一种自粘性气凝胶复合夹层材料的制备方法

本发明属于保温复合材料，具体涉及一种自粘性气凝胶复合夹层材料的制备方法。

背景技术：

1、随着户外活动、探险和军事需求的增加，保温帐篷在极端气候条件下的使用变得至关重要。传统的帐篷材料，尤其是老式的棉质帐篷，尽管具有一定的保暖性和透气性，但在极端寒冷环境中的表现远远不如新型材料。近年来，随着材料科学的进步，纳米纤维素气凝胶因其出色的热绝缘性能、轻便性和环保性，成为保温材料的理想选择，并为保温帐篷的设计提供了重要创新。

2、纳米纤维素是一种从植物、细菌或藻类中提取的天然材料，具备高强度、轻质量和丰富资源来源的优势。通过气凝胶技术将其加工成轻质多孔结构，纳米纤维素气凝胶呈现出优异的隔热保温特性，导热系数低至0.02 w/m·k，接近空气的导热性能。其独特的纳米纤维结构可有效阻挡热量传导，显著减少帐篷内的热量损失，特别适合在极端寒冷环境中使用。同时，这种气凝胶材料的密度极低，约为0.1g/cm³，使其成为目前最轻的保温材料之一，大大降低了帐篷的重量，提升了户外使用的便捷性。此外，纳米纤维素气凝胶具有 良好的生物降解性，符合环保趋势，且其出色的机械强度与吸湿透气性，使其能够应对各种恶劣天气条件，保证帐篷的稳定性与舒适性。

3、相比之下，传统棉质帐篷在保温性能、重量、湿气处理以及耐候性等方面存在显著不足。棉质帐篷的导热系数较高，无法有效阻隔冷空气，容易导致内部热量迅速流失，特别是在极端气候中，其保温效果明显不如纳米纤维素气凝胶。此外，棉质帐篷较为笨重，容易吸湿，携带不便，并且干燥时间长。在潮湿环境中，棉帐篷还可能引发霉菌问题，影响其使用寿命和卫生条件。棉质帐篷的透气性较差，抗风雨能力有限，在恶劣天气中容易出现渗水和撕裂问题。而且，虽然棉质材料天然环保，但其生产过程中常伴随大量化学染料和助剂的使用，对环境造成负担。

4、另一方面，对于目前市面上较为主流的超轻隔热材料-气凝胶材料来说，使用气凝胶来制备的多层复合气凝胶复合材料的过程中，不可避免的使用了化学粘接剂。例如专利cn117264554a中就有提到其使用了以10号机油等混合物制备的粘接剂用于粘接固定其中的气凝胶夹层与表层布料。而作为主要成分的10号机油其挥发物中包含了大量例如烷烃、环烷烃、芳烃、环烷基芳烃以及含氧、含氮、含硫有机化合物等对人体有害的物质，同样其他以化学原料为主要成分的化学粘接剂都不可避免的会释放出一定量的有毒有害物质。因此，作为帐篷的主体材料，为了避免帐篷内部空间产生有害物质，应避免使用化学粘接剂。

技术实现思路

1、为了解决上述在严寒环境中传统帐篷所带来的一系列问题，本发明基于纳米纤维素气凝胶以及热塑性树脂的优点，提供了一种自粘性气凝胶复合夹层材料制备方法，该方法依次通过增强纤维的改性处理、增强纤维热塑性树脂基毡材的制备、气凝胶在增强纤维热塑性树脂基毡材上的原位成型、表面布料的裁剪与铺放、内衬热反射薄膜的裁剪与铺放、气凝胶复合夹层材料的一体化热压自粘成型，得到自粘性气凝胶复合夹层材料。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种自粘性气凝胶复合夹层材料的制备方法，具体步骤如下：

4、（a）将增强纤维丝束放入配好的改性溶液中进行表面改性处理，烘干后得到改性增强纤维；所述改性溶液由改性剂和溶剂配制而成，改性剂为丙酮或硅烷偶联剂，溶剂为乙醇；

5、（b）将改性增强纤维裁切成30-80mm长的纤维段；

6、（c）将裁切后的改性增强纤维与热塑性树脂纤维按照质量比（2~5）：（8~5）置于悬浮液中均匀混合得到浆液，使用容器取出浆料放入过滤器中，得到改性增强纤维与热塑性纤维的混合纤维毡；所述悬浮液是由水、乙醇与聚乙二醇按照体积比1：1：0.05配制而成；

7、（d）将混合纤维毡置于烘干箱中，在80℃下烘干，并裁切成所需大小；

8、（e）配制气凝胶溶液，并将混合纤维毡充分浸渍于溶液中；

9、其中，所述气凝胶溶液是由天然植物纤维经过nhpi氧化处理得到纳米纤维素悬浮液，然后按照纳米纤维素悬浮液质量的20%加入葵花籽油，并通过超声分散配制得到；

10、（f）将浸泡有气凝胶溶液的混合纤维毡放入到烘箱之中，并在冷阱冷冻干燥24h，得到气凝胶纤维毡夹层；

11、（g）将表层布料、气凝胶纤维毡夹层和热反射薄膜按照需求裁切出合适的大小，并按照表层布料-气凝胶纤维毡夹层-热反射薄膜的顺序将这三者对齐叠放起来，最后通过热辊压机压制成一体，得到自粘性气凝胶复合夹层材料。

12、作为优选，步骤（a）中所述增强纤维为碳纤维、麻纤维、竹纤维、秸秆纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或几种组合。

13、作为优选，步骤（a）中硅烷偶联剂为kh550。

14、作为优选，步骤（c）中所述热塑性树脂纤维为尼龙纤维、聚醚醚酮纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚碳酸酯纤维、聚乳酸纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或以上几种的组合。

15、作为优选，步骤（e）中所述的nhpi氧化处理的方法是将天然植物纤维加入到容器中，再加入由nhpi、溴化钠和次氯酸钠组成的混合溶液中，在40-60℃的条件下反应1-3h，最终用乙醇来终止反应；混合溶液中nhpi的浓度为0.05wt％-0.1wt％，溴化钠浓度为0.2wt％-0.4wt％，次氯酸钠浓度为2wt％-5wt％，并用1-3mol/l naoh调节ph在9-11之间。

16、进一步优选，步骤（e）中所述天然植物纤维为麻纤维、竹纤维、秸秆纤维中的一种或多种的组合。

17、作为优选，步骤（f）中冷阱冷冻干燥的温度为-78℃。

18、本发明还提供了一种通过上述方法制备得到的自粘性气凝胶复合夹层材料。

19、本发明的有益效果：

20、1、气凝胶优异的保温性能可确保在极端环境中提供长时间的热量隔离，提升了帐篷的居住舒适度与安全性，气凝胶的轻量化特点大幅降低了帐篷的总重量，适合长途跋涉与探险活动，该材料未来有望在探险、军事和日常户外活动中得到广泛应用。

21、2、通过将增强纤维与热塑性树脂纤维在悬浮液中制备成纤维毡材，使得后续加工过程中纳米纤维素气凝胶可以附着在增强纤维搭成的纤维骨架上，由于纤维毡材具有致密、复杂等三维结构特点，因此由增强纤维与热塑性树脂纤维制备成的纤维毡可以很好的避免改善二氧化硅气凝胶成型后的掉渣、掉粉、结构不稳定等问题。

22、3、由于纤维毡材中含有一定含量的热塑性树脂纤维，在热辊压机的作用下，树脂融化后可以提供自粘性使得复合布料可以在不使用任何化学胶料的情况下，粘合的很好，这可以很好的避免任何化学有害物质的释放，符合当前可持续发展的设计理念，能够有效减少废弃帐篷对环境的污染。

23、4、纳米纤维素气凝胶虽然可以很好的附着在增强纤维形成的网状骨架上，但由于未经过处理的气凝胶自身力学性能较差，很可能在使用过程中发生损坏掉渣等不良现象，为了解决该问题，本发明才用了在纤维毡中引入了一定量的热塑性树脂纤维的设计。通过热塑性树脂纤维融化后所形成的粘性保护层包覆住整个毡材，从而很好的解决了气凝胶损坏掉渣的问题。