多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料及其制备方法转让专利
申请号 : CN202011402559.9
文献号 : CN112726019B
文献日 : 2022-04-29
发明人 : 王栋 , 王文 , 李沐芳
申请人 : 佛山市维晨科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将第一热塑性聚合物与气凝胶粉体按照预设质量比混合均匀后,得到混合物料;
S2、将步骤S1得到的所述混合物料作为皮层,并将第二热塑性聚合物作为芯层,制备皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维;
S3、对步骤S2得到的所述气凝胶/聚合物复合纤维进行等离子体处理,得到表面高度粗糙的气凝胶/聚合物复合纤维;所述等离子体处理的处理气体为空气,处理功率为300~
500W,处理时间为10 60s,经所述等离子体处理后得到的所述表面高度粗糙的气凝胶/聚合~
物复合纤维的表面出现明显的密集型凹槽;
S4、将步骤S3得到的所述表面高度粗糙的气凝胶/聚合物复合纤维加工成无纺布,得到多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料。
2.根据权利要求1所述的多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料的制备方法,其特征在于:在步骤S1中,所述第一热塑性聚合物与所述气凝胶粉体的预设质量比为90:10 50:50。
~
3.根据权利要求1所述的多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料的制备方法,其特征在于:在步骤S2中,作为皮层的所述混合物料与作为芯层的所述第二热塑性聚合物的质量比为1:4 4:1。
~
4.根据权利要求1所述的多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料的制备方法,其特征在于:在步骤S2中,所述皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维的截面形状为圆形、扁平状、多边形状、花瓣状或放射状。
5.根据权利要求1所述的多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料的制备方法,其特征在于:在步骤S2中,所述皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维的直径为0.01~
500 μm,分特克斯数为0.1 1000 dtex。
~
6.根据权利要求1所述的多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料的制备方法,其特征在于:在步骤S1中,所述气凝胶包括硅系、碳系、硫系、金属氧化物系、金属系中的一种或多种;所述气凝胶粉体的孔径为20 50nm。
~
7.根据权利要求1所述的多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料的制备方法,其特征在于:所述第一热塑性聚合物和所述第二热塑性聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种或两种。
8.根据权利要求1 7中任一权利要求所述的多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚~
合物复合材料的制备方法,其特征在于:在步骤S4中,所述加工成无纺布的方法为水刺法、纺粘法、熔喷法和热轧法中的一种。
9.一种多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料,其特征在于:该气凝胶/聚合物复合材料根据权利要求1 8中任一权利要求所述的制备方法制备得到,包括皮芯~
结构的气凝胶/聚合物复合纤维;所述皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维的皮层为第一热塑性聚合物与气凝胶粉体的混合物,芯层为第二热塑性聚合物。
说明书 :
多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料及其
制备方法
技术领域
背景技术
热、催化、生物化学等领域具有非常广泛的应用。
从而达到保温隔热的效果。然而,采用这种方式得到的涂层类保暖隔热材料最大的弊端就
是涂层易脱落,其耐水洗性能较差,无法保证材料的使用寿命,从而难以达到持续有效的保
暖隔热效果。因此,现有的气凝胶类保暖隔热材料在纺织服装、家装面料、户外运动、建筑等
领域仍存在较大的应用局限性。
以气凝胶颗粒为芯层、以聚合物材料为皮层的皮芯结构气凝胶复合纤维。然而,这种方式制
备的气凝胶复合纤维将气凝胶颗粒完全包覆在皮层内,虽然解决了气凝胶脱落的问题,但
气凝胶颗粒容易在皮层内发生团聚,并在聚合物材料形成的孔隙内移动,导致气凝胶分布
不均匀,影响保暖隔热效果。并且,该专利将气凝胶颗粒和聚合物材料分别通过导管结构挤
入喷丝孔,在喷丝孔末端才进行复合,气凝胶颗粒难以与聚合物材料充分混合,导致皮层与
芯层的界面结合作用较差,得到的气凝胶复合纤维机械强度较低,难以满足实际应用的需
求。
发明内容
合物作为皮层,并将第二热塑性聚合物作为芯层,制备了皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤
维;对其进行等离子处理后再将其加工为无纺布,即可使得到的气凝胶/聚合物复合材料同
时具有较高的机械强度和较好的保暖隔热性,以满足实际应用的需求。
糙的气凝胶/聚合物复合纤维的表面出现明显的密集型凹槽。
括皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维;所述皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维的皮层为
第一热塑性聚合物与气凝胶粉体的混合物,芯层为第二热塑性聚合物。
合纤维。其中,皮层中含有的气凝胶使其可以作为保暖隔热层,大幅提升复合纤维的保暖隔
热性;同时,皮层中含有的第一热塑性聚合物能够与气凝胶紧密结合,不仅可以保证气凝胶
在复合纤维的皮层均匀分布,还可以避免气凝胶的脱落,有效提高其使用寿命。基于皮层中
含有的第一热塑性聚合物及均匀分散于其中的气凝胶粉体,本发明通过将第二热塑性聚合
物作为芯层,不仅能够使芯层作为增强相,保证复合纤维承受较高的机械强度而不断裂;还
可以提高皮层与芯层间的界面结合强度,进一步提高复合纤维的机械强度。因此,基于本发
明中皮层与芯层间的协同作用,能够保证复合纤维具有较高的机械强度,在此基础上,可以
大幅提升皮层中的气凝胶含量,从而有效增强其保暖隔热效果,使得到的气凝胶/聚合物复
合材料同时具有较高的机械强度和较好的保暖隔热性以满足实际应用的需求。
物复合纤维进行等离子体处理,可以在纤维表面形成高度粗糙结构,进一步增加纤维的比
表面积,同时使更多的气凝胶暴露出来,形成静止空气层,有效增强气凝胶/聚合物复合纤
维的保暖隔热性能。基于该复合纤维特殊的截面形态及其较高的比表面积,可以形成高度
蓬松的堆叠结构,从而进一步增加织物内部的静止空气层厚度,提升无纺布的保暖隔热性
能。基于上述步骤,本发明制得的气凝胶/聚合物复合材料能够同时具有皮芯结构、高度粗
糙的表面结构以及高度蓬松的堆叠结构,在这些多元结构的协同作用下,本发明制备的气
凝胶/聚合物复合材料才能够达到优异的保暖隔热性能。
时嵌入纤维内部,既提高了复合材料的保暖隔热性能,又避免了使用过程中气凝胶脱落的
问题,使其具有较长的使用寿命;同时,该气凝胶/聚合物复合材料在保暖隔热的同时还具
有优异的柔性以及较高的机械强度,可以通过纺纱过程制备成具有保暖隔热性能的功能性
纱线,再通过织造过程形成具有保暖隔热性的功能性面料,在保暖类服装领域、消防安全领
域、保暖隔热家纺领域、建筑领域以及快递运输系统中均具有极大的应用前景。
附图说明
具体实施方式
他细节。
还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的
要素。
所述气凝胶粉体的粒径为20~50nm;所述第一热塑性聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰
胺中的一种。
皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维的截面形状为圆形、扁平状、多边形状、花瓣状、放射状
中的一种,不同截面的皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维的结构示意图如图1所示;所述
皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维的直径为0.01~500μm,分特克斯数为0.1~1000dtex。
维的表面出现明显的密集型凹槽。
纤维;所述皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维的皮层为第一热塑性聚合物与气凝胶粉体
的混合物,芯层为第二热塑性聚合物。
聚合物复合纤维;该皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维的直径为100μm,分特克斯数为
200dtex。
的气凝胶/聚合物复合纤维。
骤S3中的等离子体处理参数,其余步骤均与实施例1一致,在此不再赘述。各实施例对应的
原料质量比及工艺参数如表1所示。
及等离子体处理强度的增加会使纤维的机械强度略有损失,但是复合纤维依然具有较好的
可纺性能。因此,本发明优选第一热塑性聚合物与气凝胶粉体的质量比为90:10~50:50,皮
层与芯层的原料质量比为1:4~4:1,等离子体处理的处理功率为300~500W,处理时间为10
~60s;在此条件下,本发明制备的复合材料能够同时具有优异的保暖隔热性能和较好的机
械性能,以满足实际应用的需求。
物作为皮层,其余步骤均与实施例1一致,在此不再赘述。
1,表明本发明将气凝胶放在皮层可以大幅降低气凝胶纤维的导热系数,配合等离子处理后
形成的粗糙的纤维结构,堆叠形成的无纺布具有更加蓬松且疏松多孔结构,从而使复合材
料的保暖隔热性能得到大幅度提升。
骤均与实施例1一致,在此不再赘述。
1,表明本发明对复合纤维进行等离子体处理能够使纤维表面粗糙度大幅提升;在本发明将
气凝胶设置于皮层的基础上,等离子体处理还能够使纤维皮层中的气凝胶颗粒被更多的暴
露在空气中,从而在纤维表明形成一层密集的静止空气层,对气凝胶/聚合物复合纤维以及
气凝胶/聚合物复合纤维无纺布保暖隔热性能的提升都起到至关重要的作用。
将第二热塑性聚合物作为芯层,制备了皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维;对其进行等离
子处理后再将其加工为无纺布,得到多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材
料。通过上述方式,本发明不仅能够利用皮芯结构的气凝胶/聚合物复合纤维中皮层与芯层
的协同作用,使其同时具有较高的机械强度和较好的保暖隔热性;还能够利用气凝胶/聚合
物复合材料中皮芯结构、高度粗糙的表面结构以及高度蓬松的堆叠结构的协同作用,达到
优异的保暖隔热效果,以满足实际应用的需求。
可以是聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种或两种;气凝胶可以是硅系、碳系、硫系、金
属氧化物系、金属系中的一种或多种,其孔径可以是20~50nm;步骤S2制备的皮芯结构的气
凝胶/聚合物复合纤维的截面形状可以是圆形、扁平状、多边形状、花瓣状或放射状,其直径
可以是0.01~500μm,分特克斯数为0.1~1000dtex;步骤S4中加工成无纺布的方法可以是
水刺法、纺粘法、熔喷法和热轧法中的一种,均属于本发明的保护范围。
或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。