一种隔热覆盖物及其制备方法与流程

本发明涉及一种隔热覆盖物，特别是一种含有由气凝胶与发泡材料制成的复合材料夹层的三层复合隔热覆盖物及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术：

气凝胶是一种以孔结构为特征，并且以网状结构支撑的材料，结构上80％以上是空气，具有极低的密度并且具有非常好的隔热效果，是迄今为止最轻、绝热性能最好的材料。因此，气凝胶在工业、建筑、交通运输、冷链物流领域都有广泛的应用，具有较大的军用与民用价值。

气凝胶在服装上应用较少，主要是由于目前所合成的气凝胶大多都比较脆，表面极易破碎而产生粉尘，又由于气凝胶密度极低，产生的粉尘极其容易溢出，这是限制气凝胶在服装上应用的一个重要原因。

为解决这一问题，一般将气凝胶粉末复合在其他基材中。比较多的是将气凝胶粉末复合成气凝胶毡，通过无机纤维毡吸收气凝胶溶液，在超临界二氧化碳下进行干燥成型，制成气凝胶毡，毡的表面进行覆膜处理防止气凝胶粉末溢出。这虽然在一定程度上解决了气凝胶粉末溢出问题，但在加工裁剪过程中仍会有气凝胶粉溢出的问题。气凝胶粉末在基材上的分布如扫描电子显微镜图片(图2与图3)所示，气凝胶粉末只是简单地分布在纤维之间，并未得到有效的固着，因此粉尘溢出问题并未能得到根本性的解决。此外，气凝胶毡的重量比较重，2mm厚度的克重为360g/m²，且透气性与柔软性相对较差，这极大地降低了服装的穿着舒适性，也没有最佳地利用最轻固体——气凝胶密度最小的这一特性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题：现有服装用气凝胶复合材料中气凝胶粉尘容易溢出；气凝胶复合材料作为衣服面料使用，其柔软性差、相对较重；此种复合材料制成的服装，穿着舒适性与功能性都有待进一步提高。

为了解决上述技术问题，本发明利用由气凝胶与发泡材料制成的复合材料做中间层，根据不同使用环境，选取合适的里层面料与外层面料进行多层贴合，形成一种可直接裁剪制作各种纺织品的气凝胶复合面料，主要可用于时装、家纺、军装、睡袋等。具体技术方案如下：

一种隔热覆盖物，至少包括一层隔热层，隔热层包含由气凝胶与发泡材料制成的隔热复合材料。隔热复合材料的热传导系数小于0.040w/(m·k)。隔热复合材料的密度小于0.2g/cm³。

进一步地，覆盖物还包括至少一层保护层，保护层通过连续或不连续连接方式与隔热层相连。进一步地，覆盖物还包括位于保护层和隔热层之间的耐水层，耐水层选用多孔的pu膜、tpu膜、ptfe膜或者e-ptfe膜之中的一种。

更进一步地，保护层选用外层面料与里层面料，隔热层位于外层面料和里层面料之间，隔热层通过不连续粘胶方式分别与外层面料及里层面料相连。粘胶选用点状胶水或热熔胶，其中，点状胶水包括但不限于pu胶水、含有丙烯酸树脂或其他化学成份的胶水，热熔胶选自tpu、pu、pur、pa、pes、eva、po、pe、tpe热熔胶中的一种。优选地，粘胶选用pu胶水、tpu或pa热熔胶中的一种。

进一步地，对隔热层进行打孔处理，孔径大小0.01mm-2mm。

进一步地，外层面料或里层面料之中的至少一层在经向和纬向的弹性伸长率小于隔热层的弹性伸长率。外层面料、里层面料和隔热层三者在经纬向的缩水率正负偏差在2％以内。

进一步地，气凝胶选用碳气凝胶颗粒或者二氧化硅气凝胶颗粒，发泡材料选用聚酰亚胺、聚氨酯或丁腈橡胶为主体的发泡材料。优选地，气凝胶选用二氧化硅气凝胶颗粒，发泡材料选用聚酰亚胺为主体发泡材料，部分或者全部二氧化硅气凝胶颗粒分布在发泡材料的泡壁。

上述隔热覆盖物的制备方法主要有四种，第一种方法包括如下步骤：

步骤1.1，分别在里层面料、外层面料各自与隔热层贴合的一面均匀涂布点状胶水；或者，在隔热层的两面涂布点状胶水；

步骤1.2，隔热层置于里层面料和外层面料之间并贴合，然后室温固化24-48小时，或在40-90℃下固化1-4小时。使用复合机进行面料贴合操作，温度和固化时间视胶水成份以及里层面料与外层面料材质而定。室温一般是指25℃左右。

第二种方法包括如下步骤：

步骤2.1，分别在里层面料、外层面料各自与隔热层贴合的一面均匀涂布热熔胶点；或者，在隔热层的两面涂布热熔胶点；

步骤2.2，隔热层置于里层面料和外层面料之间，共同经过压烫贴合，压烫工艺参数：温度120-180℃，时间8-18秒，压力1.5-3.5kg/cm²。

第三种方法包括如下步骤：

步骤3.1，在里层面料与隔热层贴合的一面均匀涂布热熔胶点；

步骤3.2，隔热层与里层面料叠合，共同经过第一次压烫贴合，第一次压烫工艺参数：温度120-180℃，时间8-18秒，压力1.5-3.5kg/cm²；

步骤3.3，在外层面料与隔热层贴合的一面均匀涂布热熔胶点；

步骤3.4，已贴合里层面料的隔热层与外层面料叠合，共同经过第二次压烫贴合，第二次压烫工艺参数：温度120-180℃，时间8-18秒，压力1.5-3.5kg/cm²。

第四种方法包括如下步骤：

步骤4.1，在隔热层的两面涂布热熔胶点；

步骤4.2，隔热层与里层面料叠合，共同经过第一次压烫贴合，第一次压烫工艺参数：温度120-180℃，时间8-18秒，压力1.5-3.5kg/cm²；

步骤4.3，已贴合里层面料的隔热层与外层面料叠合，共同经过第二次压烫贴合，第二次压烫工艺参数：温度120-180℃，时间8-18秒，压力1.5-3.5kg/cm²。

本发明的有益效果是：本发明的隔热覆盖物是选择合适的面料与柔软型气凝胶复合材料进行贴合制成，整体仍保持轻盈且柔软的特性，其中气凝胶粉末不会溢出，提高了气凝胶材料使用的灵活性；此种隔热覆盖物制成市场还未曾有的一类新型面料，可直接做服装面料使用，大大提高了成衣穿着的舒适性与功能性。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中的隔热覆盖物的整体结构示意图；

图2是现有技术中的气凝胶毡的显微结构照片(较低倍率)；

图3是现有技术中的气凝胶毡的显微结构照片(较高倍率)，其中，条状物是纤维毡，其上颗粒物是气凝胶粉末；

图4是本发明一个较佳实施例中的隔热复合材料的显微结构照片(较低倍率)；

图5是本发明一个较佳实施例中的隔热复合材料的显微结构照片(较高倍率)，其中显灰白色的颗粒是气凝胶。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

现有服装用气凝胶复合材料存在以下诸多问题：

1.气凝胶粉尘溢出的情况居多；

2.气凝胶粉末复合到气凝胶毡中，导致柔软性差；

3.相对较重，并没有有效地发挥气凝胶是最低密度材料的特点；

4.将气凝胶复合材料仅作为一种填充材料使用，具有一定的局限性。

本发明使用气凝胶复合材料制成的复合面料，不仅仅是填充材料。本发明中的气凝胶复合面料至少包括一层隔热层，隔热层包含由气凝胶与发泡材料制成的隔热复合材料，隔热复合材料的热传导系数小于0.040w/(m·k)。隔热层可完全由这种隔热复合材料制成。或者，以隔热复合材料为主要材料，再添附其他辅助材料，例如，将大片的隔热复合材料分割成小块，再用粘合剂粘合，粘合剂作为骨架以增加强度，但这会降低隔热性能。

隔热是指在热量传递过程中，热量从温度较高空间向温度较低空间传递时由于传导介质的变化导致的单位空间温度变化变小，从而阻滞热传导的物理过程。能起到上述隔热作用的材料为隔热材料。本发明中，隔热材料包括以下形式的覆盖物：薄膜、衬里、叠层、毯子、鞋袜、手套、衣服等。

本发明中的隔热复合材料，是将气凝胶与发泡材料混合，一同发泡制成多孔的气凝胶复合材料。气凝胶可以是碳气凝胶，也可以是二氧化硅气凝胶，还可以是其他材料制备的气凝胶。发泡材料可以是聚酰亚胺，也可以是聚氨酯、丁腈橡胶或其他发泡材料及其混合发泡材料。优选二氧化硅气凝胶粉末与聚酰亚胺为主制成的发泡材料，此发泡材料最大程度保留了气凝胶密度小的这一特点，密度小于0.2g/cm³，且非常柔软；同时，聚酰亚胺具有优异的力学性能以及耐高温、低温特性，且无毒。目前国内比较少见此类气凝胶复合材料。从其发泡材料横截面的扫描电子显微镜图片(图4、图5)可以看出，气凝胶分布在发泡材料的泡壁上，不会轻易溢出，证明此气凝胶复合材料已完美解决了气凝胶粉尘溢出的问题。

对于隔热覆盖物，隔热层必不可少。在罕有情况下，本发明的隔热覆盖物仅有一层隔热层本身即可实现隔热覆盖功能。但通常的情况，隔热覆盖物还带有保护层，一般是多层面料保护。保护层覆盖在隔热层的表面起保护隔热层的作用，保护层通过连续或者不连续连接方式与隔热层相连。连续连接方式，是在保护层和隔热层之间形成一层完整或近乎完整的粘胶层。不连续连接方式，是指在隔热层和保护层之间以离散点状粘胶、平行线状粘胶、网状粘胶或者缝线缝合等方式连接。与连续连接方式不同的是：采用不连续连接方式，隔热层和保护层之间有不粘连的部分。甚至，大部分面积的隔热层与保护层是脱离的，紧靠少数的点状粘胶连接，但已有足够连接强度。点状粘胶不连续连接方式是最优选的方式，能最大限度保持覆盖物的透气和柔软。所有的点状粘胶规则分布，或者不规则分布。

隔热覆盖物优选三层复合，分别为外层面料1、气凝胶复合材料2、里层面料3，如图1所示。气凝胶复合材料2作为隔热层，外层面料1和里层面料3是面向不同方向的保护层。除了常见的三层结构，还可以采用四层结构，即，在外层面料与气凝胶复合材料之间粘合一层多孔的聚氨酯(pu)膜或者热塑性聚氨酯弹性体(tpu)膜、聚四氟乙烯(ptfe)膜、膨胀聚四氟乙烯(e-ptfe)膜中的一种，起到耐水压的作用。

层与层之间以胶粘剂贴合的方式结合，胶粘剂选用点状胶水或者热熔胶。点状胶水包括但不限于聚氨酯(pu)胶水、丙烯酸树脂以及其他化学成份胶水；热溶胶选用以下多种热熔胶中的一种：热塑性聚氨酯弹性体(tpu)、聚氨酯(pu)、反应型聚氨酯(pur)、聚酰胺(pa)、聚醚砜(pes)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)、聚烯烃(po)、聚乙烯(pe)、热塑性弹性体(tpe)。优先选择与发泡材料主材一致或结构相近的热熔胶，以达到最优的粘合效果，若无与发泡材料一直的热熔胶，则优选综合性能较好的tpu或pa热熔胶贴合。点状热熔胶具有柔韧性，使该覆盖物仍具有一定的柔韧性。

热熔胶可用热熔胶膜、热熔胶网膜、热熔胶点钜涂层。热熔胶薄膜是将热熔胶融化，做成纸状类型的，整体无缝隙，防水性较好，此即连续连接方式的一种。而热熔网膜虽然也是纸状的，但中间是有缝隙的，类似于“丝”的连接，所以热熔网膜的透气性更佳。热熔胶薄膜的硬挺度是可想而知的，在粘合后其对布料(或其它材料)的硬度影响是很大的，而热熔胶网膜则由于相连的并不是很紧密，其对布料的影响较薄膜会略小。薄膜的粘度是要大于网膜的，热熔薄膜贴合更加牢固，剥离强度更高，所以在透气性要求并不是很高的情况下，主要采用热熔胶薄膜的粘合应用；而对手感和透气性要求较高的场合，则主要采用热熔胶网膜。热熔胶点钜涂层工艺是将热熔胶粒打磨成粉状，通过筛粉机，将胶粉筛出一定范围内的粉粒大小，涂敷于布料或其他材料上，再通过加热、凝固而制成的工艺。热熔胶网膜相比于薄膜要软，但即使是很薄的网膜，其与面料粘合后的手感也较热熔粉点布料与面料粘合后的手感要硬挺。因为热熔胶膜无论是薄膜还是网膜，其上面的热熔胶都是连成片的，弯曲时，经向和纬向或多或少会有一定硬度，对面料手感影响较大；而胶粉涂层布料上的热熔胶则是不规则粉点状的，相互并不连接，对面料手感影响较小。无论是胶膜还是网膜，其透气性都较胶粉涂层布料的透气性略差，如果对布料透气性要求特别高的话，要选择热熔胶点钜涂层。本发明优选热熔胶点钜涂层。

本发明对外层面料与里层面料的材质不作特别限定，由天然纤维或者化纤以及其相互之间混纺或交织的织物均可。外层面料优选耐磨经防泼水处理的面料，里层面料优选柔软抓绒布或具有吸湿快干功能的面料。外层面料或里层面料各自贴合气凝胶复合材料的一面要求是相对平整的。面料性能参数要求：

1.里层面料或外层面料中，至少有一层的面料在经向和纬向的弹性伸长率小于气凝胶复合材料的弹性伸长率，这是为了保护气凝胶发泡材料。若贴合的里层面料与外层面料均比气凝胶复合材料的弹性伸长率大，在使用过程中可能会造成气凝胶复合材料的断裂，从而导致保温效果以及使用寿命大打折扣。

2.外层面料、里层面料、气凝胶复合材料三者在经纬向的缩水率正负偏差在2％以内，此限制是避免在使用过中洗涤后由于三层面料的缩水率相差太大而产生褶皱、气泡等问题，影响使用体验。气凝胶复合材料并非由编织方法制成，对于气凝胶复合材料而言，经纬向是一种拟制的提法，其在经向与纬向的缩水率相同。外层面料、里层面料、气凝胶复合材料三者在经向的缩水率正负偏差在2％以内，应被理解为：先求得三层面料(材料)中每一层的经向缩水率，三个经向缩水率两两相减，得到的绝对值小于2％。纬向缩水率正负偏差在2％以内，应被理解为：先求得三层面料(材料)中每一层的纬向缩水率，三个纬向缩水率两两相减，得到的绝对值小于2％。

本发明所采用的气凝胶复合材料根据使用用途不同，会选择性的对该复合材料进行规则性或不规则性打孔处理，孔径大小0.01mm-2mm。规则性打孔是在气凝胶复合材料的无限长方向或者门幅方向平行或者呈一定角度规则打孔，优选做规则性打孔处理，孔径大小与保暖性能透气性能相关，孔径越小保暖性能越好透气性能越差。滑雪服登山服等运动类服装，孔径优选0.2-0.5mm；日常保暖服装、睡袋等，孔径优选0.05-0.3mm。隔热层厚度为0.1mm-20mm，经测试，1mm厚的该气凝胶复合材料与40mm厚羽绒保暖性能相当。因此日常服装厚度优选0.3-3mm，特殊工服如：消防服、航天服、极地考察服等，厚度优选2-10mm。

本发明中气凝胶复合面料的制备方法如下：

本部分的外层面料与里层面料都是经过定型或者功能整理后的面料。根据粘胶的种类，制备可大致分为两类。第一类采用点状胶水，步骤如下：

步骤一，分别在里层面料、外层面料各自与隔热层贴合的一面均匀涂布点状胶水；或者，在隔热层的两面涂布点状胶水。点状胶水优选pu胶水。

步骤二，隔热层置于里层面料和外层面料之间并贴合，然后室温固化24-48小时，或在40-90℃下固化1-4小时。使用复合机进行面料贴合操作，温度和固化时间视胶水成份以及里层面料与外层面料材质而定。室温一般是指25℃左右，若室温稍低，可相应延长固化时间。

第二类采用热熔胶点，步骤如下：

步骤一，分别将外层面料与里层面料与气凝胶复合材料的一面均匀涂布热熔胶点，热熔胶优选tpu或pa热熔胶中的一种。也可以选择不在外层面料与里层面料涂布热熔胶点，而是在气凝胶复合材料两表面均匀涂布热熔胶点。

步骤二，使用连续式压烫机压烫贴合，工艺条件与参数：温度120-180℃，压烫时间8-18秒，压力1.5-3.5kg/cm²。工艺参数的选择是基于气凝胶复合材料是一种发泡材料，若处理温度过高、压力过大、时间过长，均会损坏气凝胶复合材料，极易降低保温效果。贴合次序依次为先里层面料与气凝胶复合材料，再外层面料与气凝胶复合材料。或者，外层面料与里层面料一步压烫同时贴合。

以下为四个具体实施例，各层面料均符合上述综述中对面料选择的要求。

实施例1保暖夹克面料

外层面料选择成份51％涤纶，43％粘胶，6％氨纶，40s，280gsm针织面料，里层面料选择20d40g/m²特立可得面料，中间层为0.3mm厚气凝胶复合材料，不打孔。选取pu点状胶水粘合，经复合机贴合后，室温固化24h。

实施例2日常保暖服

外层面料与里层面料均选择50d*50d300t90g/m²100％涤纶机织面料，中间层为1mm厚气凝胶复合材料，规则性打孔，孔径为0.1mm。选取pa热熔胶点钜涂层方式粘合，粘合工艺参数：温度130℃，压烫时间16秒，压力2.0kg/cm²。

实施例3保暖衬衫

外层面料选择40s*40s133*72115g/m²，100％棉机织外层面料，里层面料选择30d90g/m²纬编锦氨针织汗布，中间层为0.3mm厚气凝胶复合材料，不打孔。选取tpu热熔胶点钜涂层方式粘合，粘合工艺参数：温度120℃，压烫时间16秒，压力2.3kg/cm²。

实施例4防水防寒服

此为四层面料，外层面料两层，最外层为300d*300d55t220g/m²100％涤纶机织面料先与聚四氟乙烯防水透气膜贴合，所选聚四氟乙烯膜的参数为：耐水压大于15000mmh2o，透湿性能大于8000g/m²/24hrs；里层面料选择75d160g/m²吸湿快干鸟眼针织布。中间层气凝胶复合材料选择3mm厚，规则性打孔，孔径0.2mm。选取tpu热熔胶点钜涂层方式粘合，粘合工艺参数：温度130℃，压烫时间16秒，压力2.0kg/cm²。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。