一種使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料及其制備方法，復合布料以纖維增強氣凝膠材料為芯層，上下各覆蓋一層面料，芯層與面料之間采水性粘結劑膠為粘結劑。將纖維增強氣凝膠材料過黏膠清理和吹掃處理，在纖維增強氣凝膠材料上、下覆蓋水性粘結劑后，各覆蓋一層布料，將氣凝膠復合布料通過熱輥加壓之后裁邊包裝。本發(fā)明制備的氣凝膠復合布料具有隔熱性能優(yōu)異、透濕性能好、柔軟度好、無粉塵逸出等優(yōu)點，可應用于防寒或防火的帳篷、睡袋、地墊、鞋子、鞋墊、衣服和帽子，以及汽車、飛機、輪船、列車的隔熱內飾等，極大拓寬了氣凝膠復合布料的應用領域，并且工藝簡單，質量易控，適合批量生產。
【專利說明】一種使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合布料及其制備方法，特別涉及以柔性纖維無紡布增強氣凝膠材料為芯層，上下復合面料的氣凝膠復合布料。
[0002]【背景技術】
傳統(tǒng)的防寒功能布料主要是三層結構，外層為有PU涂層或聚四氟乙烯膜的尼龍面料，中間為抓絨面料或膨體聚四氟乙烯材料，再加內層柔軟襯布。但是，在南北級等極寒地區(qū)，普通防寒服往往不能很好的保護好科考人員，迫切需要開發(fā)一種性能更優(yōu)的防寒布料。
[0003]傳統(tǒng)的防火布料主要用于消防服裝等高溫領域，主要由外層、防水透氣層、隔熱層、舒適層多層織物復合而成的。消防員在進行滅火救援靠近火焰區(qū)受到強輻射熱侵害時穿著的專用防護服，用來對其上下軀干、頭部、手部和腳部進行隔熱防護，包括消防上衣、消防褲、消防頭套、消防手套以及防火腳套。外層和舒適層均為永久性阻燃纖維布料，其中外層多為高密度紡織腈氯綸阻燃纖維，舒適層多為無紡芳綸等阻燃纖維面料，隔熱層為玻纖或陶瓷纖維材料。由于玻纖和陶瓷纖維的保溫性能較差，需要較厚的保溫材料才能滿足防護要求，導致消防服比較笨重，十分不利于消防員快速開展營救滅火工作。
[0004]氣凝膠是一種新型納米絕熱材料，1931年由美國Kistler.S.發(fā)明，又被稱為“藍煙”、“凍結的煙”，被成為改變世界的神奇材料，列為20世紀90年代以來10大熱門科學技術之一，是具有巨大應用價值的軍民兩用技術。
[0005]氣凝膠具有以納米量級超微顆粒相互聚集構成納米多孔網絡結構，孔隙率高達80?99.8%，密度可低達0.003g/cm3，室溫導熱系數可低達0.013w/(m *k)，使用溫度可達1300°C，是迄今為止最輕的固體材料和絕熱性能最好的材料，被稱為超級絕熱材料，可廣泛用于航空航天、石油化工、電力冶金、船舶車輛、精密儀器、冰箱冷庫、建筑節(jié)能、服裝鞋帽等領域的絕熱保溫。美國宇航局2013年已經確定，在2018年火星探險時，宇航員們將穿上用新型氣凝膠制造的宇航服。該宇航服中加入一個18毫米厚的氣凝膠層，可以能幫助宇航員扛住1300°C的高溫和零下130°C的超低溫。
[0006]正是基于氣凝膠的優(yōu)異性能，近年來，針對氣凝膠的復合布料開發(fā)非?；钴S。
[0007]專利CN201010134265.2公開了一種用于防水隔熱面料的防水隔熱夾層，以解決了現有防水隔熱面料的透氣性差，保溫能力差的問題。該發(fā)明防水隔熱夾層從內至外由疏水性氣凝膠粉體填料和聚四氟乙烯密封外層組成，疏水性氣凝膠粉體填料均勻鋪展于聚四氟乙烯密封外層中，控制防水隔熱夾層的厚度為0.5?30mm。防水隔熱夾層的導熱系數為
0.025?0.05W/m.Κ，具有很好的保溫隔熱效果；作為外層的聚四氟乙烯有好的防水功能；聚四氟乙烯微孔結構和氣凝膠粉體的可流動性，使得防水隔熱夾層具有良好的透氣性。與現有的保溫防水材料相比，在達到相同的保溫效果的同時，本發(fā)明防水隔熱夾層厚度小，質量輕，質地柔軟，應用方便，應用領域廣。
[0008]專利CN201310263901.5公開了一種保溫隔熱型窗簾。所述窗簾本體包括表層面料和基層面料，層面料和基層面料之間設有二氧化硅氣凝膠層。表層面料上涂有納米銀離子層，具備抗菌、防輻射效果。該發(fā)明所提供的保溫隔熱型窗簾，具有保溫、隔熱特點，產品可廣泛運用于各種極端復雜的環(huán)境下，同時本產品具備一定的抗菌、防輻射效果。
[0009]專利CN201220504967.X公開了一種保溫襪子。所述襪子本體底部設有一層自發(fā)熱保暖遠紅外線面料布層，襪面和襪筒部分設有氣凝膠保溫層。通過自發(fā)熱保暖遠紅外線面料布層產生熱量，使得該襪子可以根據腳部溫度自動調溫，促進腳部的血液循環(huán)，氣凝膠隔熱層具有保溫作用，可以有效的保持腳部的溫度，不受外部環(huán)境的影響，在極其寒冷的情況下也能發(fā)揮保溫的功能。
[0010]專利CN201120565824.5和CN201110453220.6公開了一種具有隔熱吸汗透氣防水功能的衣料，包括外層、隔熱層和內層。其中隔熱層為含有纖維的氣凝膠復合材料，并被包覆有多孔性薄膜。該發(fā)明易于制作，結構簡單，外層能有效阻止面料遇明火發(fā)生的燃燒，并且可阻止化學腐蝕；隔熱層能有效的阻隔高溫熱傳導，防止高溫灼傷皮膚，同時還能有效的阻止外部水分進入，吸收人體表面的汗液，防止織物內部濕潤，提高人體熱濕舒適性，內層能夠提高使用者的穿著舒適度；該復合材料適用于制作消防服、防寒服、高溫手套和頭盔內襯等制品，隔熱層確保了良好的隔熱性、透氣性、防水性和吸汗性，適于在高溫或低溫等惡劣環(huán)境下工作的人們穿著使用。
專利CN201310295840.0公開一種二氧化硅氣凝膠復合織物、制備方法及軍用帳篷布。軍用帳篷布，包括:外層、夾層和內層；外層為外部涂有乙烯基聚酯纖維的迷彩布;夾層為所述二氧化硅氣凝膠復合織物；內層為軍用滌綸布。本發(fā)明提供的二氧化硅氣凝膠復合織物重量輕、保溫性能好，對高強沖擊力有極強吸收性能。該發(fā)明提供的軍用帳篷，具有保溫性能好、重量輕、防爆性能的特性。
[0011]專利CN201220618985.0公開了一種新型的鞋底夾層，包括底板以及與底板外周接合的蓋。底板與蓋之間設置有二氧化碳氣凝膠，形成二氧化碳氣凝膠層；同時在底板上設有多個支撐片，支撐片與蓋接觸。該發(fā)明所提供的具有新型鞋底夾層的鞋，其質地輕巧，穿著后能很好的保持腳部的暖和性。
[0012]專利CN201220011578.3公布了一種保溫鞋墊，包括上層鞋墊和下層鞋墊。上層鞋墊與下層鞋墊之間有發(fā)熱層，發(fā)熱層外緊套有氣凝膠保溫層，發(fā)熱層與上層鞋墊之間裝有導熱墊。該發(fā)明通過發(fā)熱層內的發(fā)熱試劑在腳部壓力和空氣的作用下產生熱量，由于氣凝膠隔熱層的保溫作用，發(fā)熱層產生的熱能絕大部分通過導熱管傳遞到了導熱墊，提高了保溫效果，不受外部潮濕環(huán)境的影響，在極其寒冷的情況下也能發(fā)揮保溫的功能。
[0013]上述專利的公開和實施將有利于氣凝膠布料的開發(fā)的推進，但是仍然存在許多問題。
[0014]專利CN201010134265.2采用聚四氟乙烯包覆疏水性氣凝膠粉體，氣凝膠粉末并不能與聚四氟乙烯形成完整的一體，容易流動聚集，可能導致局部位置氣凝膠粉末較少甚至完全沒有，不能確保使用效果；專利CN201310263901.5采用氣凝膠做夾層的保溫窗簾，但未說明氣凝膠材料具體形態(tài)，是純氣凝膠塊體、還是氣凝膠粉體、還是纖維增強氣凝膠，都沒說清楚，同時里外兩層布料如何復合也沒有介紹清楚，不具備可實施性；專利CN201220504967.X采取底部設有一層自發(fā)熱保暖遠紅外線面料布層，襪面和襪筒部分設有氣凝膠保溫層從而制成保溫襪子。但是氣凝膠材料因為主要成分是無機二氧化硅，基本不具備伸縮性能，用氣凝膠材料做襪面還勉強可行，做襪筒是非常不適合的，其實是做襪底才是最好的；專利CN201120565824.5和CN201110453220.6采用含有纖維的氣凝膠復合材料作為隔熱層，外包覆有使水分子只能由內往外運行的單向遷移的半透膜，再與上下面料復合制成衣料，并用于制作消防服。但沒有提出解決氣凝膠掉粉問題，也未提及半透膜與氣凝膠如何包覆，與外部面料又如何復合，這些都是開發(fā)氣凝膠面料最為關鍵的環(huán)節(jié)；專利CN201310295840.0用高強度合成纖維布增強氣凝膠，然后再與上下面料復合，從而具備保溫、防爆的特點。但是采用高強度合成纖維布復合氣凝膠柔韌性較差，除非用縫制的辦法，否則很難與上下面料復合。但是如果采用縫制的辦法，將縫線的位置見形成熱橋，氣凝膠的保溫性能較大大減弱；專利CN201220618985.0和CN201220011578.3主要是把氣凝膠材料直接制備到鞋里或制成鞋墊，與之前討論的三層結構的氣凝膠布料差異較大，不再詳細分析。
[0015]綜上所述，氣凝膠材料要作為一種布料應用于服裝帳篷、衣服、鞋帽等領域，需要與上下層面料緊密牢固地復合，否則將嚴重影響氣凝膠布的實際使用效果；復合方式非常重要，采用的粘結劑不能破壞氣凝膠原有的納米孔洞結構，否則氣凝膠的超級絕熱性能喪失，失去了作為保溫夾層的意義；復合完成后形成氣凝膠布料須有一定的柔韌性，否則只能用于鞋幫、鞋墊等小眾領域，會大大限制氣凝膠布料的市場推廣；氣凝膠布料必須克服氣凝膠容易出現掉粉問題，這將直接影響客戶的使用體驗。這些問題在上述專利中都未能解決。

【發(fā)明內容】

[0016]為了解決氣凝膠布料開發(fā)應用中出現的氣凝膠材料與里外面料復合不牢固、氣凝膠粉體容易逸出、復合后透濕性差、柔韌性差等問題，本發(fā)明提供了一種使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料及其制備方法。
[0017]為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:一種使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料，所述復合布料以纖維增強氣凝膠材料為芯層，上下各覆蓋一層面料，所述芯層與面料之間使用水性粘結劑膠。
[0018]所述纖維增強氣凝膠材料的導熱系數小于0.025w/m *k，厚度為0.f 10mm，優(yōu)選導熱系數小于0.020w/m.k，厚度為0.1?2mm。
[0019]所述纖維增強氣凝膠材料以柔性纖維無紡布作為增強材料。
[0020]所述柔性纖維無紡布以滌綸、錦綸、氨綸、腈綸、芳綸、聚酰胺纖維、聚丙烯腈預氧化纖維、凱夫拉纖維中的至少一種通過無紡布工藝制成。
[0021]所述面料至少一層是柔軟有彈性面料。面料為無紡布或編織布。
[0022]所述水性粘結劑為水性丙烯酸樹脂、水性有機硅樹脂、水性聚丁二烯樹脂、水性環(huán)氧樹脂、水性醇酸樹脂、水性氨基樹脂、水性聚酯樹脂、水性酚醛樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性有機氟樹脂中的至少一種。
[0023]在芯層與面料之間還使用熱熔膠，所述熱熔膠為TPU熱熔膠、PTFE熱熔膠、EVA熱熔膠、PA熱熔膠、PES熱熔膠、PO熱熔膠中的至少一種。
[0024]一種使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將纖維增強氣凝膠材料過黏膠清理和吹掃處理；
(2)在纖維增強氣凝膠材料上、下覆蓋水性粘結劑后，各覆蓋一層布料；
(3)將氣凝膠復合布料通過熱輥加壓，熱輥溫度為5(T20(TC，壓力為f 1000N，之后裁邊包裝。[0025]所述在纖維增強氣凝膠材料上、下覆蓋水性粘結劑之前先覆蓋一層熱熔膠，過100攝氏度熱風干燥；或者在在纖維增強氣凝膠材料上、下覆蓋水性粘結劑后過100攝氏度熱風干燥，覆蓋一層熱熔膠。
[0026]本發(fā)明中選擇具體柔軟性的無紡布做氣凝膠的增強材料，是為了控制氣凝膠材料的柔韌性，如果選擇的是編織布，復合好的氣凝膠材料將會比較硬，不利于后續(xù)的復合加工。同時選用無紡布做氣凝膠的增強材料有利于獲得導熱系數優(yōu)良的氣凝膠材料。因為無紡布一般通過針刺、水刺或黏膠工藝獲得，大部分纖維成二維平面分布，與氣凝膠復合后熱量不易穿透。如果是采用編織布，不僅制成的氣凝膠材料比較硬，熱量也容易順著編織纖維的路徑從上層穿透到下層，故而影響保溫效果。
[0027]氣凝膠復合面料要求一種一層柔軟有彈性，這一方面是考慮如果上下面的纖維都是致密的低彈性面料，那么復合好的氣凝膠布料同樣會比較硬，不易彎曲，不利于后期的開發(fā)應用。而一面面料柔軟有彈性可以改善氣凝膠復合布料的柔韌性，還能獲得比較舒適的體感。
[0028]氣凝膠與面料復合之前做除塵處理，是為了減少粉塵對復合牢固程度影響，提高復合的強度，避免分層。同時也減少粉塵對外層復合面料的污染。
[0029]選用水性環(huán)保粘結劑主要是考慮到面料的環(huán)保性。
[0030]有益效果:與現有技術相比，本發(fā)明制備的氣凝膠復合布料具有隔熱性能優(yōu)異(0.016?0.020w/m.k)、透濕性能好(3500?4500g/(m2.24h))、柔軟度好(0.6?1.5mN.cm)、無粉塵逸出等優(yōu)點，可應用于防寒或防火的帳篷、睡袋、地墊、鞋子、鞋墊、衣服和帽子，以及汽車、飛機、輪船、列車的隔熱內飾等，極大拓寬了氣凝膠復合布料的應用領域，并且工藝簡單，質量易控，適合批量生產。
【具體實施方式】
[0031]下面提供了氣凝膠復合布料的【具體實施方式】作對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0032]實施例1
選用滌綸纖維無紡布增強，導熱系數為0.016w/m.k，厚度為2mm的氣凝膠材料為芯層，將上述氣凝膠材料通過毛刷清理和吹掃處理。然后在氣凝膠材料上下表面涂覆水性丙烯酸樹脂粘結劑，在上層覆蓋克重為35g/m2，紗支密度為400T尼龍織造布，下層覆蓋克重為120g/m2滌綸無紡布，過溫度為85°C、壓力為500N的熱輥加壓，再進行100°C熱風干燥，裁邊包裝。所得復合氣凝膠布料的導熱系數系數為0.017w/m *k，透濕能力為4100g/(m2 *24h))、抗彎剛度為0.9mN.cm，布表面無粉塵逸出。該布料可用于防寒帳篷、鞋墊等。
[0033]實施例2
用聚丙烯腈預氧化纖維無紡布增強，導熱系數為0.017w/m.k，厚度3mm的氣凝膠材料為芯層，將上述氣凝膠材料通過刮刀清理和吹掃處理。然后再氣凝膠材料上下表面涂覆水性有機硅樹脂粘結劑，在上層覆蓋克重為40g/m2，紗支密度為380T凱夫拉織造布，下層覆蓋克重為150g/m2芳綸無紡布，過溫度為90°C、壓力為400N的熱輥加壓，再進行100攝氏度熱風干燥，裁邊包裝。所得復合氣凝膠布料的導熱系數系數為0.018w/m.k，透濕能力為3900g/(m2*24h))、抗彎剛度為1.2mN.cm，布表面無粉塵逸出。該布料可用于消防服、高溫防護服、高溫防護手套等。[0034]實施例3
選用滌綸纖維無紡布增強，導熱系數為0.017w/m -k,厚度為2_的氣凝膠材料為芯層，將上述氣凝膠材料通過黏膠清理和吹掃處理。氣凝膠材料上下表面覆蓋水性聚氨酯樹脂，過100攝氏度熱風干燥，然后在上下表面覆蓋EVA熱熔膠，在上層覆蓋克重120g的棉布，下層覆蓋克重IlOg滌綸無紡布，過溫度為85°C、壓力為900N的熱輥加壓，裁邊包裝。所得復合氣凝膠布料的導熱系數系數為0.019w/m.k,透濕能力為3500g/ (m2.24h))、抗彎剛度為
1.4mN.cm，布表面無粉塵逸出。該布料可用于汽車和輪船的隔熱內飾等。
[0035]本發(fā)明所采用的纖維增強氣凝膠材料都可以從航天海鷹(鎮(zhèn)江)特種材料有限公司購買獲得。
[0036]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式的限制。凡是依據本發(fā)明的技術和方法實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術和方法方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料，其特征在于:所述復合布料以纖維增強氣凝膠材料為芯層，上下各覆蓋一層面料，所述芯層與面料之間使用水性粘結劑膠。
2.根據權利要求1所述的使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料，其特征在于:所述纖維增強氣凝膠材料的導熱系數小于0.025w/m.k，厚度為0.riOmm,優(yōu)選導熱系數小于0.020w/m.k,厚度為 0.1~2mm。
3.根據權利要求2所述的使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料，其特征在于:所述纖維增強氣凝膠材料以柔性纖維無紡布作為增強材料。
4.根據權利要求3所述的使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料，其特征在于:所述柔性纖維無紡布以滌綸、錦綸、氨綸、腈綸、芳綸、聚酰胺纖維、聚丙烯腈預氧化纖維、凱夫拉纖維中的至少一種通過無紡布工藝制成。
5.根據權利要求1所述的使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料，其特征在于:所述面料至少一層是柔軟有彈性面料。
6.根據權利要求5所述的使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料，其特征在于:所述面料為無紡布或編織布。
7.根據權利要求1所述的使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料，其特征在于:所述水性粘結劑為水性丙烯酸樹脂、水性有機硅樹脂、水性聚丁二烯樹脂、水性環(huán)氧樹脂、水性醇酸樹脂、水性氨基樹脂、水性聚酯樹脂、水性酚醛樹脂、水性聚氨酯樹脂、水性有機氟樹脂中的至少一種。
8.根據權利要求6所述的使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料，其特征在于:在芯層與面料之間還使用熱熔膠，所述熱熔膠為TPU熱熔膠、PTFE熱熔膠、EVA熱熔膠、PA熱熔膠、PES熱熔膠、PO熱熔膠中的至少一種。
9.一種制備根據權利要求1至8任一種使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將纖維增強氣凝膠材料經過除塵清理和吹掃處理； (2)在纖維增強氣凝膠材料上、下覆蓋水性粘結劑后，各覆蓋一層布料； (3)將氣凝膠復合布料通過熱輥加壓，熱輥溫度為5(T20(TC，壓力為flOOON，之后裁邊包裝。
10.根據權利要求9所述的制備使用水性粘結劑的氣凝膠復合布料的方法，其特征在于:所述在纖維增強氣凝膠材料上、下覆蓋水性粘結劑之前先覆蓋一層熱熔膠，過100攝氏度熱風干燥；或者在在纖維增強氣凝膠材料上、下覆蓋水性粘結劑后過100攝氏度熱風干燥，覆蓋一層熱熔膠。
【文檔編號】B32B27/02GK104015414SQ201410271626
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權日:2014年6月18日
【發(fā)明者】高志強, 金承黎, 黃鈮, 吳錦源, 許斌 申請人:航天海鷹(鎮(zhèn)江)特種材料有限公司