服裝用氣凝膠材料的貼合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

韓健健，胡勇杰，劉 谷

（1.廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東廣州 510670；2.廣州恩灃新材料科技有限公司，廣東廣州 511400）

氣凝膠是一種具有超高孔隙率的三維納米多孔材料［1］。1931 年，美國(guó)斯坦福大學(xué)的Kistler 教授利用水玻璃成功制備了世界上第一塊SiO2氣凝膠；經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，氣凝膠材料的優(yōu)異性能逐漸被發(fā)掘。氣凝膠中的大量納米級(jí)細(xì)小氣孔賦予其低密度、低折射率、小孔徑、高比表面積、高孔隙率特性，使氣凝膠具有良好的透光性、環(huán)保性、隔聲性等性能。由于氣凝膠材料擁有高達(dá)90%的孔隙率，主要進(jìn)行以氣態(tài)傳導(dǎo)為主的熱傳導(dǎo)，隔熱性能優(yōu)異。多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)限制了空氣分子在材料內(nèi)部的對(duì)流，抑制材料的對(duì)流熱，并對(duì)被覆蓋熱源的熱輻射進(jìn)行有效遮擋。氣凝膠具有熱學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)等優(yōu)異性能，與增強(qiáng)體和遮光劑復(fù)合后，在航空、航天及光、聲、電學(xué)器件等領(lǐng)域作為超級(jí)隔熱材料得到廣泛應(yīng)用。

氣凝膠材料具有優(yōu)異的隔熱保暖性能，使其在保暖服裝領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn)［2-3］。氣凝膠在服裝保暖方面的應(yīng)用中，傳統(tǒng)研究只采用單層粘結(jié)結(jié)構(gòu)，在使用時(shí)容易出現(xiàn)脫膠，且氣凝膠層與面料層得不到穩(wěn)定固定，貼合效果差，影響穿著效果。氣凝膠貼合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步研究改進(jìn)。

1 氣凝膠貼合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

本研究設(shè)計(jì)的新型氣凝膠貼合結(jié)構(gòu)主要有面料層、粘結(jié)層和氣凝膠層。氣凝膠層通過(guò)粘結(jié)層貼合在面料層的下表面，在面料層上間隔相等的距離均勻開設(shè)有多個(gè)圓孔槽，在圓孔槽的中心位置處、對(duì)應(yīng)面料層、粘結(jié)層和氣凝膠層上共同開設(shè)有圓柱插孔；圓孔槽的左右兩側(cè)分別開設(shè)有一個(gè)上導(dǎo)向通道，在上導(dǎo)向通道中配置有一個(gè)上鎖死插頭，第一復(fù)位彈簧的一端固定在上鎖死插頭上，第一復(fù)位彈簧的另一端固定在上導(dǎo)向通道的側(cè)壁上；在氣凝膠層的內(nèi)部、對(duì)應(yīng)圓柱插孔的底部左右兩側(cè)開設(shè)有一個(gè)下導(dǎo)向通道，在下導(dǎo)向通道中配置有一個(gè)下鎖死插頭，第二復(fù)位彈簧的一端固定在下鎖死插頭上，第二復(fù)位彈簧的另一端固定在下導(dǎo)向通道的側(cè)壁上；在圓孔槽和圓柱插孔上配置有一個(gè)T 形插具，T 形插具包括與圓孔槽相配合的上插盤和與圓柱插孔相配合的下插桿，上插盤與下插桿一體固定設(shè)置，上插盤的左右兩側(cè)壁上向內(nèi)開設(shè)有上鎖槽，下插桿的底部左右兩側(cè)壁上向內(nèi)開設(shè)有下鎖槽；圓孔槽的圓周外圈、對(duì)應(yīng)面料層上還開設(shè)有一個(gè)環(huán)形容置槽，在每個(gè)環(huán)形容置槽中適配設(shè)置有環(huán)形圈，環(huán)形圈采用熒光材料制成，環(huán)形圈通過(guò)黏膠固定在環(huán)形容置槽的內(nèi)槽壁上。

2 氣凝膠貼合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝

設(shè)計(jì)的新型氣凝膠貼合結(jié)構(gòu)如圖1 所示。相比傳統(tǒng)研究只采用單層粘結(jié)結(jié)構(gòu)，本研究開發(fā)的貼合結(jié)構(gòu)包括面料層1、粘結(jié)層2 和氣凝膠層3，同時(shí)具備T形插具4 和結(jié)構(gòu)A；其中氣凝膠層3 通過(guò)粘結(jié)層2 貼合在面料層1的下表面。

圖1 新型氣凝膠貼合結(jié)構(gòu)示意圖

為了解決傳統(tǒng)氣凝膠在使用時(shí)容易脫膠導(dǎo)致貼合度較差、氣凝膠層與面料層得不到穩(wěn)定固定等問題，本研究重點(diǎn)在貼合結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了T 形插具4 和結(jié)構(gòu)A，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。在面料層1 上間隔相等的距離均勻開設(shè)有多個(gè)圓孔槽5，在圓孔槽5 的中心位置處、對(duì)應(yīng)面料層1、粘結(jié)層2 和氣凝膠層3 上共同開設(shè)有圓柱插孔6，圓孔槽5 的左右兩側(cè)分別開設(shè)有一個(gè)上導(dǎo)向通道7，在上導(dǎo)向通道7 中配置有一個(gè)上鎖死插頭8，第一復(fù)位彈簧9 的一端固定在上鎖死插頭8 上，第一復(fù)位彈簧9 的另一端固定在上導(dǎo)向通道7的側(cè)壁上。在氣凝膠層3 的內(nèi)部、對(duì)應(yīng)圓柱插孔6 的底部左右兩側(cè)開設(shè)有一個(gè)下導(dǎo)向通道10，在下導(dǎo)向通道10 中配置有一個(gè)下鎖死插頭11，第二復(fù)位彈簧12 的一端固定在下鎖死插頭11 上，第二復(fù)位彈簧12的另一端固定在下導(dǎo)向通道10的側(cè)壁上。在圓孔槽5和圓柱插孔6 上配置有一個(gè)T 形插具4，T 形插具4 包括與圓孔槽5 相配合的上插盤401 和與圓柱插孔6 相配合的下插桿402，上插盤401 與下插桿402 一體固定設(shè)置，上插盤401 的左右兩側(cè)壁上向內(nèi)開設(shè)有上鎖槽4011，上鎖槽4011 與上鎖死插頭8 相配合，下插桿402 的底部左右兩側(cè)壁上向內(nèi)開設(shè)有下鎖槽4021，下鎖槽4021 與下鎖死插頭11 相配合，T 形插具4 采用硬質(zhì)塑料材料制成。

圖2 新型氣凝膠貼合結(jié)構(gòu)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖

在傳統(tǒng)氣凝膠貼合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加裝T 形插具4、圓孔槽5、圓柱插孔6、上導(dǎo)向通道7、上鎖死插頭8、第一復(fù)位彈簧9、下導(dǎo)向通道10、下鎖槽4021、下鎖死插頭11 和第二復(fù)位彈簧12。應(yīng)用時(shí)，當(dāng)氣凝膠層3通過(guò)粘結(jié)層2 貼合在面料層1 的下表面后，將T 形插具4 適配插入圓孔槽5 和圓柱插孔6 中，在第一復(fù)位彈簧9 的彈性推力下，上鎖死插頭8 完全鎖死在上鎖槽4011 上，上插盤401 鎖死固定，在第二復(fù)位彈簧12的彈性推力下，下鎖死插頭11 完全鎖死在下鎖槽4021 上，下插桿402 鎖死固定，進(jìn)而通過(guò)固定后的T形插具4 將氣凝膠層3 與面料層1 的位置保持固定，使粘結(jié)層2 不容易開膠，解決了傳統(tǒng)僅采用粘結(jié)層2容易出現(xiàn)脫膠導(dǎo)致貼合度較差的問題，提高了氣凝膠層3的貼合效果。

圓孔槽5 的圓周外圈、對(duì)應(yīng)面料層1 上還開設(shè)有一個(gè)環(huán)形容置槽，在每個(gè)環(huán)形容置槽中適配有環(huán)形圈14，環(huán)形圈14采用熒光材料制成，其俯視結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 新型氣凝膠貼合結(jié)構(gòu)中環(huán)形圈的俯視結(jié)構(gòu)示意圖

A 處結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示，環(huán)形圈14 通過(guò)黏膠13 固定在環(huán)形容置槽的內(nèi)槽壁上。通過(guò)增設(shè)熒光材料制成的環(huán)形圈14，不僅能夠提高衣服面料的美觀度，而且能夠引導(dǎo)T 形插具4 的安裝，進(jìn)一步提高了該貼合結(jié)構(gòu)的實(shí)用性。

圖4 A 處結(jié)構(gòu)示意圖

3 應(yīng)用效果

為比較、分析上述貼合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果，研究將相同的復(fù)合片材（氣凝膠添加量10%，厚度1.0 mm）分別采用傳統(tǒng)單層粘結(jié)結(jié)構(gòu)和貼合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)制成服裝用紡織品，并根據(jù)GB/T 35762—2017《紡織品熱傳遞性能試驗(yàn)方法平板法》測(cè)試兩種方式得到的紡織品洗前、洗后的克羅值，洗滌方式參考GB/T 12490—2007《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐家庭和商業(yè)洗滌色牢度》中的實(shí)驗(yàn)條件AIM，采用ECE 標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑，清洗結(jié)束作為5次洗滌。具體操作條件和步驟為：40 ℃，溶液150 mL，鋼珠10 顆，洗滌時(shí)間45 min，洗滌后取出試樣，在100 mL 水中清洗2 次，每次1 min。達(dá)到規(guī)定的洗滌次數(shù)后，用水充分清洗樣品，晾干，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 不同紡織品克羅值的測(cè)試結(jié)果

由表1 可知，隨著洗滌次數(shù)的增加，貼合結(jié)構(gòu)紡織品的克羅值波動(dòng)不大，而傳統(tǒng)單層粘結(jié)結(jié)構(gòu)紡織品的克羅值則顯著降低。這是由于貼合結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，說(shuō)明該方式得到的氣凝膠紡織品耐久性更好，持續(xù)保暖效果更佳。

4 結(jié)論

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本研究涉及的結(jié)構(gòu)具有很大的優(yōu)勢(shì)：在傳統(tǒng)氣凝膠貼合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加裝T 形插具、圓孔槽、圓柱插孔、上導(dǎo)向通道、上鎖死插頭、第一復(fù)位彈簧、下導(dǎo)向通道、下鎖槽、下鎖死插頭和第二復(fù)位彈簧，通過(guò)固定后的T 形插具將氣凝膠層與面料層的位置固定，使傳統(tǒng)粘結(jié)層不容易開膠，解決了傳統(tǒng)僅采用粘結(jié)層容易出現(xiàn)脫膠導(dǎo)致貼合度較差的問題，提高了氣凝膠層的貼合效果；并增設(shè)熒光材料制成的環(huán)形圈，不僅提高了服裝面料的美觀度，而且能夠引導(dǎo)T 形插具的安裝，進(jìn)一步提高了該貼合結(jié)構(gòu)的實(shí)用性。