不干胶、发泡剂和热熔胶粉。
8.根据权利要求7所述的一种3D打印气凝胶羽绒面料的生产工艺，其特征在于，所述步骤2的所述防风透气层的TPU混合胶的混合物材料是TPU粉。
9.根据权利要求7所述的一种3D打印气凝胶羽绒面料的生产工艺，其特征在于，所述步骤3的热熔胶粉包括：TPU粉或PA粉。
CN201910400679.6A 2019-05-15 2019-05-15 一种3d打印气凝胶羽绒面料及其生产工艺 Active CN110039847B (zh)

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