含气凝胶的保温棉及其生产工艺的制作方法

本发明涉及一种面料领域，具体涉及含气凝胶的保温棉及其生产工艺。

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，这同样可以理解成他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，轻作为他的优点也是他难以应用的关键，因为太轻，中间的真空颗粒充满了空气，使得他在于面料结合的过程中，会漂浮在面料表面，无法固定。另一方面，他不溶于水，不溶于有机溶液，同时，他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是危险性很大。

他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。

为了解决上述问题，我们做出了一系列改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供含气凝胶的保温棉及其生产工艺，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

含气凝胶的保温棉，包括：底层涤纶棉层、tpu薄膜层、材料层和表层涤纶棉层，所述材料层包裹于tpu薄膜层内，所述tpu薄膜层设于底层涤纶棉层和表层涤纶棉层之间；

其中，所述材料层包括：涤纶棉层和1～20％气凝胶，所述涤纶棉层包括：0～60％的羽绒、20～99％的涤纶和0～60％的铜氨丝。

进一步，所述底层涤纶棉层材料为涤纶棉，所述底层涤纶棉层的平方克重区间为20克～200克。

进一步，所述表层涤纶棉层材料为涤纶棉，所述表层涤纶棉层的平方克重区间为20克～200克。

进一步，所述材料层平方克重区间为8克～40克。

进一步，所述材料层中的涤纶为：低熔点涤纶短纤维。

含气凝胶的保温棉的生产工艺，包括：

步骤1：铺设底层涤纶棉层和tpu薄膜层，在传送带上铺设底层涤纶棉层，在底层涤纶棉层上铺设tpu薄膜层；

步骤2：铺设材料层的涤纶棉层，3d打印机通过增层加工方法，在tpu薄膜层上叠加涤纶棉层；

步骤3：喷洒材料层的气凝胶，3d打印机向涤纶棉层喷射气凝胶，气凝胶透过涤纶棉层进入内部，气凝胶附着于涤纶上；

步骤4：铺设tpu薄膜层，在材料层表面铺设tpu薄膜层；

步骤5：铺设表层涤纶棉层，在步骤4的tpu薄膜层上铺设表层涤纶棉层；

步骤6：高温热熔，将步骤5中的中间件放入烘箱进行加热，材料层中的低熔点涤纶短纤维逐步融化，将附着在材料层中间的气凝胶粉状体，热熔粘合在涤纶棉层中间，tpu薄膜层热熔后将底层涤纶棉层、材料层和表层涤纶棉层包裹成一个整体；

步骤7：翻转，将中间件进行翻转后重复步骤6，将剩余的气凝胶热熔粘附在tpu薄膜层上。

进一步，所述步骤3中的气凝胶在喷射过程中为粉末状态。

进一步，所述步骤6和步骤7的烤箱温度设定为130℃～200℃。

本发明的有益效果：

本发明与传统技术相比，成功将气凝胶安全添加到面料材料中，克服了气凝胶难加工，易挥发，危险性高的问题，使衣服具有良好的透气性和轻薄性，同时具有高效保温效果，他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为本发明的结构示意图。

图2为步骤3的实施示意图。

附图标记：

底层涤纶棉层(100)、tpu薄膜层(200)、材料层(300)和表层涤纶棉层(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为本发明的结构示意图。图2为步骤3的实施示意图。

如图1和图2所示，含气凝胶的保温棉，包括：底层涤纶棉层100、tpu薄膜层200、材料层300和表层涤纶棉层400，材料层300包裹于tpu薄膜层200内，tpu薄膜层200设于底层涤纶棉层100和表层涤纶棉层400之间；

其中，材料层300包括：涤纶棉层和1～20％气凝胶，涤纶棉层包括：0～60％的羽绒、20～99％的涤纶和0～60％的铜氨丝。

底层涤纶棉层100材料为涤纶棉，底层涤纶棉层100的平方克重区间为20克～200克。

表层涤纶棉层400材料为涤纶棉，表层涤纶棉层400的平方克重区间为20克～200克。

材料层300平方克重区间为8克～40克。

材料层300中的涤纶为：低熔点涤纶短纤维。

含气凝胶的保温棉的生产工艺，包括：

步骤1：铺设底层涤纶棉层100和tpu薄膜层200，在传送带上铺设底层涤纶棉层100，在底层涤纶棉层100上铺设tpu薄膜层200；

步骤2：铺设材料层300的涤纶棉层，3d打印机通过增层加工方法，在tpu薄膜层200上叠加涤纶棉层；

步骤3：喷洒材料层300的气凝胶，3d打印机向涤纶棉层喷射气凝胶，气凝胶透过涤纶棉层进入内部，气凝胶附着于涤纶上；

步骤4：铺设tpu薄膜层200，在材料层300表面铺设tpu薄膜层200；

步骤5：铺设表层涤纶棉层400，在步骤4的tpu薄膜层200上铺设表层涤纶棉层400；

步骤6：高温热熔，将步骤5中的中间件放入烘箱进行加热，材料层300中的低熔点涤纶短纤维逐步融化，将附着在材料层300中间的气凝胶粉状体，热熔粘合在涤纶棉层中间，tpu薄膜层200热熔后将底层涤纶棉层100、材料层300和表层涤纶棉层400包裹成一个整体；

步骤7：翻转，将中间件进行翻转后重复步骤6，将剩余的气凝胶热熔粘附在tpu薄膜层200上。

步骤3中的气凝胶在喷射过程中为粉末状态。

步骤6和步骤7的烤箱温度设定为130℃～200℃。

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。这样得到媲美真空的隔热效果。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，它也很难固定，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：铺设底层涤纶棉层100和tpu薄膜层200，在传送带上铺设底层涤纶棉层100，在底层涤纶棉层100上铺设tpu薄膜层200。铺设材料层300的涤纶棉层，3d打印机通过增层加工方法，在tpu薄膜层200上叠加涤纶棉层，其中涤纶棉层的配比为：涤纶38％+羽绒30％+铜氨丝30％。喷洒材料层300的气凝胶，气凝胶配比为2％，3d打印机向涤纶棉层喷射气凝胶，气凝胶透过涤纶棉层进入内部，气凝胶附着于涤纶上。这样的工艺使气凝胶与羽绒分散布局，气凝胶的分布均匀程度，决定了材料的保温能力。铜氨丝纤维的使用，使材料具备了优良的吸湿发热能力，可以自发热升温4℃。铺设tpu薄膜层200，在材料层300表面铺设tpu薄膜层200。铺设表层涤纶棉层400，在上个步骤的tpu薄膜层200上铺设表层涤纶棉层400。高温热熔，将上个步骤中的中间件放入烘箱进行加热，材料层300中的低熔点涤纶短纤维逐步融化，将附着在材料层300中间的气凝胶粉状体，热熔粘合在涤纶棉层中间，tpu薄膜层200热熔后将底层涤纶棉层100、材料层300和表层涤纶棉层400包裹成一个整体。在这个过程中，气凝胶被融化包裹固定住。但是还是会有少量气凝胶粉体过剩，也会堆积在tpu薄膜层200上。

为了解决这个问题，本发明采用翻转工艺，将中间件进行翻转后热熔，将剩余的气凝胶热熔粘附在tpu薄膜层200上。通过两遍正反面各一次的热熔烘烤，将剩余的粉体也热熔粘附在tpu薄膜层200上，实现气凝胶粉体完全的固化，不渗漏，不逃逸。同时，低熔点涤纶短纤维的热熔和tpu薄膜层的热熔，最终将整个结构体，粘合为一个整体。涤纶棉层也实现稳定固化，上下层涤纶棉结构也被牢固的粘附在材料层300上，形成一个整体。

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-196℃。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2

本发明其中涤纶棉层的配比为：涤纶50％+铜氨丝48％。喷洒材料层300的气凝胶，气凝胶配比为2％。可以不添加羽绒，本发明依然能够生产。没有羽绒，保暖性能下降，但是更加轻薄，同时依然能够通过铜氨丝进行自发热。

实施例3

本发明其中涤纶棉层的配比为：涤纶98％。喷洒材料层300的气凝胶，气凝胶配比为2％。可以不添加羽绒和铜氨丝，本发明依然能够生产。没有羽绒和铜氨丝，其思路等同实施例2，通过降低成本，尽可能发挥气凝胶的作用，而且也更轻薄。

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。