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）

保暖服裝可以幫助人們抵御嚴(yán)寒，在日常生活中十分重要。但傳統(tǒng)的保暖服裝一般都比較厚重、臃腫。隨著物質(zhì)生活水平的提高，人們迫切需要更加舒適美觀的保暖服裝。氣凝膠作為一種具有超高孔隙率（大于90%）的三維納米材料［1］，主要以氣態(tài)形式進(jìn)行熱傳導(dǎo)，固態(tài)熱的傳導(dǎo)率較小，僅為氣凝膠材料的0.2%左右，因此具有優(yōu)異的隔熱性能［2］。氣凝膠在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于航空航天以及軍用特種服裝等方面［3］。NASA 部署下的阿斯彭氣凝膠公司早在2002 年就將更具耐受性和柔韌強(qiáng)度的氣凝膠應(yīng)用于太空服隔熱保暖襯里，厚度為18 mm 的氣凝膠襯里能幫助宇航員抵抗-130 ℃的低溫［4］。Corpo Nove 公司采用氣凝膠材料設(shè)計(jì)出耐極端氣溫（-25～1 500 ℃）的防寒服［5］。美國(guó)海軍開(kāi)發(fā)出的氣凝膠內(nèi)衣可顯著增強(qiáng)潛水服的防護(hù)性能，降低人體溫度的下降速度，延長(zhǎng)潛水時(shí)間［6］。氣凝膠具有優(yōu)異的隔熱保暖性能，但超低密度、高孔隙率及獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其模量小、強(qiáng)度低、脆性大，難以達(dá)到服裝用隔熱防護(hù)材料要求的力學(xué)性能［5］，因此需要與其他材料復(fù)合。目前市售的氣凝膠復(fù)合材料多是后期將氣凝膠填充于已成型的材料孔隙中，并未與主體材料融為一體，易粉末化脫落［7］，耐久性差［8］，且透氣性隨填充下降，服裝的穿著舒適性較差。鑒于此，開(kāi)發(fā)輕質(zhì)、透氣、保暖的新型服裝用復(fù)合材料具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：SiO2納米氣凝膠、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、三烯丙基氰尿酸酯、偶氮二甲酰胺、硬脂酸、硬脂酸鋅、輕質(zhì)碳酸鈣、滑石粉、受阻酚類(lèi)抗氧劑CHEMNOX-B900（廣州恩灃新材料科技有限公司）。

儀器：密煉機(jī)、開(kāi)煉機(jī)、螺桿式注射機(jī)、模具胸腔、恒溫輸送帶、劈刀、打孔機(jī)（廣州恩灃新材料科技有限公司）。

1.2 復(fù)合材料的制備

按照質(zhì)量比取EVA、納米氣凝膠、硬脂酸、硬脂酸鋅、三烯丙基氰尿酸酯、偶氮二甲酰胺、輕質(zhì)碳酸鈣、滑石粉以及抗氧劑，置于密煉機(jī)中混合攪拌，在80～90 ℃下密煉8～10 min，放到開(kāi)煉機(jī)中以50～60 ℃開(kāi)煉5～8 min，均勻壓片后在85～95 ℃下造粒。將造粒好的材料輸入螺桿式注射機(jī)的料筒中，在80～90 ℃下塑化加工，在注射壓力大于等于65 MPa、速率大于等于200 mm/s 下將材料注射到已抽真空的模具胸腔內(nèi)170～180 ℃加溫400～1 200 s。將制得的產(chǎn)品以大于等于350 mm/s 的速率進(jìn)行高速開(kāi)模，讓產(chǎn)品模外發(fā)泡成型，得EVA 發(fā)泡產(chǎn)品，送入50～60 ℃恒溫輸送帶熱處理定形，再劈刀處理，得厚度為0.2～2.0 mm 的氣凝膠EVA保溫復(fù)合片材，最后打孔（孔徑1～10 mm），得氣凝膠EVA 輕質(zhì)透氣保溫復(fù)合片材。

1.3 測(cè)試

依據(jù)GB/T 35762—2017、GB/T 4669—2008、GB/T 5453—1997 分別測(cè)試保暖性能（克羅值、保溫率、傳熱系數(shù)和熱阻）、單位面積質(zhì)量和透氣性。

2 結(jié)果與討論

2.1 保暖性能的影響因素

2.1.1 氣凝膠用量

由圖1 可知，氣凝膠用量小于10%時(shí)，隨著氣凝膠用量增加，克羅值上升快，保溫率同步增長(zhǎng)；超過(guò)10%時(shí)，克羅值和保溫率依然增長(zhǎng)，但增幅減小。未添加氣凝膠的片材克羅值僅0.225，保溫率為27.100%，與職業(yè)裝要求的克羅值（1.000）相差甚遠(yuǎn)，難以滿(mǎn)足服裝的保暖要求。用量為10%時(shí)，克羅值為1.238，保溫率為46.8%，相當(dāng)于厚度為5.0～6.0 mm 的羽絨服或厚度為25.0 mm 的化纖棉?？梢?jiàn)添加適量氣凝膠可提高復(fù)合片材的克羅值和保溫率，達(dá)到保暖要求。

圖1 氣凝膠用量對(duì)復(fù)合片材克羅值和保溫率的影響

氣凝膠用量對(duì)復(fù)合片材熱阻和傳熱系數(shù)的影響見(jiàn)圖2。

圖2 氣凝膠用量對(duì)復(fù)合片材熱阻和傳熱系數(shù)的影響

由圖2 可知，氣凝膠用量小于10%時(shí)，隨著氣凝膠用量增加，熱阻上升較快，傳熱系數(shù)下降較快；超過(guò)10%時(shí)，熱阻上升、傳熱系數(shù)下降趨勢(shì)不變，但幅度減小。未添加氣凝膠的片材熱阻僅0.035 m2·K/W，與FZ/T 64020—2011 中的最低要求（0.090 m2·K/W）相差甚遠(yuǎn)，傳熱系數(shù)高達(dá)28.57 W/(m2·K)，不能滿(mǎn)足服裝的保暖要求；5%時(shí)熱阻為0.126 m2·K/W，高于FZ/T 64020—2011 中對(duì)一等品的要求（0.120 m2·K/W）；10%時(shí)熱阻為0.192 m2·K/W，高于FZ/T 64020—2011中對(duì)優(yōu)等品的要求（0.160 m2·K/W）。

綜上所述，添加氣凝膠可顯著提高復(fù)合片材的保暖性能，用量在5%～20%時(shí)，可使復(fù)合片材達(dá)到不同保暖服裝的要求。

2.1.2 復(fù)合片材厚度

由圖3 可看出，厚度對(duì)復(fù)合片材保暖性能影響較大，隨著厚度增加，克羅值和保溫率基本呈直線上升趨勢(shì)，這是由于織物的克羅值具有加和性。厚度為2.0 mm 時(shí)，克羅值達(dá)到1.600，保溫率為54.3%，高于厚度為5.0～6.0 mm 的一般羽絨服或厚度為25.0 mm的化纖棉。因此，采用該復(fù)合片材制備的服裝保暖性能良好，輕薄不臃腫，美觀又實(shí)用。

圖3 厚度對(duì)復(fù)合片材克羅值和保溫率的影響

2.2 單位面積質(zhì)量

以氣凝膠用量為10%、厚度為1.0 mm 的復(fù)合片材為例。由表1 可知，未添加氣凝膠的EVA 和復(fù)合片材的單位面積質(zhì)量基本無(wú)差異。

表1 EVA 和復(fù)合片材的單位面積質(zhì)量

因?yàn)镋VA 與氣凝膠混合后煉制成型，氣凝膠增加質(zhì)量的同時(shí)體積也變大；且EVA 和氣凝膠密度均很小，添加少量的氣凝膠對(duì)單位面積質(zhì)量影響較小。單位面積質(zhì)量較小是因?yàn)镋VA 發(fā)泡后密度很小，氣凝膠是世界上密度最小的固體，因此復(fù)合片材質(zhì)量輕，制備的保暖服裝輕便，穿戴者靈活性基本不受限，有利于減輕負(fù)擔(dān)，特別適用于冬季戶(hù)外活動(dòng)、工作。

2.3 透氣性

測(cè)試條件：1 號(hào)噴嘴，實(shí)驗(yàn)面積20.0 cm2，試樣兩側(cè)壓降100.0 Pa。由表2可知，不同氣凝膠用量的復(fù)合片材透氣性均良好，滿(mǎn)足服裝產(chǎn)品的需要。氣凝膠用量對(duì)復(fù)合片材的透氣性基本無(wú)影響，因?yàn)镋VA 與氣凝膠混合后煉制成型，氣凝膠-高分子一體式復(fù)合片材不僅能保證高透氣性，也能使氣凝膠牢固負(fù)載于材料中，不在使用時(shí)脫落，穩(wěn)定性良好。

表2 復(fù)合片材的透氣性

3 結(jié)論

以EVA 為主體材料，將氣凝膠與EVA 混合后煉制成型，成功制備復(fù)合片材。該復(fù)合片材具有良好保暖性能的同時(shí)又輕質(zhì)、透氣，可克服傳統(tǒng)保暖服裝臃腫厚重的缺點(diǎn)，具有良好的使用價(jià)值。