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

本发明专利技术提供了一种多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料及其制备方法。本发明专利技术通过将第一热塑性聚合物与气凝胶粉体的混合物作为皮层，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，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，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及气凝胶复合材料
，尤其涉及一种多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料及其制备方法。
技术介绍
气凝胶是在不改变水凝胶(湿凝胶)体积的情况下将其内部的液体置换成空气后得到的一种轻质多孔固体材料，具有极高的孔隙率和丰富的表面化学基团，因而在保温隔热、催化、生物化学等领域具有非常广泛的应用。目前，市场上已有依托气凝胶制备的保暖隔热材料，但这类材料大多是采用涂覆、表面涂层或中间夹层等工艺将气凝胶负载于纺织材料、高温设备或建筑外墙等基材表面，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。公开号为CN108330561A的专利提供了一种皮芯结构气凝胶复合纤维及其制备方法及应用。该专利将气凝胶颗粒与聚合物材料通过皮芯复合纺丝法进行同步复合，形成了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。有鉴于此，有必要设计一种改进的气凝胶/聚合物复合材料及其制备方法，以解决上述问题。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种多元结构协同增强的保暖隔热气凝胶/聚合物复合材料及其制备方法。通过将第一热塑性聚合物与气凝胶粉体的混合物作为皮层，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。为实现上述目的，本专利技术提供了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，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；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。作为本专利技术的进一步改进，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。作为本专利技术的进一步改进，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。作为本专利技术的进一步改进，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。作为本专利技术的进一步改进，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0.01～500μm，分特克斯数为0.1～1000dtex。作为本专利技术的进一步改进，在步骤S3中，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。作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述气凝胶包括但不限于硅系、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。作为本专利技术的进一步改进，所述第一热塑性聚合物和所述第二热塑性聚合物均为聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种或两种。作为本专利技术的进一步改进，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。为实现上述目的，本专利技术还提供了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，该气凝胶/聚合物复合材料根据上述技术方案中任一技术方案制备得到，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。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过将第一热塑性聚合物与气凝胶粉体的混合物作为皮层，并将第二热塑性聚合物作为芯层，利用双组份皮芯复合纺丝法制备得到皮芯结构气凝胶/聚合物复合纤维。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，本专利技术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，基于本专利技术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。(2)本专利技术能够通过改变喷丝头的形状，自由调控复合纤维的截面形状，从而大幅增加纤维的比表面积，以提升纤维的保暖隔热性。在此基础上，本专利技术通过对气凝胶/聚合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，本专利技术制得的气凝胶/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，本专利技术制备的气凝胶/聚合物复合材料才能够达到优异的保暖隔热性能。(3)本专利技术提供的制备方法工艺简单，参数可控，能够满足工业化大规模生产的需求。并且，本专利技术制得的气凝胶/聚合物复合材料能够使气凝胶在大量堆积于纤维表面的同时嵌入纤维内部，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，再通过织造过本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/nS1、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；/nS2、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；/nS3、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；/nS4、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。/n

【技术特征摘要】
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；
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或4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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，王文，李沐芳，
申请(专利权)人：佛山市维晨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44