一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料及其制备方法
技术领域
本发明涉及纺织面料技术领域，更具体地说，它涉及一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料及其制备方法。
背景技术
气凝胶是最早由美国科学S.Kistier在1931年研制出的一种低密度、高孔隙率的纳米多孔材料。1993年美国宇航局NASA将气凝胶作为保温材料应用到航天航空领域，气凝胶中90%以上是10～30纳米的静止空气团，具有非常好的隔热效果，一寸厚的气凝胶隔热效果相当于20～30块普通玻璃的隔热效果。
将气凝胶应用于纺织领域虽然也已经有所尝试，但目前更多的是将气凝胶在纺织面料涂层、染整试剂添加等面料后道染整工艺进行，直接将气凝胶应用于纺织纤维并纺织成可以媲美原生纱线的面料还鲜有报道。
申请公布号为CN111086300A的中国专利公开了一种气凝胶贴合面料及其制作方法，该气凝胶贴合面料是由底层、中间层以及面层贴合制成;中间层为涂布有气凝胶粉体的无纺布;制作方法包括将气凝胶粉体加入到涂布液中，搅拌均匀后涂布到无纺布上，烘干得到中间层;以及将底层、中间层以及面层贴合制成气凝胶贴合面料。该现有技术方案仅仅是通过将气凝胶粉体涂布于中间层无纺布表面，气凝胶涂层随着面料的长时间使用会逐渐玻璃和损耗，对于面料的保暖改性效果较差。因此，开发出一种原生性、可纺性高的气凝胶纤维，并直接通过气凝胶纤维织造出具有超轻薄、高保暖的面料具有重大行业前景和意义。
发明内容
针对现有技术存在的气凝胶改性面料保暖性、服用性差的问题，本发明的第一个目的在于提供一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，所述薄暖型气凝胶纺织纤维面料具有轻薄、保暖性好的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，所述制备方法具有工艺稳定高效，制备的面料品质高、保暖性好的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，包括以下重量百分比含量组分：气凝胶改性纤维10%～90%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维;所述气凝胶改性纤维包括质量比为1:(10～300)的气凝胶和基体纤维。
通过采用上述技术方案，气凝胶中具有类似于活性炭的蜂窝状孔隙结构，但孔隙率更高，在气凝胶内部形成异常丰富的纳米静止空气团，使得气凝胶的热导率达到甚至是低于静止空气的热导率，从而具有优异的隔热保温效果。在基体纤维中加入气凝胶进行改性，改性后的气凝胶改性纤维保持了气凝胶的超低热导率、高比表面积、轻量化的特性，同时使得气凝胶改性纤维具有很好的原生纱线的特性，可纺性高;将气凝胶改性纤维按照10%～90%的重量百分比与余量的羊绒纤维或者羊毛纤维或者棉纤维混纺织造，制得具有超轻薄、高保暖性的面料，从而可以替代羊绒、羊毛纤维以降低羊绒、羊毛纤维的用量，大大降低生产成本。
进一步地，所述组分的重量百分比为：气凝胶改性纤维20%～80%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维;所述气凝胶改性纤维包括质量比为1:(10～300)的气凝胶和基体纤维。
通过采用上述技术方案，重量百分比为20%～80%的气凝胶改性纤维与羊绒纤维(或羊毛纤维或棉纤维)混纺，具有更优的保温性能及综合服用性能。
进一步地，所述气凝胶为二氧化硅气凝胶。
通过采用上述技术方案，二氧化硅气凝胶是已知最轻的固体材料和性能最好的保温材料，其孔径尺寸低于常压下空气分子平均自由程，因此，在二氧化硅气凝胶孔隙中的空气分子近似静止，从而避免了空气的对流传热;二氧化硅气凝胶内部的纳米级气孔，趋于“无穷多”的纳米级气孔壁，可以形成无穷多遮挡板效应，从而将辐射传热降至最低;二氧化硅气凝胶内部的纳米级气孔的气孔壁无限长，热量沿着近乎于无限长的气孔壁会产生无穷长路径效应，从而极大降低热量通过气凝胶内部纳米孔固体路径向外传导。上述的结构特征，使二氧化硅气凝胶达到其他材料无法比拟的绝热保温效果。
进一步地，所述二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g。
通过采用上述技术方案，比表面积在600m2/g～1000m2/g的二氧化硅气凝胶可以使得制得的气凝胶改性纤维具有较高的比表面积，从而使气凝胶改性纤维具有超高的透湿量、芯吸高度和蒸发速率，极大地提升了气凝胶改性纤维的快干性能。
进一步地，所述二氧化硅气凝胶的孔隙率为95%～99%。
通过采用上述技术方案，二氧化硅气凝胶的高孔隙率特性使得改性后的纤维以及纤维制成的纱线具有较强的过滤、异味吸附性能，使得用气凝胶改性纤维制成的面料卫生性以及综合服用性能更优。
进一步地，所述基体纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维的任一种。
通过采用上述技术方案，聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维属于常用的纺织面料用合成纤维，将二氧化硅气凝胶与上述几种合成纤维作用改性，从而能够形成规模化效应，能够拓展气凝胶改性纤维的种类，为多种类、大规模的量产气凝胶纺织纤维面料夯实技术及原料供应基础。
进一步地，所述基体纤维为聚酯纤维，所述气凝胶改性纤维为气凝胶改性聚酯纤维。
通过采用上述技术方案，聚酯纤维商品名为涤纶，由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，其是目前合成纤维的第一大品种，制备工艺成熟，原料供应稳定。以聚酯纤维为基体纤维进行气凝胶纤维改性，能够制得市场规模最大、应用最广的气凝胶改性聚酯纤维，从而达到较好的市场效应。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性聚酯切粒：将气凝胶改性聚酯按照特定规格进行切粒;
S2、熔融喷丝：将S1步骤制得的气凝胶改性聚酯切粒通过熔融纺丝机熔融喷丝，制得气凝胶改性聚酯纺织用纤维;
S3、面料织造：将S2步骤制得的气凝胶改性聚酯纺织用纤维经过织造、染整工艺加工制成面料。
通过采用上述技术方案，将经过二氧化硅气凝胶改性的聚酯切粒，经过熔融纺丝机熔融喷丝，制得品质高且一致性好的气凝胶改性聚酯纤维，最后经过制造加工制成不同的服用面料。
进一步地，所述S2步骤中的气凝胶改性聚酯纺织用纤维包括气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维。
通过采用上述技术方案，根据不同种类的面料和市场需求，可以制得适合不同面料的气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维，从而进一步拓展了气凝胶纺织纤维的品类，提供服用性更加丰富的面料，从而满足更加丰富多样的市场需求。
进一步地，所述气凝胶改性聚酯纤维长丝可制成梭织面料、针织面料，所述气凝胶改性聚酯短纤维可制成纱线、保暖棉。
通过采用上述技术方案，利用气凝胶改性聚酯纤维长丝制成的梭织面料、针织面料，利用气凝胶改性聚酯短纤维制成的纱线、保暖棉，能够被广泛的应用于穿着类纺织产品、户外纺织品以及内饰件领域，极大地拓宽了气凝胶改性聚酯纤维的应用广度。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、通过利用二氧化硅气凝胶改性聚酯纤维按照10%～90%的重量百分比与余量的羊绒纤维或者羊毛纤维混纺织造，制得具有超轻薄、高保暖性的面料，从而可以替代羊绒、羊毛纤维以降低羊绒、羊毛纤维的用量，大大降低生产成本。
第二、控制二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g，从而使气凝胶改性纤维具有超高的透湿量、芯吸高度和蒸发速率，极大地提升了气凝胶改性纤维的快干性能。
第三、控制二氧化硅气凝胶孔隙率为95%～99%，二氧化硅气凝胶的高孔隙率特性使得改性后的纤维以及纤维制成的纱线具有较强的过滤、异味吸附性能，使得用气凝胶改性纤维制成的面料卫生性以及综合服用性能更优。
第四、本申请的制备方法，通过改性聚酯切粒、熔融喷丝、面料织造，并在熔融喷丝阶段制得适合于梭织面料、针织面料的气凝胶改性聚酯纤维长丝和适用于纱线、保暖棉的气凝胶改性聚酯短纤维，因此，能够被广泛的应用于穿着类纺织产品、户外纺织品以及内饰件领域，极大地拓宽了气凝胶改性聚酯纤维的应用广度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
实施例1：
一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，包括以下重量百分比含量组分：二氧化硅气凝胶改性纤维10%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维，其中，二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g、孔隙率为95%～99%;气凝胶改性纤维包括质量比为1:10的气凝胶和基体纤维，其中，基体纤维为聚酯纤维;一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性聚酯切粒：将气凝胶改性聚酯按照特定规格进行切粒;
S2、熔融喷丝：将S1步骤制得的气凝胶改性聚酯切粒通过熔融纺丝机熔融喷丝，制得气凝胶改性聚酯纺织用纤维，气凝胶改性聚酯纺织用纤维包括气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维，其中，气凝胶改性聚酯纤维长丝可制成梭织面料、针织面料，气凝胶改性聚酯短纤维可制成纱线、保暖棉;
S3、面料织造：将S2步骤制得的气凝胶改性聚酯纺织用纤维经过织造、染整工艺加工制成面料。
实施例2
一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，包括以下重量百分比含量组分：二氧化硅气凝胶改性纤维20%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维，其中，二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g、孔隙率为95%～99%;气凝胶改性纤维包括质量比为1:45的气凝胶和基体纤维，其中，基体纤维为聚酯纤维;一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性聚酯切粒：将气凝胶改性聚酯按照特定规格进行切粒;
S2、熔融喷丝：将S1步骤制得的气凝胶改性聚酯切粒通过熔融纺丝机熔融喷丝，制得气凝胶改性聚酯纺织用纤维，气凝胶改性聚酯纺织用纤维包括气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维，其中，气凝胶改性聚酯纤维长丝可制成梭织面料、针织面料，气凝胶改性聚酯短纤维可制成纱线、保暖棉;
S3、面料织造：将S2步骤制得的气凝胶改性聚酯纺织用纤维经过织造、染整工艺加工制成面料。
实施例3
一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，包括以下重量百分比含量组分：二氧化硅气凝胶改性纤维30%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维，其中，二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g、孔隙率为95%～99%;气凝胶改性纤维包括质量比为1:80的气凝胶和基体纤维，其中，基体纤维为聚酯纤维;一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性聚酯切粒：将气凝胶改性聚酯按照特定规格进行切粒;
S2、熔融喷丝：将S1步骤制得的气凝胶改性聚酯切粒通过熔融纺丝机熔融喷丝，制得气凝胶改性聚酯纺织用纤维，气凝胶改性聚酯纺织用纤维包括气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维，其中，气凝胶改性聚酯纤维长丝可制成梭织面料、针织面料，气凝胶改性聚酯短纤维可制成纱线、保暖棉;
S3、面料织造：将S2步骤制得的气凝胶改性聚酯纺织用纤维经过织造、染整工艺加工制成面料。
实施例4
一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，包括以下重量百分比含量组分：二氧化硅气凝胶改性纤维40%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维，其中，二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g、孔隙率为95%～99%;气凝胶改性纤维包括质量比为1:115的气凝胶和基体纤维，其中，基体纤维为聚酯纤维;一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性聚酯切粒：将气凝胶改性聚酯按照特定规格进行切粒;
S2、熔融喷丝：将S1步骤制得的气凝胶改性聚酯切粒通过熔融纺丝机熔融喷丝，制得气凝胶改性聚酯纺织用纤维，气凝胶改性聚酯纺织用纤维包括气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维，其中，气凝胶改性聚酯纤维长丝可制成梭织面料、针织面料，气凝胶改性聚酯短纤维可制成纱线、保暖棉;
S3、面料织造：将S2步骤制得的气凝胶改性聚酯纺织用纤维经过织造、染整工艺加工制成面料。
实施例5
一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，包括以下重量百分比含量组分：二氧化硅气凝胶改性纤维50%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维，其中，二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g、孔隙率为95%～99%;气凝胶改性纤维包括质量比为1:150的气凝胶和基体纤维，其中，基体纤维为聚酯纤维;一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性聚酯切粒：将气凝胶改性聚酯按照特定规格进行切粒;
S2、熔融喷丝：将S1步骤制得的气凝胶改性聚酯切粒通过熔融纺丝机熔融喷丝，制得气凝胶改性聚酯纺织用纤维，气凝胶改性聚酯纺织用纤维包括气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维，其中，气凝胶改性聚酯纤维长丝可制成梭织面料、针织面料，气凝胶改性聚酯短纤维可制成纱线、保暖棉;
S3、面料织造：将S2步骤制得的气凝胶改性聚酯纺织用纤维经过织造、染整工艺加工制成面料。
实施例6
一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，包括以下重量百分比含量组分：二氧化硅气凝胶改性纤维60%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维，其中，二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g、孔隙率为95%～99%;气凝胶改性纤维包括质量比为1:185的气凝胶和基体纤维，其中，基体纤维为聚酯纤维;一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性聚酯切粒：将气凝胶改性聚酯按照特定规格进行切粒;
S2、熔融喷丝：将S1步骤制得的气凝胶改性聚酯切粒通过熔融纺丝机熔融喷丝，制得气凝胶改性聚酯纺织用纤维，气凝胶改性聚酯纺织用纤维包括气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维，其中，气凝胶改性聚酯纤维长丝可制成梭织面料、针织面料，气凝胶改性聚酯短纤维可制成纱线、保暖棉;
S3、面料织造：将S2步骤制得的气凝胶改性聚酯纺织用纤维经过织造、染整工艺加工制成面料。
实施例7
一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，包括以下重量百分比含量组分：二氧化硅气凝胶改性纤维70%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维，其中，二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g、孔隙率为95%～99%;气凝胶改性纤维包括质量比为1:220的气凝胶和基体纤维，其中，基体纤维为聚酯纤维;一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性聚酯切粒：将气凝胶改性聚酯按照特定规格进行切粒;
S2、熔融喷丝：将S1步骤制得的气凝胶改性聚酯切粒通过熔融纺丝机熔融喷丝，制得气凝胶改性聚酯纺织用纤维，气凝胶改性聚酯纺织用纤维包括气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维，其中，气凝胶改性聚酯纤维长丝可制成梭织面料、针织面料，气凝胶改性聚酯短纤维可制成纱线、保暖棉;
S3、面料织造：将S2步骤制得的气凝胶改性聚酯纺织用纤维经过织造、染整工艺加工制成面料。
实施例8
一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，包括以下重量百分比含量组分：二氧化硅气凝胶改性纤维80%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维，其中，二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g、孔隙率为95%～99%;气凝胶改性纤维包括质量比为1:255的气凝胶和基体纤维，其中，基体纤维为聚酯纤维;一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性聚酯切粒：将气凝胶改性聚酯按照特定规格进行切粒;
S2、熔融喷丝：将S1步骤制得的气凝胶改性聚酯切粒通过熔融纺丝机熔融喷丝，制得气凝胶改性聚酯纺织用纤维，气凝胶改性聚酯纺织用纤维包括气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维，其中，气凝胶改性聚酯纤维长丝可制成梭织面料、针织面料，气凝胶改性聚酯短纤维可制成纱线、保暖棉;
S3、面料织造：将S2步骤制得的气凝胶改性聚酯纺织用纤维经过织造、染整工艺加工制成面料。
实施例9
一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料，包括以下重量百分比含量组分：二氧化硅气凝胶改性纤维90%、余量的羊绒纤维或羊毛纤维或棉纤维，其中，二氧化硅气凝胶比表面积为600m2/g～1000m2/g、孔隙率为95%～99%;气凝胶改性纤维包括质量比为1:300的气凝胶和基体纤维，其中，基体纤维为聚酯纤维;一种薄暖型气凝胶纺织纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、改性聚酯切粒：将气凝胶改性聚酯按照特定规格进行切粒;
S2、熔融喷丝：将S1步骤制得的气凝胶改性聚酯切粒通过熔融纺丝机熔融喷丝，制得气凝胶改性聚酯纺织用纤维，气凝胶改性聚酯纺织用纤维包括气凝胶改性聚酯纤维长丝和气凝胶改性聚酯短纤维，其中，气凝胶改性聚酯纤维长丝可制成梭织面料、针织面料，气凝胶改性聚酯短纤维可制成纱线、保暖棉;
S3、面料织造：将S2步骤制得的气凝胶改性聚酯纺织用纤维经过织造、染整工艺加工制成面料。
对比例
对比例1：以申请公布号为CN111086300A的中国专利申请文件中的实施例1作为对照，一种石墨烯气凝胶保暖面料，包括上面层、间隔层和下面层，间隔层连接上面层和下面层，上面层为纤维素纤维纱线织造，间隔层采用二氧化硅气凝胶纱线织造，下面层为石墨烯纯纺纱线织造，通过气凝胶纱线将上面层和下面层织造在一起，上面层具有均匀的透气结构，透气结构为排布均匀的圆形透气孔和透气槽，间隔层通过织造连接上面层和下面层，上面层、间隔层和下面层为一体织造成型，上面层、间隔层和下面层通过TECHNIT%20D3型圆机，进行三线喂纱，纤维素纤维纱线为底纱，石墨烯纱线和气凝胶纱线作为添沙，三线同时编织，使气凝胶纱线完全隐藏于纤维素纤维纱线和石墨烯纱线之间，同时织造上面层、间隔层和下面层。
对比例2：选择英威达ActicveSoft保温棉填充物作为对照。
对比例3：选择英威达HollowFil保温棉填充物作为对照。
对比例4：选择纯羊绒梭织面料作为对照。
性能检测试验
按照实施例1～9、对比例1～4的方法各制备6块相同克重的试样面料，并按照以下方法检测试样面料的各项性能，由同一实施例、对比例制得的试样面料的测试结果取平均值，测试结果如表1所示：
1、克罗值：根据GB/T%2011048-2008%20A《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》对各试样的克罗值进行测定;
2、热导率：根据GB/T%2011048-2008%20A《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》对各试样的克罗值进行测定;
3、透湿量：根据GB/T%2012704.1-2009《纺织品织物透湿性试验方法》对各试样的透湿量进行测定;
4、芯吸高度：根据FZ/T%2001071-2008《纺织品毛细效应试验方法》对各试样的芯吸高度进行测定;
5、蒸发速率：根据GB/T%2021655.1-2008《纺织品吸湿速干性的评定》对各试样的蒸发速率进行测定;
6、异味成分减少率：根据ISO17299-2:2014《纺织品除臭性能的测定》第2部分、ISO17299-3:2014《纺织品除臭性能的测定》第3部分对各试样的异味成分减少率进行测定。
表1各实施例与对比例面料试样性能测试结果
由表1可以看出实施例1～9梭织面料，也即是本申请中二氧化硅气凝胶改性聚酯纤维长丝所制成的机织物面料试样，可以看出实施例1～9梭织物面料的克罗值要远高于对比例1，且略优于对比例4，实施例1～9梭织物面料的热导率远低于对比例1，与对比例4的热导率相当，说明本申请实施例1～9梭织物面料的保暖隔热性能要优于对比例1，且可以媲美对比例4中羊绒面料的保暖性能;从表1中还可以看出，实施例1～9梭织物面料的透湿量、芯吸高度和蒸发速率三个指标要略高于对比例1、对比例4，说明本申请梭织物面料的快干性能要更优;表1中还显示出，实施例1～9梭织物面料的异味成分减少率(以氨气进行检测)也要高于对比例1和对比例4，说明本申请梭织物面料的过滤和除异味效果更佳，体现出本申请梭织物面料的服用性和穿着舒适度更好。
由表1可以看出实施例1～9的保温棉，也即是本申请中二氧化硅气凝胶改性聚酯纤维短纤所制成的保温棉填充物试样，可以看出实施例1～9的保温棉克罗值接近2，远高于对比例2的英威达ActicveSoft保温棉、对比例3的英威达HollowFil保温棉的克罗值，说明本申请实施例1～9的保温棉保暖效果更佳。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
