本發(fā)明涉及氣凝膠纖維，具體地說，涉及一種發(fā)熱保暖納米氣凝膠纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著人們對保暖需求的不斷提高以及科技的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的發(fā)熱材料如金屬絲加熱、碳纖維加熱等，雖然能夠產(chǎn)生熱量，但存在發(fā)熱不均勻、柔韌性差以及可能產(chǎn)生電磁輻射等問題，而常見的保暖材料，棉花纖維的孔隙較大，熱導(dǎo)率相對較高，保暖性能難以滿足極端寒冷環(huán)境的需求；羽絨雖保暖性尚可，但易受潮，受潮后保暖效果大打折扣，且其資源有限，成本較高；聚酯纖維等合成纖維，其保暖性能主要基于阻止熱量的散失，在面對極寒環(huán)境或長時間寒冷暴露時，其保暖效果逐漸難以滿足需求，鑒于此，我們提出一種發(fā)熱保暖納米氣凝膠纖維及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)熱保暖納米氣凝膠纖維及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種發(fā)熱保暖納米氣凝膠纖維，包括以下組分：復(fù)合氣凝膠、改性羊毛纖維、相變材料；

3、其中，復(fù)合氣凝膠是通過氮化硼納米片改性硅酸鈉并與乙酰丙酮氧釩復(fù)合制備而成。

4、作為優(yōu)選，所述復(fù)合氣凝膠的制備方法如下：

5、s1.1、分別稱取以下重量份的組分：硅酸鈉50-70重量份、氮化硼納米片10-20重量份、乙酰丙酮氧釩5-15重量份；

6、s1.2、將硅酸鈉溶解在去離子水中，得到質(zhì)量百分比濃度為10-30%的硅酸鈉溶液；將氮化硼納米片在乙醇中進(jìn)行超聲分散，形成均勻的氮化硼納米片懸浮液；

7、s1.3、將氮化硼納米片懸浮液滴加到硅酸鈉溶液中，滴加時間為0.5-1h，同時以800-1000rpm的速度進(jìn)行劇烈攪拌，保持混合溶液溫度在20-40℃;繼續(xù)以500-600rpm的速度攪拌反應(yīng)2-4h，使用濃度為0.1-1mol/l的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)混合溶液ph值在8-10，得到改性硅酸鈉溶液；

8、硼化物具有特殊的紅外輻射性能，在氣凝膠用于發(fā)熱保暖時，這些硼化物可以增強氣凝膠對紅外輻射的吸收和發(fā)射，當(dāng)紅外線照射到氣凝膠上時，硼化物能夠更好地吸收這些紅外線，將其轉(zhuǎn)化為熱能儲存起來；同時，氣凝膠本身也會發(fā)射紅外線來維持溫度，硼化物能夠提高這種紅外發(fā)射的效率，從而增強發(fā)熱保暖效果；硼化物在氣凝膠中可以通過散射和反射熱量的方式降低氣凝膠的有效導(dǎo)熱系數(shù)，它們的存在改變了熱量在氣凝膠中的傳遞路徑，使得熱量更難通過氣凝膠傳導(dǎo)出去，減少了熱量的散失，進(jìn)而提高了發(fā)熱保暖性能；此外，硼化物可以吸附在相變材料的表面，形成一層保護(hù)膜，使相變材料在氣凝膠的納米孔隙中更好發(fā)揮儲能和釋能的作用，從而提高整體的發(fā)熱保暖效果。

9、氮化硼顆粒會在氣凝膠中會相互交織、堆疊，形成一種三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些顆粒之間通過范德華力、氫鍵或化學(xué)鍵等相互作用結(jié)合在一起，在氣凝膠中形成相對均勻的分布；在氣凝膠的制備過程中，顆粒之間必然會存在一些間隙，這些間隙就形成了氣凝膠的孔隙。

10、硼化物具有較高的硬度和良好的機械穩(wěn)定性，當(dāng)它們摻雜到硅酸鈉氣凝膠中時，能夠強化氣凝膠的骨架結(jié)構(gòu)，使其更加堅固，減少在使用過程中因外力作用而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞，從而提高氣凝膠的耐用性。

11、s1.4、將乙酰丙酮氧釩溶解在乙醇中，得到濃度為0.1-0.5mol/l的乙酰丙酮氧釩溶液；將乙酰丙酮氧釩溶液以1-2ml/min的速度加入到改性硅酸鈉溶液中，同時以300-600rpm的速度進(jìn)行攪拌，得到混合溶液；

12、乙酰丙酮氧釩本身具有一定的熱穩(wěn)定性，在高溫條件下不易分解，因此將其引入到復(fù)合氣凝膠中可以幫助提高整體材料的熱穩(wěn)定性；此外，乙酰丙酮氧釩能夠通過與其他材料（如硅酸鈉和氮化硼納米片）的協(xié)同作用，增強氣凝膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其在多次循環(huán)壓縮、扭曲等載荷下仍能保持良好的力學(xué)性能。

13、s1.5、向混合溶液中逐滴加入濃度為1-2mol/l的鹽酸溶液，直到混合溶液的ph值達(dá)到3-5，形成凝膠；再將形成的凝膠進(jìn)行老化處理；

14、s1.6、將老化后的凝膠放入高壓釜中，以二氧化碳為超臨界流體，進(jìn)行超臨界干燥，干燥時間為10-12h，得到復(fù)合氣凝膠。

15、作為優(yōu)選，所述s1.2中，超聲功率為100-200w，超聲時間為30-60min。

16、作為優(yōu)選，所述s1.5中，老化處理是將凝膠放在40-60℃的溫度以及50-70%的相對濕度下加熱，老化時間為12-48h。

17、作為優(yōu)選，所述s1.6中，超臨界干燥是首先將二氧化碳注入高壓釜，使其在30-40℃的溫度與7-10mpa的高壓下達(dá)到超臨界狀態(tài)，然后釋放二氧化碳，去除凝膠中的溶劑，得到復(fù)合氣凝膠。

18、另一方面，本發(fā)明提供了一種發(fā)熱保暖納米氣凝膠纖維的制備方法，用于制備上述中任意一項所述的發(fā)熱保暖納米氣凝膠纖維，包括如下步驟：

19、s2.1、分別稱取以下重量份的組分：復(fù)合氣凝膠50-70重量份、羊毛纖維20-40重量份、相變材料10-20重量份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2-5重量份；

20、s2.2、將復(fù)合氣凝膠溶解在乙醇中，用磁力攪拌器在室溫下以300-400rpm的速度攪拌，持續(xù)攪拌3-5h，得到質(zhì)量百分比濃度為15-25%的復(fù)合氣凝膠溶液；

21、s2.3、將相變材料放入油浴鍋中，加熱溫度為60-70℃，使其完全熔化，將熔化后的相變材料攪拌，使其成為均勻的液態(tài)相變材料；

22、相變材料能夠根據(jù)溫度變化發(fā)生相轉(zhuǎn)變，從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或相反過程，在這個過程中，相變材料會吸收或釋放大量的潛熱，且溫度幾乎保持不變；當(dāng)環(huán)境溫度升高時，相變材料熔化吸收熱量，從而延緩纖維周圍溫度的上升；當(dāng)環(huán)境溫度降低時，它凝固釋放熱量，減緩溫度的下降，這使得發(fā)熱保暖納米氣凝膠纖維能夠自動調(diào)節(jié)溫度，提供一個相對穩(wěn)定和舒適的熱環(huán)境。

23、s2.4、將羊毛纖維放入質(zhì)量百分比濃度為1-2%的洗滌劑溶液中，在40-50℃下攪拌清洗30-60min，去除羊毛纖維表面的油脂、灰塵等雜質(zhì)；然后用去離子水沖洗羊毛纖維，直至沖洗液的ph值為6-8，再在溫度為60-70℃的烘箱中烘干至恒重，得到預(yù)處理的羊毛纖維；

24、s2.5、將γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶解在乙醇中，得到質(zhì)量百分比濃度為6-10%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶液；將預(yù)處理的羊毛纖維浸泡在γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中，浸泡完成后，將羊毛纖維在70-80℃的烘箱中烘干1-2h，得到表面改性的羊毛纖維；

25、γ-氨丙基三乙氧基硅烷能夠在纖維表面形成一層疏水的有機硅膜，降低纖維的表面能，使其具有更好的防水性能，在潮濕環(huán)境中，水分難以滲透到纖維內(nèi)部，從而減少了因水分吸收而導(dǎo)致的熱量散失，有助于維持纖維的保暖性能；γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的乙氧基可與氣凝膠纖維中的無機成分發(fā)生反應(yīng)，氨基則能與有機高分子鏈相互作用，從而增強無機相與有機相之間的結(jié)合力，使纖維的強度、韌性等機械性能得到顯著提高；此外，氨基還具有一定的抗菌性，能夠抑制細(xì)菌在纖維表面的生長和繁殖，減少因細(xì)菌滋生而產(chǎn)生的異味和健康的潛在威脅。

26、s2.6、將表面改性的羊毛纖維浸漬在復(fù)合氣凝膠溶液中，同時將預(yù)處理好的液態(tài)相變材料以1-5ml/min的速度滴加到浸漬體系中，并以200-300rpm的速度攪拌浸漬體系，攪拌浸漬時間為8-12h；

27、s2.7、浸漬完成后，將含有羊毛纖維的體系從溶液中取出進(jìn)行凝膠化反應(yīng)；凝膠化反應(yīng)完成后，以二氧化碳為超臨界流體，在溫度35-40℃與壓力8-9mpa下進(jìn)行超臨界干燥，干燥時間為12-24h，得到發(fā)熱保暖納米氣凝膠纖維。

28、作為優(yōu)選，所述相變材料為棕櫚酸或肉豆蔻酸中的任一種。

29、作為優(yōu)選，所述s2.3中，熔化后攪拌速度為400-600rpm，攪拌時間為10-15min。

30、作為優(yōu)選，所述s2.5中，浸泡溫度為35-45℃，浸泡時間為3-5h。

31、作為優(yōu)選，所述s2.7中，凝膠化反應(yīng)是將含有羊毛纖維的體系放置在恒溫恒濕箱中，溫度設(shè)置為45-55℃，相對濕度設(shè)置在55-65%，凝膠化時間為18-30h。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

33、1、該一種發(fā)熱保暖納米氣凝膠纖維及其制備方法中，添加硼化物能夠吸收紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為熱能，從而提高纖維的發(fā)熱效率；同時，硼化物也可以增強纖維自身的紅外發(fā)射能力，當(dāng)纖維溫度升高時，能夠更好地將熱量以紅外輻射的形式散發(fā)出去，維持周圍的溫暖環(huán)境；此外，當(dāng)熱量在纖維中傳遞時，硼化物會使熱量發(fā)生散射和反射，增加熱量傳遞的阻力，從而降低纖維的有效導(dǎo)熱系數(shù)，這使得纖維能夠更好地阻止熱量的散失，提高保暖性能。

34、2、該一種發(fā)熱保暖納米氣凝膠纖維及其制備方法中，乙酰丙酮氧釩本身具有一定的熱穩(wěn)定性，在高溫條件下不易分解，因此將其引入到復(fù)合氣凝膠中可以幫助提高整體材料的熱穩(wěn)定性；此外，乙酰丙酮氧釩能夠通過與其他材料（如硅酸鈉和氮化硼納米片）的協(xié)同作用，增強氣凝膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其在多次循環(huán)壓縮、扭曲等載荷下仍能保持良好的力學(xué)性能。