服裝用氣凝膠材料的貼合結構設計

韓健健，胡勇杰，劉 谷

（1.廣東產品質量監督檢驗研究院，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，美國斯坦福大學的Kistler 教授利用水玻璃成功制備了世界上第一塊SiO2氣凝膠；經過近半個世紀的發展，氣凝膠材料的優異性能逐漸被發掘。氣凝膠中的大量納米級細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、環保性、隔聲性等性能。由于氣凝膠材料擁有高達90%的孔隙率，主要進行以氣態傳導為主的熱傳導，隔熱性能優異。多孔網絡結構限制了空氣分子在材料內部的對流，抑制材料的對流熱，并對被覆蓋熱源的熱輻射進行有效遮擋。氣凝膠具有熱學、光學、聲學、電學等優異性能，與增強體和遮光劑復合后，在航空、航天及光、聲、電學器件等領域作為超級隔熱材料得到廣泛應用。

氣凝膠材料具有優異的隔熱保暖性能，使其在保暖服裝領域成為研究熱點［2-3］。氣凝膠在服裝保暖方面的應用中，傳統研究只采用單層粘結結構，在使用時容易出現脫膠，且氣凝膠層與面料層得不到穩定固定，貼合效果差，影響穿著效果。氣凝膠貼合結構設計有待進一步研究改進。

1 氣凝膠貼合結構設計方案

本研究設計的新型氣凝膠貼合結構主要有面料層、粘結層和氣凝膠層。氣凝膠層通過粘結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有多個圓孔槽，在圓孔槽的中心位置處、對應面料層、粘結層和氣凝膠層上共同開設有圓柱插孔；圓孔槽的左右兩側分別開設有一個上導向通道，在上導向通道中配置有一個上鎖死插頭，第一復位彈簧的一端固定在上鎖死插頭上，第一復位彈簧的另一端固定在上導向通道的側壁上；在氣凝膠層的內部、對應圓柱插孔的底部左右兩側開設有一個下導向通道，在下導向通道中配置有一個下鎖死插頭，第二復位彈簧的一端固定在下鎖死插頭上，第二復位彈簧的另一端固定在下導向通道的側壁上；在圓孔槽和圓柱插孔上配置有一個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置，上插盤的左右兩側壁上向內開設有上鎖槽，下插桿的底部左右兩側壁上向內開設有下鎖槽；圓孔槽的圓周外圈、對應面料層上還開設有一個環形容置槽，在每個環形容置槽中適配設置有環形圈，環形圈采用熒光材料制成，環形圈通過黏膠固定在環形容置槽的內槽壁上。

2 氣凝膠貼合結構設計工藝

設計的新型氣凝膠貼合結構如圖1 所示。相比傳統研究只采用單層粘結結構，本研究開發的貼合結構包括面料層1、粘結層2 和氣凝膠層3，同時具備T形插具4 和結構A；其中氣凝膠層3 通過粘結層2 貼合在面料層1的下表面。

圖1 新型氣凝膠貼合結構示意圖

為了解決傳統氣凝膠在使用時容易脫膠導致貼合度較差、氣凝膠層與面料層得不到穩定固定等問題，本研究重點在貼合結構中設計了T 形插具4 和結構A，詳細結構如圖2 所示。在面料層1 上間隔相等的距離均勻開設有多個圓孔槽5，在圓孔槽5 的中心位置處、對應面料層1、粘結層2 和氣凝膠層3 上共同開設有圓柱插孔6，圓孔槽5 的左右兩側分別開設有一個上導向通道7，在上導向通道7 中配置有一個上鎖死插頭8，第一復位彈簧9 的一端固定在上鎖死插頭8 上，第一復位彈簧9 的另一端固定在上導向通道7的側壁上。在氣凝膠層3 的內部、對應圓柱插孔6 的底部左右兩側開設有一個下導向通道10，在下導向通道10 中配置有一個下鎖死插頭11，第二復位彈簧12 的一端固定在下鎖死插頭11 上，第二復位彈簧12的另一端固定在下導向通道10的側壁上。在圓孔槽5和圓柱插孔6 上配置有一個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 一體固定設置，上插盤401 的左右兩側壁上向內開設有上鎖槽4011，上鎖槽4011 與上鎖死插頭8 相配合，下插桿402 的底部左右兩側壁上向內開設有下鎖槽4021，下鎖槽4021 與下鎖死插頭11 相配合，T 形插具4 采用硬質塑料材料制成。

圖2 新型氣凝膠貼合結構的詳細結構示意圖

在傳統氣凝膠貼合結構的基礎上加裝T 形插具4、圓孔槽5、圓柱插孔6、上導向通道7、上鎖死插頭8、第一復位彈簧9、下導向通道10、下鎖槽4021、下鎖死插頭11 和第二復位彈簧12。應用時，當氣凝膠層3通過粘結層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，進而通過固定后的T形插具4 將氣凝膠層3 與面料層1 的位置保持固定，使粘結層2 不容易開膠，解決了傳統僅采用粘結層2容易出現脫膠導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、對應面料層1 上還開設有一個環形容置槽，在每個環形容置槽中適配有環形圈14，環形圈14采用熒光材料制成，其俯視結構如圖3所示。

圖3 新型氣凝膠貼合結構中環形圈的俯視結構示意圖

A 處結構示意圖如圖4 所示，環形圈14 通過黏膠13 固定在環形容置槽的內槽壁上。通過增設熒光材料制成的環形圈14，不僅能夠提高衣服面料的美觀度，而且能夠引導T 形插具4 的安裝，進一步提高了該貼合結構的實用性。

圖4 A 處結構示意圖

3 應用效果

為比較、分析上述貼合結構的應用效果，研究將相同的復合片材（氣凝膠添加量10%，厚度1.0 mm）分別采用傳統單層粘結結構和貼合設計結構制成服裝用紡織品，并根據GB/T 35762—2017《紡織品熱傳遞性能試驗方法平板法》測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 耐家庭和商業洗滌色牢度》中的實驗條件AIM，采用ECE 標準洗滌劑，清洗結束作為5次洗滌。具體操作條件和步驟為：40 ℃，溶液150 mL，鋼珠10 顆，洗滌時間45 min，洗滌后取出試樣，在100 mL 水中清洗2 次，每次1 min。達到規定的洗滌次數后，用水充分清洗樣品，晾干，測試結果見表1。

表1 不同紡織品克羅值的測試結果

由表1 可知，隨著洗滌次數的增加，貼合結構紡織品的克羅值波動不大，而傳統單層粘結結構紡織品的克羅值則顯著降低。這是由于貼合結構更加穩定，說明該方式得到的氣凝膠紡織品耐久性更好，持續保暖效果更佳。

4 結論

與現有技術相比，本研究涉及的結構具有很大的優勢：在傳統氣凝膠貼合結構的基礎上加裝T 形插具、圓孔槽、圓柱插孔、上導向通道、上鎖死插頭、第一復位彈簧、下導向通道、下鎖槽、下鎖死插頭和第二復位彈簧，通過固定后的T 形插具將氣凝膠層與面料層的位置固定，使傳統粘結層不容易開膠，解決了傳統僅采用粘結層容易出現脫膠導致貼合度較差的問題，提高了氣凝膠層的貼合效果；并增設熒光材料制成的環形圈，不僅提高了服裝面料的美觀度，而且能夠引導T 形插具的安裝，進一步提高了該貼合結構的實用性。