阅读说明：本技术 含气凝胶的保温棉及其生产工艺 (Aerogel-containing heat insulation cotton and production process thereof ) 是由 孔令玺 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了含气凝胶的保温棉及其生产工艺,包括：底层涤纶棉层、TPU薄膜层、材料层和表层涤纶棉层,材料层包裹于TPU薄膜层内,TPU薄膜层设于底层涤纶棉层和表层涤纶棉层之间。其中,材料层包括：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。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,客服了气凝胶难加工,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。(The invention discloses aerogel-containing heat insulation cotton and a production process thereof, wherein the production process comprises the following steps: the cotton layer of bottom dacron, TPU thin film layer, material layer and top layer dacron, the material layer wraps up in the TPU thin film layer, and the TPU thin film layer is located between cotton layer of bottom dacron and the cotton layer of top layer dacron. Wherein the material layer comprises: cotton layer of dacron and 1 ~ 20% aerogel, the cotton layer of dacron includes: 0-60% of down feather, 20-99% of terylene and 0-60% of cuprammonium rayon. Compared with the prior art, the water-repellent fabric material has the advantages that the aerogel is successfully and safely added into the fabric material, the problems of difficult processing, easy volatilization and high risk of the aerogel are overcome, the clothes have good air permeability and light weight, the high-efficiency heat preservation effect is realized, the water repellency of the water-repellent fabric material realizes the water resistance of the inner layer, and the four-side elasticity ensures the comfort.)

含气凝胶的保温棉及其生产工艺

技术领域

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。

发明内容

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。