CN112813584A - 一种气凝胶纤维填充材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气凝胶纤维填充材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：将气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合，获得复合物；对所述复合物进行热处理定型，使气凝胶纤维相互粘连搭接堆积形成稳定三维立体网络结构，获得气凝胶纤维填充材料。所获气凝胶纤维填充材料具有由气凝胶纤维相互粘连搭接堆积形成的稳定三维立体网络结构。本发明的制备方法工艺简单、流程短，并且还可通过调整功能材料添加剂获得不同的功能气凝胶纤维填充材料，极大的扩大了气凝胶纤维填充材料的种类与应用范围；本发明的气凝胶纤维填充材料所含气凝胶比例显著提高，材料的隔热性能优异，结构稳定，在隔热保温、芯材填充、结构支撑等领域具有广阔应用前景。

Description

一种气凝胶纤维填充材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种气凝胶纤维填充材料及其制备方法与应用，属于纺织材料技术领域。

背景技术

纤维填充材料包括絮片、纤维毡等，是纺织行业的重要原材料，其最大的特点便是轻便保暖，主要应用于被服、建筑外层保温。随着人们的生活品质逐步提高，对填充材料的需求也逐步提高。现代生活对絮片提出了更轻便，更保暖的需求外同时要求絮片具有舒适、环保、美观等多功能。传统填充料的制备所采用的天然纤维、化学纤维的潜力已经基本被开发完全，因此需要采用新的纤维形式以获得结构上的新突破。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种气凝胶纤维填充材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足，获得一种新型的保温填充材料。

本发明的另一目的还在于提供所述气凝胶纤维填充材料的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种气凝胶纤维填充材料的制备方法，其包括：

将气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合，获得复合物；

对所述复合物进行热处理定型，使气凝胶纤维相互粘连搭接堆积形成稳定三维立体网络结构，获得气凝胶纤维填充材料，并且所述气凝胶纤维填充材料中，气凝胶纤维占整体材料体积比为80～99％，所述气凝胶纤维填充材料的密度为0.01～0.7g/cm³，所述气凝胶纤维填充材料的压缩强度大于10kPa，压缩恢复率为30～98％，热导率为0.01～0.1W/(m·K)。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维的材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯、石墨烯、氮化硼、氧化硅、Mexene材料等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维包括具有选定界面形状的短纤，其中，所述选定界面形状包括圆形、中空、三角形、四角形、三叶形、多叶形、藕形、十字形等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

在一些实施例中，所述制备方法包括：至少采用喷淋、涂布、机械混合等中的任一种方式将所述气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合。

进一步地，所述制备方法还包括：对气凝胶纤维进行加工，得到长径比大于10∶1的短纤。

在一些实施例中，所述制备方法还包括：在制备气凝胶纤维的过程中，加入作为助剂的功能材料，其中，所述功能材料包括金属氧化物、碳材料、功能性纳米材料等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

本发明实施例还提供了由前述方法制备的气凝胶纤维填充材料，所述气凝胶纤维填充材料是由气凝胶纤维经热处理定型后相互粘连搭接堆积形成的，所述气凝胶纤维填充材料具有稳定三维立体网络结构，所述气凝胶纤维填充材料中气凝胶纤维的体积比为80～99％，所述气凝胶纤维填充材料的密度为0.01～0.7g/cm³，所述气凝胶纤维填充材料的压缩强度大于10kPa，压缩恢复率为30～98％，热导率为0.01～0.1W/(m·K)。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料在宏观上表现为絮片或纤维毡。

进一步地，所制备得到的气凝胶纤维填充材料呈现整体疏水、整体亲水或部分亲水部分疏水性状，根据添加助剂不同体现出保温隔热、红外发射、电磁屏蔽、光热、除菌等与助剂相关的功能。

本发明实施例还提供了前述气凝胶纤维填充材料于隔热保温、芯材填充、结构支撑、红外发射、电磁屏蔽、光热或除菌领域等领域中的应用。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1)本发明提供的气凝胶纤维填充材料的制备方法，无需复杂的合成技术，整体制备过程无复杂化学反应发生，制备工艺简单、流程短，可实现大规模气凝胶纤维填充料的制备；整体气凝胶结构显著降低了填充料的密度，并且还可以通过调整功能材料添加剂获得不同的功能气凝胶纤维填充材料，极大的扩大了气凝胶纤维填充材料的种类与应用范围；

2)本发明采用新工艺、新流程研发的气凝胶纤维填充材料的制备方法进一步提高了现有保暖絮片的隔热保温能力，制备的气凝胶填充材料相较现有气凝胶填充材料所含气凝胶比例显著提高，材料的隔热性能优异，结构稳定，在隔热保温、芯材填充、结构支撑等领域具有广阔的应用前景；

3)本发明制备的气凝胶纤维填充材料的主体材料为气凝胶纤维，由气凝胶纤维作为力学的承担主体，气凝胶纤维的隔热性能获得最大的保留，同时整体纤维填充材料的密度将显著降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1所获气凝胶纤维填充材料前驱体的照片；

图2是本发明实施例1所获气凝胶纤维填充材料的照片；

图3是本发明实施例1所获气凝胶纤维填充材料的扫描电子显微镜照片；

图4是本发明实施例2所获气凝胶纤维填充材料的扫描电子显微镜图片。

具体实施方式

气凝胶纤维是一种全新结构的纤维，其纤维具有极高的孔隙率与比表面积，微观上的气凝胶结构使其相比传统的异形纤维、中空纤维、超细纤维等具有了更为优良的隔热性能，相比与传统的纤维，以气凝胶纤维作为主体材质所制备的填充料应该具有更低的骨架导热率，在同样的填充体积下具有更轻的质量和更优良的保温性能。

因此，鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是以气凝胶纤维为主体材料，通过对絮片制备工艺进行改良与探索，制备了轻质、保温、多功能化的气凝胶纤维填充材料。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例的一个方面提供的一种气凝胶纤维填充材料是由气凝胶纤维与粘结剂经热处理定型后相互粘连搭接堆积形成的，所述气凝胶纤维填充材料具有稳定三维立体网络结构，所述气凝胶纤维填充材料中气凝胶纤维的体积比为80～99％。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的主体为气凝胶纤维，其宏观上表现为絮片、纤维毡或与其他材料共混得到的纤维制品。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的微观结构为以气凝胶纤维为主体搭接形成的稳定三维网络结构，填充材料具有一定的弹性与力学强度。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的整体呈现整体疏水、整体亲水或部分亲水部分疏水性状。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维的主体材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯、石墨烯、氮化硼、氧化硅、Mexene材料等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

本发明实施例的另一个方面还提供了一种气凝胶纤维填充材料的制备方法，其包括：

将气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合，获得复合物；

对所述复合物进行热处理定型，使气凝胶纤维相互粘连搭接堆积形成稳定三维立体网络结构，获得气凝胶纤维填充材料，并且所述气凝胶纤维填充材料中，气凝胶纤维占整体材料体积比为80～99％，所述气凝胶纤维填充材料的密度为0.01～0.7g/cm³，所述气凝胶纤维填充材料的压缩强度大于10kPa，压缩恢复率为30～98％，热导率为0.01～0.1W/(m·K)。

进一步的，所述粘结剂占整体填充材料的体积比为0.1～20％。

在一些实施例中，所述热处理定型的温度范围为60～180℃，时间为5min以上36h以下(5min～36h)，所用时间依材质选择有一定延长或减少。

进一步地，所述气凝胶纤维填充材料的制备方法包括：以气凝胶纤维为主体与主要原材料，将气凝胶纤维制备成一定的三维形状自然堆积形成具有稳定三维结构的絮片，或添加一定量的粘结剂热整形后使短纤维互相粘连搭接形成具有立体结构的填充材料(如絮片)。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的主体为气凝胶纤维，其宏观上表现为絮片、纤维毡或与其他材料共混得到的纤维制品。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的微观结构为以气凝胶纤维为主体搭接形成的稳定三维网络结构，填充材料具有一定的弹性与力学强度。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维的主体材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯、石墨烯、氮化硼、氧化硅、Mexene材料等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述气凝胶纤维的直径为500μm～0.1μm，孔隙率为3％～99.5％，优选为20％～99.5％，其中所述气凝胶纤维所含孔洞的孔径为4nm～1μm。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维包括具有选定界面形状的短纤，其中，所述选定界面形状包括但不限于圆形、中空、三角形、四角形、三叶形、多叶形、藕形、十字形等其他经过几何设计的纤维。

进一步地，所述气凝胶纤维的长径比大于10∶1。

在一些实施例中，所述粘结剂的形态为液态或固态，所述气凝胶纤维填充材料中粘结剂占整体材料的体积比为0.1～20％。

进一步地，所述液态粘结剂包括选定某种高分子的溶液和/或选定高分子前驱体，其中，所述选定高分子可以包括例如聚丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述固态粘结剂包括热熔型高分子和/或其他无机材料，可以优选包括例如聚酯纤维、聚乙烯、聚丙烯、玻璃纤维、低熔点玻璃粉等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述气凝胶纤维填充材料所采用的粘结剂的形态为液态或固态，液态胶黏剂为某种高分子的溶液或高分子前驱体(例如聚丙烯酸酯溶液、聚氨酯溶液、环氧树脂等)，固态胶黏剂为热熔型高分子(例如聚酯纤维、聚乙烯、聚丙烯等)。

在一些实施例中，所述制备方法包括：至少采用喷淋、涂布、机械混合等中的任一种方式将所述气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合。亦即，换一种角度讲，所述粘结剂与气凝胶纤维的混合方式为多种方式，包括但不限于：喷淋、涂布、机械混合等。

进一步地，所述混合的方法包括：向至少部分气凝胶纤维表面喷淋包含粘结剂的溶液。

进一步地，所述混合的方法包括：向至少部分气凝胶纤维表面涂布包含粘结剂的溶液。

进一步地，所述混合的方法包括：将所述气凝胶纤维与固态粘结剂进行机械混合。

进一步地，所述制备方法还包括：对气凝胶纤维进行加工，得到长径比大于10∶1的短纤。

在一些较为具体的实施方案中，所述气凝胶纤维填充材料的制备方法具体包括：

将气凝胶纤维加工成一定长度的短纤，保证其具有一定的长径比(长径比大于10∶1)；

将气凝胶纤维与一定比例的粘结剂混合后采用铺网机进行絮片初步制备；

将得到的粗加工絮片进行热处理定型得到气凝胶纤维填充材料。

在一些较为具体的实施方案中，所述气凝胶纤维填充材料的制备方法具体包括：

将气凝胶纤维与粘结剂混合可采用向气凝胶纤维喷洒粘结剂溶液、向部分气凝胶纤维表面涂布粘结剂溶液、以及将气凝胶纤维与固体粘结剂(纤维状、粉末状)进行机械混合等方式。

在一些较为具体的实施方案中，所述气凝胶纤维填充材料中的气凝胶纤维的制备方法包括：采用纺丝工艺制备含溶剂纤维，之后至少采用超临界干燥、冷冻干燥、真空干燥、常压干燥等中的任意一种方式对所述含溶剂纤维进行干燥处理，进而获得所述的气凝胶纤维。

进一步地，其中所采用纺丝工艺可以是湿法纺丝工艺或干喷湿纺工艺，其主要步骤为采用高分子溶液或溶胶作为纺丝液，通过挤出的方式在凝固浴中形成成型纤维。

进一步地，所述含溶剂纤维的材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯、氮化硼、石墨烯、氧化硅、Mexene材料等中的任意一种或两种以上组合，但不限于此。

在一些实施例中，所述制备方法还包括：在制备气凝胶纤维的过程中添加一定量的助剂，使纤维具有一定的功能性，所述助剂成分主要为功能材料。所述气凝胶纤维于主体材质外含有或不含有助剂成分。所述助剂占整体材料的质量比为20％以下。

在一些实施例中，所述功能材料包括金属氧化物、碳材料、功能性纳米材料等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述金属氧化物包括氧化铝、二氧化锡、三氧化钨等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述碳材料包括石墨烯、碳纤维、富勒烯、碳纳米管等中的任意一种或两种以上的组合；进一步地，但不限于此。

进一步地，所述功能性纳米材料包括银纳米线、金纳米颗粒、Mxene材料等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步地，所述功能材料包括金属氧化物(例如氧化铝、二氧化锡、三氧化钨等)、碳材料(石墨烯、碳纤维、富勒烯等)、功能性纳米材料(银纳米线、金纳米颗粒、Mxene等)等。

本发明实施例的另一个方面还提供了由前述方法制备的气凝胶纤维填充材料，所述气凝胶纤维填充材料是由气凝胶纤维经热处理定型后相互粘连搭接堆积形成的，所述气凝胶纤维填充材料具有稳定三维立体网络结构，所述气凝胶纤维填充材料中气凝胶纤维的体积比为80～99％，所述气凝胶纤维填充材料的密度为0.01～0.7g/cm³，所述气凝胶纤维填充材料的压缩强度大于10kPa，压缩恢复率为30～98％，热导率为0.01～0.1W/(m·K)。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的主体为气凝胶纤维，其宏观上表现为絮片、纤维毡或与其他材料共混得到的纤维制品。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的微观结构为以气凝胶纤维为主体搭接形成的稳定三维网络结构，填充材料具有一定的弹性与力学强度。

在一些实施例中，所述气凝胶纤维填充材料的整体呈现整体疏水、整体亲水或部分亲水部分疏水性状，根据添加助剂不同体现出保温隔热、红外发射、电磁屏蔽、光热、除菌等与助剂相关的功能。

进一步地，所述气凝胶纤维填充材料以气凝胶纤维为主体材料，所述气凝胶纤维材料于气凝胶纤维填充材料中的体积占比为80～99％，具体比例随气凝胶纤维填充材料功能改变而改变。

本发明实施例的另一个方面还提供了前述气凝胶纤维填充材料于隔热保温、芯材填充、结构支撑等领域的用途。所述气凝胶纤维填充材料可应用于隔热保温、芯材填充、结构支撑以及其他所含功能可应用领域。

综上所述，藉由上述技术方案，本发明提供的气凝胶纤维填充材料的制备方法，无需复杂的合成技术，整体制备过程无复杂化学反应发生，制备工艺简单、流程短，可实现大规模气凝胶纤维填充材料的制备；并且还可以通过调整功能材料添加剂获得不同的功能气凝胶纤维填充材料，极大的扩大了气凝胶纤维填充材料的种类与应用范围。

本发明采用气凝胶纤维作为基体，改进其加工工艺，可得到具有良好保温性能的气凝胶纤维填充材料，其制备方法简便，对制备条件要求宽松，适合工业化生产。

下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。

实施例1

本实施例中的一种气凝胶纤维填充材料的制备包括如下步骤：

(1)选择孔隙率为98％、截面形状为圆形的聚酰胺气凝胶纤维做为主体材料，将气凝胶纤维制备成长度在3cm左右的短纤；

(2)将步骤(1)中的气凝胶纤维短纤与聚酯纤维采用开松机与铺网机充分混合，得到具有一定形状的松散絮片材料；

(3)将步骤(2)中的絮片材料放入高温烘箱中以120℃的温度加热定形3小时以上，得到具有良好力学性能的絮片状气凝胶纤维填充材料。

图1示出了本实施例所获气凝胶纤维填充材料前驱体的照片，最终所获气凝胶纤维填充材料的实物照片请参阅图2所示，扫描电子显微镜照片请参阅图3所示，气凝胶纤维填充材料的表观密度、压缩强度、压缩回弹比例、接触角与热导率系数如表1所示。

实施例2

本实施例中的一种气凝胶纤维填充材料的制备包括如下步骤：

(1)选择孔隙率为88％、截面形状为四角形的氮化硼气凝胶纤维做为主体材料，将气凝胶纤维制备成长度在3cm左右的短纤；

(2)将步骤(1)中的氮化硼纤维短纤铺展于平面后向其表面喷洒聚氨酯溶液，再将喷洒了聚氨酯溶液的气凝胶纤维采用铺网机制备为具有一定形状的松散絮片；

(3)将步骤(2)中的絮片材料放入高温烘箱中以120℃的温度加热定形3小时以上，得到具有良好力学性能的絮片状气凝胶纤维填充材料，其扫描电子显微镜照片请参阅图4所示，气凝胶纤维填充材料的表观密度、压缩强度、压缩回弹比例、接触角与热导率系数如表1所示。

实施例3

本实施例中的一种气凝胶纤维填充材料的制备包括如下步骤：

(1)选择孔隙率为98％、截面形状为三叶形的氧化硅气凝胶纤维做为主体材料，以玻璃纤维作为粘结材料，将气凝胶纤维与剥离纤维制备成长度在3cm左右的短纤；

(2)将步骤(1)中的气凝胶纤维短纤与玻璃纤维采用铺网机充分混合，得到具有一定形状的松散絮片材料；

(3)将步骤(2)中的絮片材料放入马弗炉中以100℃的温度加热定形3小时以上，得到具有良好力学性能的絮片状气凝胶纤维填充材料，其表观密度、压缩强度、压缩回弹比例、接触角与热导率系数如表1所示。

实施例4

本实施例中的一种气凝胶纤维填充材料的制备包括如下步骤：

(1)选择孔隙率为91％、截面形状为十字形的聚丙烯气凝胶纤维做为主体材料，将气凝胶纤维制备成长度在3cm左右的短纤；

(2)将步骤(1)中的气凝胶纤维短纤与聚酯纤维采用开松机与铺网机充分混合，得到具有一定形状的松散絮片材料；

(3)将步骤(2)中的絮片材料放入热压机中以一定的压力和120℃的温度热压定形3小时以上，得到具有良好力学性能的纤维毡状气凝胶纤维填充材料，其表观密度、压缩强度、压缩回弹比例、接触角与热导率系数如表1所示。

实施例5

本实施例中的一种气凝胶纤维填充材料的制备包括如下步骤：

(1)选择孔隙率为95％、截面形状为圆形的聚酰亚胺气凝胶纤维做为主体材料，将部分气凝胶纤维整理后向其表面均匀涂布环氧树脂，后将所有纤维均制备成长度在3cm左右的短纤；

(2)将步骤(1)中的两种纤维短纤通过铺网机充分混合，得到具有一定形状的松散絮片材料；

(3)将步骤(2)中的絮片材料放入高温烘箱中以80℃的温度加热定形3小时以上，得到具有良好力学性能的絮片状气凝胶纤维填充材料，其表观密度、压缩强度、压缩回弹比例、接触角与热导率系数如表1所示。

实施例6

本实施例中的一种气凝胶纤维填充材料的制备包括如下步骤：

(1)选择孔隙率为79％、截面形状为多孔藕形的聚丙烯酸-Mxene复合气凝胶纤维做为主体材料，将气凝胶纤维制备成长度在3cm左右的短纤；

(2)将步骤(1)中的气凝胶纤维短纤与聚乙烯纤维采用开松机与铺网机充分混合，得到具有一定形状的松散絮片材料；

(3)将步骤(2)中的絮片材料放入高温烘箱中以120℃的温度加热定形3小时以上，得到具有光热效应的絮片状气凝胶纤维填充材料，其表观密度、压缩强度、压缩回弹比例、接触角与热导率系数如表1所示。

实施例7

本实施例中的一种气凝胶纤维填充材料的制备包括如下步骤：

(1)选择孔隙率为82％、截面形状为圆形的银纳米线-聚酰胺气凝胶纤维做为主体材料，将气凝胶纤维制备成长度在3cm左右的短纤；

(2)将步骤(1)中的气凝胶纤维短纤与聚丙烯纤维采用开松机与铺网机充分混合，得到具有一定形状的松散絮片材料；

(3)将步骤(2)中的絮片材料放入高温烘箱中以120℃的温度加热定形3小时以上，得到具有除菌功能的絮片状气凝胶纤维填充材料，其表观密度、压缩强度、压缩回弹比例、接触角与热导率系数如表1所示。

实施例8

本实施例中的一种气凝胶纤维填充材料的制备包括如下步骤：

(1)选择孔隙率为76％、截面形状为不规则多叶形的三氧化钨-石墨烯气凝胶纤维做为主体材料，将气凝胶纤维制备成长度在3cm左右的短纤；

(2)将步骤(1)中的气凝胶纤维短纤与聚酯纤维采用开松机与铺网机充分混合，得到具有一定形状的松散絮片材料；

(3)将步骤(2)中的絮片材料放入高温烘箱中以60℃的温度加热定形36小时，得到具有光热-热电复合功能的絮片状气凝胶纤维填充材料，其表观密度、压缩强度、压缩回弹比例、接触角与热导率系数如表1所示。

实施例9

本实施例中的一种气凝胶纤维填充材料的制备包括如下步骤：

(1)选择孔隙率为67％、截面形状为三角形的碳纳米管-聚丙烯气凝胶纤维做为主体材料，将气凝胶纤维制备成长度在3cm左右的短纤；

(2)将步骤(1)中的气凝胶纤维短纤与聚丙烯酸酯采用开松机与铺网机充分混合，得到具有一定形状的松散絮片材料；

(3)将步骤(2)中的絮片材料放入高温烘箱中以180℃的温度加热定形5min，得到高强度-电热复合功能絮片状气凝胶纤维填充材料，其表观密度、压缩强度、压缩回弹比例、接触角与热导率系数如表1所示。

另外，本案发明人还参照实施例1-实施例9的方式，以本说明书中列出的其他原料和条件进行了实验，并同样制得了尺寸稳定性好，具有一定力学强度，可满足实际应用情况的气凝胶纤维填充材料。经测试发现，这些气凝胶纤维填充材料也具有本说明书述及的各项优异性能。

对比例1

本对比例中的一种气凝胶纤维填充材料的制备包括如下步骤：

(1)选择聚酰胺气凝胶纤维作为主体材料，将气凝胶纤维制备成长度在3cm左右的短纤；

(2)将步骤(1)中的气凝胶纤维短纤与聚酯纤维采用开松机与铺网机充分混合，得到具有一定形状的松散絮片材料；

该气凝胶纤维填充料的力学强度相比实施例1的力学强度下降明显，其表观密度、压缩回弹比例、接触角与热导率系数如表1所示。

表1实施例1-9、对比例1的各项性能数据

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。

应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种气凝胶纤维填充材料的制备方法，其特征在于包括：

将气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合，获得复合物；

对所述复合物进行热处理定型，使气凝胶纤维相互粘连搭接堆积形成稳定三维立体网络结构，获得气凝胶纤维填充材料，并且所述气凝胶纤维填充材料中，气凝胶纤维占整体材料体积比为80～99％，所述气凝胶纤维填充材料的密度为0.01～0.7g/cm³，所述气凝胶纤维填充材料的压缩强度大于10kPa，压缩恢复率为30～98％，热导率为0.01～0.1W/(m·K)。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述气凝胶纤维的材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯、石墨烯、氮化硼、氧化硅、Mexene材料中的任意一种或两种以上的组合；

和/或，所述气凝胶纤维的直径为500μm～0.1μm，孔隙率为3％～99.5％，优选为20％～99.5％，其中所述气凝胶纤维所含孔洞的孔径为4nm～1μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述气凝胶纤维包括具有选定界面形状的短纤，其中，所述选定界面形状包括圆形、中空、三角形、四角形、三叶形、多叶形、藕形、十字形中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述气凝胶纤维的长径比大于10∶1。

4.根据权利要求1所述的气凝胶纤维填充材料，其特征在于：所述粘结剂的形态为液态或固态，优选的，所述气凝胶纤维填充材料中粘结剂占整体材料的体积比为0.1～20％，优选的，所述液态粘结剂包括选定高分子和/或选定高分子前驱体，其中，所述选定高分子包括聚丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述固态粘结剂包括热熔型高分子和/或无机材料，尤其优选包括聚酯纤维、聚乙烯、聚丙烯、玻璃纤维、低熔点玻璃粉中的任意一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：至少采用喷淋、涂布、机械混合中的任一种方式将所述气凝胶纤维与粘结剂充分均匀混合；

优选的，所述混合的方法包括：向至少部分气凝胶纤维表面喷淋包含粘结剂的溶液；

优选的，所述混合的方法包括：向至少部分气凝胶纤维表面涂布包含粘结剂的溶液；

优选的，所述混合的方法包括：将所述气凝胶纤维与固态粘结剂进行机械混合；

和/或，所述制备方法还包括：对气凝胶纤维进行加工，得到长径比大于10∶1的短纤；

和/或，所述热处理定型的温度为60～180℃，时间为5min～36h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述气凝胶纤维的制备方法包括：采用纺丝工艺制备含溶剂纤维，之后至少采用超临界干燥、冷冻干燥、真空干燥、常压干燥中的任意一种方式对所述含溶剂纤维进行干燥处理，进而获得所述的气凝胶纤维；

优选的，所述纺丝工艺包括湿法纺丝工艺或干喷湿纺工艺；

优选的，所述含溶剂纤维的材质包括纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚碳酸酯、石墨烯、氮化硼、氧化硅、Mexene材料中的任意一种或两种以上的组合。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于还包括：在制备气凝胶纤维的过程中，加入作为助剂的功能材料，所述助剂占整体材料的质量比为20％以下，其中，所述功能材料包括金属氧化物、碳材料、功能性纳米材料中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述金属氧化物包括氧化铝、二氧化锡、三氧化钨中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述碳材料包括石墨烯、碳纤维、富勒烯、碳纳米管中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述功能性纳米材料包括银纳米线、金纳米颗粒、Mxene材料中的任意一种或两种以上的组合。

8.由权利要求1-7中任一项所述方法制备的气凝胶纤维填充材料，所述气凝胶纤维填充材料是由气凝胶纤维经热处理定型后相互粘连搭接堆积形成的，所述气凝胶纤维填充材料具有稳定三维立体网络结构，所述气凝胶纤维填充材料中气凝胶纤维的体积比为80～99％，所述气凝胶纤维填充材料的密度为0.01～0.7g/cm³，所述气凝胶纤维填充材料的压缩强度大于10kPa，压缩恢复率为30～98％，热导率为0.01～0.1W/(m·K)。

9.根据权利要求8所述的气凝胶纤维填充材料，其特征在于：所述气凝胶纤维填充材料在宏观上表现为絮片或纤维毡；和/或，所述气凝胶纤维填充材料呈现整体疏水、整体亲水、部分亲水或部分疏水性状。

10.权利要求8-9中任一项所述气凝胶纤维填充材料于隔热保温、芯材填充、结构支撑、红外发射、电磁屏蔽、光热或除菌领域中的应用。

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