本发明属于纺织材料，具体涉及一种由sio2气凝胶改性的具有皮芯结构的保温防割气凝胶纤维、保温防割面料及其制备方法与应用。
背景技术：
1、超高分子量聚乙烯纤维(uhmwpe)，作为一种由分子量超过100万的聚乙烯通过特殊纺丝及高倍率牵伸工艺制成的高性能纤维，凭借其卓越的比强度特性，已成为工业化学纤维中的佼佼者，尤其为轻薄型防割防刺手套的制造开辟了新途径。然而，当前市场上的防割产品虽在防割性能上有所突破，却普遍忽视了穿戴的舒适性，导致产品厚重、不便穿戴及产生刺痒感等问题。针对这一问题，杨豆豆等人的研究通过创新的分离编织与转移技术，采用芳纶1414作为面纱，结合uhmwpe纤维，成功编织出耐切割等级达到en 388标准5级的防割手套，显著提升了防割性能。但值得注意的是，在追求高防割性能的同时，手套的轻薄性与美观性尚未得到系统而全面的优化。
2、另一方面，高寒地区的手部防护装备传统上依赖厚重的动物毛皮，这在专业机械操作及精细作业中显得尤为不便，难以满足极端环境下的操作需求。当前市场上的保温织物，普遍采用棉、羽绒等传统填充材料制成，这类织物虽能提供一定的保暖效果，却缺乏防割性能，且易燃特性使其不适合军用及高风险环境。二氧化硅气凝胶是一种具有极低热导率和高比表面积的多孔材料，在uhmwpe织物表面涂覆二氧化硅气凝胶涂料的织物能增强其防割性能，并使uhmwpe织物具备一定的保温性能。目前已有部分产品尝试通过在织物表面涂覆二氧化硅气凝胶涂料以增强保暖性能，然而由于气凝胶本身的易脆性，这些涂层在受力时往往容易破碎，导致织物表面的二氧化硅气凝胶涂料脱落，影响美观的同时还削弱了织物的保暖效果。尽管由于uhmwpe自身性能，使该二氧化硅改性的织物仍可能具备一定的防割能力，但该类织物的保温防割综合性能会受到影响。
技术实现思路
1、本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：现有技术中sio2改性的uhmwpe织物由于二氧化硅气凝胶强度低、脆性大，导致sio2气凝胶改性的uhmwpe织物在使用过程中容易损坏，保温性能下降。
2、本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种sio2气凝胶改性uhmwpe纤维及其制备方法，并研制出一款具有良好防割保温性能的轻薄型纤维制品。
3、本发明的第一目的是提出一种保温防割气凝胶纤维，包括芯纱以及包覆于芯纱表面的皮芯；所述芯纱为uhmwpe，所述皮芯的组分包括sio2气凝胶和非水溶性粘结剂。
4、由于sio2气凝胶不具有粘性，无法仅将其作为单一组分的皮芯包覆在超高分子量聚乙烯芯纱表面，因此需要选用一种粘性物质作为粘结剂，辅助sio2对超高分子量聚乙烯芯纱进行包覆。在本发明的一些实施例中，采用粘度较高的聚氨酯作为粘结剂，成功制备出具有皮芯结构的保温纤维。从sem照片中可以看到，该皮芯具有均匀的多孔网络结构，该多孔网络结构一方面能分散纤维受力时的应力和能量，阻碍裂纹扩展，降低脆性，提高韧性，优化皮芯的机械性能，另一方面能减缓热量的传递，优化保温性能，此为本发明的发明点之一。使用该纤维制备的气凝胶纤维织物，克服了传统的在织物上涂层的导致面料厚重且不够舒适的缺点，还具有轻薄舒适的特点。
5、优选地，由uhmwpe构成的芯纱的直径为11.1～13.1μm；
6、优选地，uhmwpe的分子量为100万～500万，细度为800d；
7、优选地，皮芯组分中sio2气凝胶与非水溶性粘结剂的质量比为(2～4):(4～6)。
8、优选地，皮芯的厚度为5-10μm；
9、优选地，该非水溶性粘结剂为聚氨酯。
10、本发明的第二目的是提出一种制备上述保温防割气凝胶纤维的方法，具体包括以下步骤：
11、步骤1，制备sio2气凝胶/pu纺丝液，具体为：将pu颗粒与sio2气凝胶粉末作为溶质与溶剂混合，常温下搅拌至pu颗粒与sio2气凝胶粉末完全溶解，形成sio2气凝胶/pu纺丝液。
12、步骤2，将步骤1制备的sio2气凝胶/pu纺丝液与芯纱利用同轴湿法纺丝制得保温防割气凝胶纤维。
13、运用sio2气凝胶保温直接改性uhmwpe，制得具有保温防割性能的复合纤维是本发明的发明点之一。
14、优选地，步骤1中，溶质的质量浓度为12％～15％；
15、优选地，步骤1中，sio2气凝胶粉末的尺寸小于100nm；
16、优选地，步骤1中，溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、丁酮、环己酮、丙酮、乙酸乙酯或甲苯；
17、优选地，步骤2中，注射泵的挤出纺丝液的速度为100～140ml/hr；湿法纺丝选用的凝固浴为去离子水。
18、本发明的第三个方面是公开一种使用前述保温防割气凝胶纤维或上述制备方法制得的保温防割气凝胶纤维织就的保温防割面料。
19、本发明的第四个方面是公开了该上述保温防割气凝胶纤维和该上述保温防割面料在纺织材料技术领域的应用。
20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21、本发明提供了一种保温防割纤维，通过将sio2气凝胶与非水溶性粘结剂混合，通过同轴湿法纺丝技术改性uhmwpe纤维，制得一种兼具防割性能与保温性能的气凝胶纤维，该纤维具有均匀的表面，sio2气凝胶在皮芯中分布形成均匀的三维多孔结构。改性后的uhmwpe纤维具有优异的力学性能，其织造的织物在实际使用时，一方面克服了sio2气凝胶材料的脆性，不易脱落，同时还能充分发挥sio2气凝胶的保温性能，能有效阻隔热量的散失，使得该织物能应用在对防割保温性能具有特殊要求的环境中，在保证防护的同时还能具有保温蓄热的效果，可应用到各类受划、割伤危险系数高的领域，也可改善高寒工况下工作人员安全防护。
1.一种保温防割气凝胶纤维，其特征在于，包括芯纱以及包覆于芯纱表面的皮芯；所述芯纱为超高分子量聚乙烯纤维；所述皮芯的组分包括sio2气凝胶和非水溶性粘结剂。
2.如权利要求1所述的保温防割气凝胶纤维，其特征在于，所述sio2气凝胶和非水溶性粘结剂的质量比为(2～4):(4～6)。
3.如权利要求1所述的保温防割气凝胶纤维，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的分子量为100万～500万。
4.如权利要求1所述的保温防割气凝胶纤维，其特征在于，所述非水溶性粘结剂为聚氨酯。
5.如权利要求1所述的保温防割气凝胶纤维，其特征在于，所述芯纱的直径为11.1～13.1μm。
6.如权利要求1所述的保温防割气凝胶纤维，其特征在于，所述皮芯的厚度为5～10μm。
7.一种权利要求1～6任意一项所述的保温防割气凝胶纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的保温防割气凝胶纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中所述溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、丁酮、环己酮、丙酮、乙酸乙酯或甲苯。
9.一种保温防割面料，其特征在于，由权利要求1～6任意一项所述的保温防割气凝胶纤维纺织制得。
10.一种权利要求1～6任意一项所述的保温防割气凝胶纤维或权利要求9所述的保温防割面料在纺织材料技术领域的应用。
