纺织品气凝胶保暖助剂:从航天黑科技到贴身温暖的革新(一)(气凝胶纺丝)

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气凝胶这个名字听起来充满科幻感的材料,其实是目前世界上密度最小的固体之一,密度最低可达 3kg/m³,甚至比空气还轻!它的内部结构如同纳米级迷宫,超过 80% 的空间被无数封闭微孔占据,这些微孔小到连空气分子的自由运动都被限制,造就了它 “逆天” 的隔热能力。

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01、纳米级隔热材料的“跨界之旅”

气凝胶是一种具有纳米多孔结构的神奇材料,1931年由美国Kistler.S.发明。因轻若薄雾蓝色泛烟,又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”。气凝胶纤细的纳米网络结构有效地限制了局域热激发的传播,纳米微孔洞抑制了气体分子对热传导的贡献,并阻止环境温度的红外热辐射☢️,成为一种理想的高温隔热材料。气凝胶的密度极小,超轻重量,气凝胶便成为航天探测中不可替代的材料。俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器都用它来进行热绝缘。美国宇航局的科学家说,只要在宇航服中加入一个18毫米厚的气凝胶层,那么它就能帮助宇航员扛住1300℃的高温和零下130℃的超低温。

织物气凝胶整理是将气凝胶和超分子材料技术应用于纤维之上, 超分子水凝胶处理织物后,再经过干燥热处理后, 使气体取代水凝胶中的液相而形成纳米级多孔固态材料,即在织物表面形成超分子杂合气凝胶复合材料。

02、保暖原理

Herst气凝胶保暖整理剂NJ-260有助于提高织物的保温率和服装的隔热性能指标克罗值,调节纺织面料温度,改善面料的隔热性能,给人以舒适感。当面料进行气凝胶保暖处理后,它的纳米孔道结构同样展现了“热传导克星”的实力:

阻绝热对流:纳米级孔洞限制了气体分子的流动,阻断空气的热对流;

抑制热传导:纤细的纳米网络结构让热量难以通过固体传递;

反射热辐射☢️:对人体发射的红外热辐射☢️(波长3-15μm)有高反射率,减少热量流失。

三者协同作用下,面料可在轻薄形态下实现远超传统材料的隔热性能。

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03、保暖检测标准

GB/T 11048-2018适用于各类纺织织物及其制品,涂层织物、皮革以及多层复合材料等也可参照执行。该标准可用于测定纺织品在稳态条件下的热阻和湿阻,为运动服装、户外装备、日常穿着和特殊环境工作服等各类纺织品的材料选择、产品设计及舒适性评估等提供依据。规定了采用蒸发热板法测定纺织品热阻和湿阻的检测方法和相关标准,具体如下:

将试样覆盖于电热试验板上,试验板及其周围和底部的保护板保持相同恒温,使电热试验板的热量只能通过试样散失。调湿空气平行于试样上方流动,在试验条件达到稳定状态后,测定通过试样的热流量来计算试样的热阻。对于湿阻测定,需在多孔测试板上覆盖透气但不透水的薄膜,进入测试板的水蒸发后以水蒸气形式通过薄膜,试样放在薄膜上,测定一定水分蒸发率下保持测试板恒温所需热流量,结合通过试样的水蒸气压力计算试样湿阻。

标准规定了 A、B 两种类型的测试仪器。测定热阻和湿阻或仅测定其中之一时优先采用 A 型仪器(蒸发热板法仪器),在仅需测定热阻时也可以采用 B 型仪器(静态平板法仪器)。仪器的热阻和湿阻测定范围一般不小于 2m²・K/W 和 700m²・Pa/W。

试样尺寸应能同时覆盖测试板和保护板,且需平整、无褶皱,通常将接触人体皮肤的一面朝向测试板。为使样品充分稳定,稳定时间需根据样品厚度适当延长。

气流速度在测试板中心上方 15mm 处的平均值应为 1m/s,误差不超过 ±0.05m/s。

首先准备好试样,将其按要求放置在测试仪器上。开启仪器,使试验板、保护板达到设定温度,并让调湿空气按规定流速流动,待试验条件达到稳态。然后测定通过试样的热流量、试样两面的温差等参数用于计算热阻;同时测定保持测试板恒温所需热流量以及试样两面的水蒸气压力差等参数用于计算湿阻。

热阻(Rct)是试样两面的温差与垂直通过试样单位面积的热流之比,单位为 m²・K/W。湿阻(Ret)是试样两面的水蒸气压差与垂直通过试样单位面积的蒸发热流之比,单位为 m²・Pa/W。还可根据热阻和湿阻计算透湿指数(imt)等其他相关参数。计算结果通常要求保留一定的有效数字,具体按标准规定执行。

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