CN111169122A - 气凝胶棉及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
气凝胶棉及其生产工艺，结构包括：底层涤纶丝棉、气凝胶混合层和表层涤纶丝棉，气凝胶混合层设于底层涤纶丝棉和表层涤纶丝棉之间，气凝胶混合层点状分布于底层涤纶丝棉和表层涤纶丝棉上。其中，气凝胶混合层包括：气凝胶粉、TPU粉和发泡剂粉。本发明与传统技术相比，产品有极好的透气性。有较高的热阻断性能。实现了，保温材料的轻薄化突破。
Description
技术领域
本发明涉及一种面料领域，具体涉及气凝胶棉及其生产工艺。
背景技术
传统的棉质面料的保温原理是通过棉花的阻断效果，将外部的温度进行隔断处理。因此传统的棉质面料棉花越厚，阻断效果越好。这样要增强棉质面料就需要加厚棉花。这样对面料的成本和舒适度都会有影响。
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棉质面料领域将会起到很好的隔断效果。
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，使得它在与面料结合的过程中，会漂浮在面料表面，无法固定。另一方，它不溶解于水，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，产生了扬灰先下，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，如何让棉质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，提供气凝胶棉及其生产工艺，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。
气凝胶棉，包括：底层涤纶丝棉、气凝胶混合层和表层涤纶丝棉，所述气凝胶混合层设于底层涤纶丝棉和表层涤纶丝棉之间，所述气凝胶混合层点状分布于底层涤纶丝棉和表层涤纶丝棉上；
其中，所述气凝胶混合层包括：气凝胶粉、TPU粉和发泡剂粉，所述气凝胶粉的重量比为1～20％，所述TPU粉的重量比为1～96％，所述发泡剂粉的重量比为1～40％。
进一步，所述表层涤纶丝棉为单层涤纶中棉。
进一步，所述表层涤纶丝棉为复数涤纶中棉通过粘合材料叠加。
进一步，所述气凝胶粉的重量比为1～10％，所述TPU粉的重量比为60～90％，所述发泡剂粉的重量比为15～30％。
进一步，所述气凝胶粉的体积比为1～90％，所述TPU粉的体积比为1～60％，所述发泡剂粉的体积比为1～50％。
气凝胶棉的生产工艺，包括：
步骤1：铺设底层涤纶丝棉，3D打印机通过增层加工方法，将气凝胶混合体，以点状分布状态植入底层涤纶丝棉，让气凝胶混合体分布于底层涤纶丝棉上部和底层涤纶丝棉中部；
步骤2：将步骤1的材料送入高温烘箱，加温到130℃～200℃，将气凝胶混合体，高温熔化并冷却后定型；
步骤3：表层涤纶丝棉根据实际要求制作单层涤纶中棉或多层涤纶中棉；
步骤4：将步骤2的材料通过粘合材料与步骤3的材料叠加；
步骤5：高温热熔，将步骤4中的中间件放入烘箱进行加热，加温到130℃～200℃，将中间的粘合材料热熔，产生粘合力，将上下层材料粘合连接。
进一步，所述步骤3中的表层涤纶丝棉的单层涤纶中棉包括：含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉和不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉，所述含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉的加工步骤与步骤1的加工步骤一样，所述不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉只包含涤纶丝棉。
进一步，所述步骤3中的表层涤纶丝棉的多层涤纶中棉为数量大于等于1，所述步骤3中的表层涤纶丝棉的多层涤纶中棉为含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉和不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉组成的复合体结构，含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉和不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉之间通过粘合材料连接，所述含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉的加工步骤与步骤1的加工步骤一样，所述不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉只包含涤纶丝棉。
本发明的有益效果：
本发明与传统技术相比，产品有极好的透气性。有较高的热阻断性能。实现了，保温材料的轻薄化突破。
附图说明
图1为本发明的成品结构图。
图2为本发明的步骤1的加工示意图。
图3为本发明实施例1的加工示意图。
图4为本发明实施例2的加工示意图。
图5为本发明实施例3的加工示意图。
附图标记：
底层涤纶丝棉100、底层涤纶丝棉上部110和底层涤纶丝棉中部120。
气凝胶混合层200、表层涤纶丝棉300和粘合材料400。
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为本发明的成品结构图。图2为本发明的步骤1的加工示意图。图3为本发明实施例1的加工示意图。
如图1所示，气凝胶棉包括：底层涤纶丝棉100、气凝胶混合层200和表层涤纶丝棉300，气凝胶混合层200设于底层涤纶丝棉100和表层涤纶丝棉300之间，气凝胶混合层200点状分布于底层涤纶丝棉100和表层涤纶丝棉300上；
其中，气凝胶混合层200包括：气凝胶粉、TPU粉和发泡剂粉，气凝胶粉的重量比为1～20％，TPU粉的重量比为1～96％，发泡剂粉的重量比为1～40％。
表层涤纶丝棉300为单层涤纶中棉。
表层涤纶丝棉为复数涤纶中棉通过粘合材料400叠加。
气凝胶粉的重量比为1～10％，TPU粉的重量比为60～90％，发泡剂粉的重量比为15～30％。
气凝胶粉的体积比为1～90％，TPU粉的体积比为1～60％，发泡剂粉的体积比为1～50％。
气凝胶棉的生产工艺，包括：
如图2所示，步骤1：铺设底层涤纶丝棉100，3D打印机通过增层加工方法，将气凝胶混合体，以点状分布状态植入底层涤纶丝棉100，让气凝胶混合体分布于底层涤纶丝棉上部110和底层涤纶丝棉中部120；
步骤2：将步骤1的材料送入高温烘箱，加温到130℃～200℃，将气凝胶混合体，高温熔化并冷却后定型；
步骤3：表层涤纶丝棉300根据实际要求制作单层涤纶中棉或多层涤纶中棉；
步骤4：将步骤2的材料通过粘合材料400与步骤3的材料叠加；
步骤5：高温热熔，将步骤4中的中间件放入烘箱进行加热，加温到130℃～200℃，将中间的粘合材料400热熔，产生粘合力，将上下层材料粘合连接。
步骤3中的表层涤纶丝棉300的单层涤纶中棉包括：含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉和不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉，含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉的加工步骤与步骤1的加工步骤一样，不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉只包含涤纶丝棉。
步骤3中的表层涤纶丝棉300的多层涤纶中棉为数量大于等于1，步骤3中的表层涤纶丝棉300的多层涤纶中棉为含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉和不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉组成的复合体结构，含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉和不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉之间通过粘合材料400连接，含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉的加工步骤与步骤1的加工步骤一样，不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉只包含涤纶丝棉。
本发明的目的就是将气凝胶添加到材料中。原因是气凝胶的自身优秀的效果。气凝胶隔热效果强，气凝胶为多孔质材料，每个空间都有均等的骨骼分隔，阻止了气凝胶内的空气对流以及热交换。通常空气中空气分子的平均自由行程为70nm,而气凝胶的空间比它还小为10～30nm。这样得到比美真空的隔热效果。弯曲细小的骨骼形成传导距离的延长，同时材料为二氧化硅热导系数低也大大降低了热量的传导。无数的空间隔层，切断了反射辐射热的传导。气凝胶密度非常低，硅系气凝胶为二氧化硅的骨骼与90～97％的空气构成，密度为70mg/cm3。粒子大小：約1-5μm，孔径：10-30m，耐热温度范围：-200℃～1200℃，多孔性：>75％，热传导率：0.012～0.018W/m·K。和传统材料相比，气凝胶为传统材料热传导率的1/3/～1/5。具有优异的保温隔热性能。热传导率比其他材料低，即使很薄的保温层热损失也很低。因温度的上升，热传导率的变化很小，高温时段的隔热性能好。
本发明是利用气凝胶小孔径中空气分子不震动，不产生热交换等隔绝热传递三大途径的特性。用3D打印方法将气凝胶在服装面料上。与同等厚度，重量的面料相比，气凝胶面料在保证透气前提下更保暖，延展性更好。
而气凝胶传统上，不溶解于水，不溶于有机液体，又非常轻，传统工艺无法混料搅拌，所以无法抓握施工。如果尝试加入混料，也很难固定，会逃逸出来。一旦逃逸对环境和身体都会造成影响。
本发明的原理是：
利用TPU粉和发泡剂粉混合体将气凝胶混合形成一种新的混合物，然后将气凝胶混合体通过3D打印技术，以点状形式分布于表面材料，也就是底层涤纶丝棉100上。这样就能够将气凝胶锁住。
本发明的创新点是，在上述的基础上，增加气凝胶的保有量。目前的技术，将气凝胶封存后，含量就已经固定了，且整体的含量层次不齐。为了保证封装的效果，几乎大多数的气凝胶总量占比不足30％。
如图2和3所示，本发明工艺采用叠层技术。即在附着气凝胶混合点状体的涤纶中棉上，覆盖一层或数层中棉，或覆盖一层或数层附着气凝胶混合点状体的涤纶中棉。在本实施例中，我们在底层涤纶丝棉100和表层涤纶丝棉300上都覆盖了一层气凝胶混合层200，然后通过粘合材料400，送入高温烘箱，加温到180℃，将中间粘合材料400热熔，产生粘合力，将上下层材料粘合连接。在本实施例中，底层涤纶丝棉100和表层涤纶丝棉300为90g/m2，气凝胶混合层200为40g/m2。
这种生产工艺，使本面料的结构发生了重大改变，大幅度增加了气凝胶的占比总量。90克中棉厚度的面料，通过液氮测试保温效果。向本发明直接喷射液氮，瞬间温度为-60℃。静至5秒后，可测的表面温度为零下-48℃。面料反面在经过了30秒钟有效的冷却穿透后，从原来的17.7℃下降到16.2℃，实际测得温度比起始温度降温1.5℃。
在本实施例中，气凝胶混合层200的重量配比为：气凝胶粉的重量比为7％，TPU粉的重量比为65％，发泡剂粉的重量比为28％。
实施例2
图4为本发明实施例2的加工示意图。
如图4所示，在本实施例中，只覆盖一层中棉，不额外添加气凝胶混合层。其他步骤和实施例1相同。通过液氮测试保温效果。向本发明直接喷射液氮，瞬间温度为-60℃。静至5秒后，可测的表面温度为零下-48℃。面料反面在经过了30秒钟有效的冷却穿透后，实际测得温度比起始温度降温1.5℃。
实施例3
图5为本发明实施例3的加工示意图。
如图5所示，在本实施例中，在实施例2的基础上增加覆盖一层中棉，在中棉上在覆盖一层气凝胶混合层，形成一种叠加态。通过这种工艺，我们还可以继续往上来增加保温效果。由于气凝胶混合层非常的轻薄，因此相较于传统通过叠加棉的方式，隔绝空气产生保温性能，本发明利用二氧化硅气凝胶材料本身的热阻断性能，加阻断热传导的气凝胶均匀的分布于保温材料中部，实现轻薄状态下的保温。不需要太大的厚度，不是依靠空气隔断，而是依靠材料本身对热传导的隔断。打破越厚越暴暖的传统规律。而点状分布的目的是，既利用气凝胶混合体的点状结构，产生隔热效应。又不是连续分布，以免材料变硬。点状分布，既利用空间，再后续的叠层加工中，形成立体的交叉分布，形成气凝胶体的大面积覆盖。又手感软糯，适合服装材料的应用。
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 (8)
1.气凝胶棉，其特征在于，包括：底层涤纶丝棉(100)、气凝胶混合层(200)和表层涤纶丝棉(300)，所述气凝胶混合层(200)设于底层涤纶丝棉(100)和表层涤纶丝棉(300)之间，所述气凝胶混合层(200)点状分布于底层涤纶丝棉(100)和表层涤纶丝棉(300)上；
其中，所述气凝胶混合层(200)包括：气凝胶粉、TPU粉和发泡剂粉，所述气凝胶粉的重量比为1～20％，所述TPU粉的重量比为1～96％，所述发泡剂粉的重量比为1～40％。
2.根据权利要求1所述的气凝胶棉，其特征在于：所述表层涤纶丝棉(300)为单层涤纶中棉。
3.根据权利要求1所述的气凝胶棉，其特征在于：所述表层涤纶丝棉为复数涤纶中棉通过粘合材料(400)叠加。
4.根据权利要求1所述的气凝胶棉，其特征在于：所述气凝胶粉的重量比为1～10％，所述TPU粉的重量比为60～90％，所述发泡剂粉的重量比为15～30％。
5.根据权利要求1所述的气凝胶棉，其特征在于：所述气凝胶粉的体积比为1～90％，所述TPU粉的体积比为1～60％，所述发泡剂粉的体积比为1～50％。
6.气凝胶棉的生产工艺，其特征在于，包括：
步骤1：铺设底层涤纶丝棉(100)，3D打印机通过增层加工方法，将气凝胶混合体，以点状分布状态植入底层涤纶丝棉(100)，让气凝胶混合体分布于底层涤纶丝棉上部(110)和底层涤纶丝棉中部(120)；
步骤2：将步骤1的材料送入高温烘箱，加温到130℃～200℃，将气凝胶混合体，高温熔化并冷却后定型；
步骤3：表层涤纶丝棉(300)根据实际要求制作单层涤纶中棉或多层涤纶中棉；
步骤4：将步骤2的材料通过粘合材料(400)与步骤3的材料叠加；
步骤5：高温热熔，将步骤4中的中间件放入烘箱进行加热，加温到130℃～200℃，将中间的粘合材料(400)热熔，产生粘合力，将上下层材料粘合连接。
7.根据权利要求6所述的气凝胶棉的生产工艺，其特征在于：所述步骤3中的表层涤纶丝棉(300)的单层涤纶中棉包括：含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉和不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉，所述含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉的加工步骤与步骤1的加工步骤一样，所述不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉只包含涤纶丝棉。
8.根据权利要求6所述的气凝胶棉的生产工艺，其特征在于：所述步骤3中的表层涤纶丝棉(300)的多层涤纶中棉为数量大于等于1，所述步骤3中的表层涤纶丝棉(300)的多层涤纶中棉为含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉和不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉组成的复合体结构，含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉和不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉之间通过粘合材料连接，所述含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉的加工步骤与步骤1的加工步骤一样，所述不含有气凝胶混合体的单层涤纶中棉只包含涤纶丝棉。
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|---|---|---|---|---|
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