众所周知，凝胶是溶胶或溶液中的胶体粒子在分散介质作用下形成空间网状结构的弹性固体。以水为分散介质的，则叫水凝胶；而以气体为分散介质的，我们称之为气凝胶。由于气凝胶中90%以上都是空气，因此，具有非常好的隔热效果。
当前气凝胶的产品形态主要有：毡、板、膜、布、纸、纤维、颗粒、粉末和异形件等。其中气凝胶纤维是一种新型的功能性服用纤维，具有良好的保暖性、吸湿性、透气性等特点。所谓气凝胶纤维，顾名思义就是指用气凝胶制作而成的纺织服装用纤维材料。
气凝胶材料的三维纳米网络结构引入极低热导率的同时，也带来了很多问题，包括高度脆性、易碎和较差的形状可塑性等，因此如何将气凝胶应用在纺织品上，是其真正走入大众市场的关键。
目前主要采用的手段是将其与传统面料或增强材料结合，制备纺织品复合材料。按有无凝胶过程可将这些方法大体分为2种：一种是凝胶整体成型法；另一种是物理掺杂法。后者包括热黏合法、涂层法等。
凝胶整体成型法，顾名思义，就是在前驱体溶液中加入纤维等增强材料或其他功能材料，然后进行溶胶-凝胶以原位制备气凝胶基复合材料，工艺流程如图2所示。
此种方法制备的大都为毛毯、毛毡类整料，可应用于汽车坐垫、地毯等隔热隔音用品。
凝胶整体成型法的特点是，在前驱体溶液进行溶胶-凝胶之前掺入纤维等增强材料，制成混合湿凝胶，最后通过干燥制得气凝胶基复合材料。由于纤维等添加物对成型气凝胶起到了交联和支撑的作用，而成型气凝胶反过来对纤维起到了缠结和固定的作用，二者相辅相成，使复合材料的力学性能较纯气凝胶材料有了极大改善。
该方法很好地解决了气凝胶在制备过程中易收缩、开裂的问题，材料整体隔热性能也很稳定。缺点在于纤维等功能材料在溶胶中的分散性差，导致其与气凝胶基体的结合牢度低，显著影响材料的隔热性能。另外，制备出的复合材料通常也面临着严重的掉渣问题。
热黏合法在于浆料的制备，一般做法是将气凝胶整料粉碎、研磨成气凝胶颗粒或粉末，直接或溶解分散到溶剂中后，按一定比例与功能材料、黏合剂均匀共混成浆料，再通过高温黏合制得气凝胶基复合材料，工艺流程如图3所示。
此种加工方法操作简单，适合规模化使用，但其最大的缺点在于黏结压模过程中会产生较大孔洞，且高比例黏合剂的引入也会使复合材料的导热系数提高，消音隔热能力大打折扣。
与热黏合法类似，涂层法同样需要制备气凝胶浆料，基本工艺流程如图4所示。
涂层法与热黏合法的相同点在于皆需将成品气凝胶粉末与黏合剂混合制备浆料，不同点是涂层法的浆料中无需加入纤维等增强剂，而是通过后续的涂层工艺将气凝胶材料与织物基材复合。
此种方法由于工艺简单流程少，是目前气凝胶材料与纺织品结合最为通用的策略。复合材料的力学性能取决于基材原料，因而有效避免了纯气凝胶材料力学性能差的问题，且涂层工艺较好地规避了气凝胶材料在应用过程中出现的掉渣现象。但由于气凝胶材料在最终制备的复合材料中占比少，其结构优势受到抑制，使复合材料的隔热性能普遍低于其他方法制得的复合材料。
现阶段，气凝胶在服装上的应用主要有两种方式。分别是做成气凝胶改性软膜和做成气凝胶改性纤维。
将二氧化硅基体气凝胶与聚氯乙烯、聚酰亚胺等聚合物融合发泡而成，这种方式相对能够发挥气凝胶本身特性，隔热性能优越，并且可以通过调节软膜的厚薄度，来满足不同御寒需求。
但是，气凝胶膜贴附在服装面料上，会出现不透气或者透气性很差的情况。另外，气凝胶膜无法像服装面料一样悬垂，无法满足贴服性的成衣要求，同时气凝胶膜强力很差，只能局限于夹层小面积贴片使用。
将二氧化硅基体气凝胶粉末在纺丝时融入纤维中，这种方式做成的纤维被称为气凝胶改性纤维。
缺陷：受限于气凝胶非常轻质融入纤维的数量有限，而且成纤后的纳米孔腔效果难以表达出来，难以达不到理想的轻质隔热保温效果。
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高效保暖：采用气凝胶纤维制作的衣物其保暖性能超越羊毛，经检测结果显示，以其纤维制作的双面磨毛螺纹针织面料（克重170g/㎡），折算保温率可达61%，远超保暖衣的国标保暖值。
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轻量化：气凝胶的比重非常轻，每立方在10kg-30kg之间，气凝胶纱线同样具有轻量化的特点。
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比表面积大：气凝胶纤维中充满了纳米气团，纤维比表面积远大于多孔中空超细纤维，使纤维具有气味吸附性强、吸湿性好、高蒸发速率、易着色等特征。
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优越的隔热性能：应用于帐篷帆布布料上，其保温性能是普通帐篷布料的3-4倍；应用于风衣涤纶布料上，其保温性能是普通风衣布料的2-3倍。
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安全环保：原材料均使用安全环保产品，对人体无毒无害。
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易于加工剪裁：可定制卷材直接剪裁加工，裁剪不掉粉。
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良好的柔软度：纺织品涂层具有良好的柔软性，可随意弯曲。
具有极高保温、吸湿、透气性能的气凝胶纤维应用范围也很广泛。显而易见的就是用来制作防寒服、运动装等，随着纺织纤维科技的进一步发展，由服用气凝胶纤维制作的产品，还可以应用到航天领域、帐篷、睡袋、护膝、瑜伽服等领域。
来源：山西创青春、中凝科技
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原文始发于微信公众号（艾邦气凝胶论坛）：气凝胶纤维纺织品的制备方法和应用介绍
