一、气凝胶纤维 —— 纺织界的新宠
在纺织纤维的不断创新发展历程中，气凝胶纤维作为一种新型功能性纺织纤维崭露头角，受到了广泛关注。它是将二氧化硅气凝胶研磨成超细粉末后，与聚酯等材料结合制成，具有许多独特的性能优势，这也使得其在纺织行业的应用潜力巨大，为传统纺织领域带来了新的发展机遇和变革。
二、气凝胶纤维是什么？
（一）气凝胶纤维的定义与特性
气凝胶纤维是一种新型的功能性纺织纤维，其本质是将二氧化硅气凝胶研磨成超细粉末后，与聚酯等材料结合制成。它具有诸多独特的特性，首先是高孔隙率，其内部含有大量的孔隙，这使得它具有极低的密度，是目前世界上已知密度最小的固体材料之一，看上去呈现出云雾状，因此也被称为 “固态的烟”。这种高孔隙率结构赋予了气凝胶纤维出色的保温性能，因为空气是良好的隔热保温材料，而气凝胶纤维中超过 90% 以上都是空气，所以其保温值远超国标极低导热系数（≤0.02W/(MK)）。此外，气凝胶纤维还具有质量轻的特点，其比重很轻，每立方米在 10 – 30 公斤之间，气凝胶纱也因此很轻，相对于普通服用纤维，其厚度只有二分之一，密度更是低到 0.003 克每平方厘米。同时，气凝胶纤维内填充有纳米气团，纤维的比表面积远大于多孔中空超细纤维，这使得它在具有吸湿性好、透气性好的优势的同时，对于产业链下游的后期印染等环节来说也比较方便。
（二）气凝胶纤维的制备方法
气凝胶纤维的制备方法多种多样，目前常见的有以下几种：
溶胶 – 凝胶法：这是一种较为经典的制备方法。首先将硅源等前驱体溶解在合适的溶剂中，形成均匀的溶液，然后通过添加催化剂等手段，促使溶液发生水解和缩聚反应，逐渐形成具有三维网络结构的湿凝胶。接着，通过特殊的干燥工艺，如超临界干燥或冷冻干燥，去除湿凝胶中的溶剂，同时保持其多孔结构，最终得到气凝胶纤维。例如，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的研究团队就曾以 Kevlar 纳米纤维为原料，通过液晶纺丝、动态溶胶 – 凝胶转变、冷冻干燥、冷等离子体疏水等步骤，制备出了具有不同砌块取向度的纳米 Kevlar 液晶（NKLC）气凝胶纤维，这种纤维具有极高的机械强度（41.0 MPa）、优异的保温性能（0.037 W・m-1・K-1）和自清洁性能（与水接触角为 154°）。
静电纺丝法：利用高压静电场将聚合物溶液或熔体拉伸成细丝，在这个过程中，溶剂挥发或熔体固化，形成纤维状的气凝胶材料。通过调整静电纺丝的工艺参数，如电压、溶液浓度、喷头与接收装置的距离等，可以控制纤维的直径、孔隙率和取向等结构参数。例如，有研究团队以可溶性聚酰亚胺（6FDA-TFMB-DABA）为纺丝原液，采用湿法纺丝工艺结合冷冻干燥技术制备了一种 “核 – 鞘” 结构的聚酰亚胺气凝胶纤维 (PAFs)，其中，密实的 “鞘” 为 PAFs 提供了优异的力学支撑，使其表现出优异的机械性能，其拉伸断裂强度可达 265MPa，初始模量为 7.9GPa；纺丝过程中通过对凝固浴环境的控制可以实现对 PAFs 比表面积和孔隙率以及机械性能的调控，比表面积可达 464m2/g。
同轴纺丝法：可以制备具有核 – 壳结构的气凝胶纤维。例如，有专利提出一种气凝胶纤维的制备方法，包括采用共轴湿法纺丝制备得到内部含液体的中空纤维；除去中空纤维内部的液体，得到中空纤维模板；以及将气凝胶前驱体溶液注入到中空纤维模板内，并进行冷冻处理，之后冷冻干燥形成气凝胶，得到气凝胶纤维。这种方法制备的气凝胶纤维，其聚合物包覆层为多孔结构，包覆于气凝胶芯层的外侧，多孔结构的聚合物包覆层对位于内侧的气凝胶芯层起到保护作用，从而能够保护气凝胶的完整性而免受外力损坏，有利于广泛应用。
经过三年多研发，江阴庆丰完成了从实验室到工业化批量生产的改造。江阴庆丰化纤有限公司公开的发明专利（CN202211548371.4）中提到一种具有皮芯结构的气凝胶纤维及其制备方法，该方法将高硅氧纤维束与交联聚酰亚胺气凝胶通过注射和 PMMA 管成型成功地结合在一起，制备出具有皮芯结构的气凝胶纤维；通过对聚酰亚胺的改性，使得其与高硅氧纤维束具有很好的结合力，并且具有良好的疏水性。其制备步骤包括：
改性聚酰胺酸前驱体的制备：在二胺溶液（如二氨基二苯醚溶液，溶剂可为 N,N – 二甲基乙酰胺、N – 甲基吡咯烷酮、N,N – 二甲基甲酰胺中的一种，浓度为 10 – 30mg/mL）中加入双端氨基改性聚硅氧烷溶液（溶剂可为上述几种中的一种，质量浓度为 5 – 6%），之后加入酸酐，进行缩合反应，控制二胺、酸酐、双端氨基改性聚硅氧烷的摩尔比为 1：(1 – 2)：(0.001 – 0.03)，得到改性聚酰胺酸前驱体溶液。
混合前驱体溶液的制备：在改性聚酰胺酸前驱体溶液中加入交联剂（与二胺的摩尔比为 (0.05 – 0.07)：1）形成三维结构，再加入脱水剂（与二胺的摩尔比为 (5 – 10)：1）和催化剂（与二胺的摩尔比为 (1 – 3)：1），混合均匀，得到混合前驱体溶液。
气凝胶纤维的制备：以 PMMA 管作为容器，高硅氧纤维束（直径为 100 – 300μm）作为芯层，混合前驱体溶液作为皮层，进行亚胺化反应，使得聚酰胺酸逐渐转化为交联聚酰亚胺，逐渐形成凝胶骨架；待反应完成之后，将 PMMA 管溶解，干燥，得到皮芯结构的气凝胶纤维。
还有专利（CN202211548403.0）公开了一种保温防割气凝胶纤维及其制备方法，包括以下步骤：
制备 SiO₂气凝胶 / Pu 纺丝液：将 Pu 颗粒与 SiO₂气凝胶粉末作为溶质（质量浓度为 12％ – 15％，SiO₂气凝胶粉末的尺寸小于 100nm）与溶剂（选自 n,n – 二甲基甲酰胺、丁酮、环己酮、丙酮、乙酸乙酯或甲苯）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。
同轴湿法纺丝：将步骤 1 制备的 SiO₂气凝胶 / Pu 纺丝液与芯纱（如超高分子量聚乙烯，分子量为 100 万 – 500 万，细度为 800d，直径为 11.1 – 13.1μm）利用同轴湿法纺丝制得保温防割气凝胶纤维，其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，皮芯组分中 SiO₂气凝胶与非水溶性粘结剂（如聚氨酯）的质量比为 (2 – 4):(4 – 6)，皮芯的厚度为 5 – 10μm。
三、气凝胶纤维在纺织行业的应用优势
（一）卓越的保暖性能
与传统保暖材料相比，气凝胶纤维的保暖性能堪称卓越。以常见的棉花、羽绒等保暖材料为例，它们主要依靠纤维间的空气层来阻挡热量传递，但气凝胶纤维内部超过 90% 以上都是空气，其空气含量远高于传统材料，而且气凝胶纤维的孔隙结构更为精细和复杂，能够有效阻止空气的对流和热传导，从而大大提高了保暖效率。据有关实验数据显示，聚酯气凝胶纤维的保温值远超国标极低导热系数（≤0.02W/(MK)），在低温下其隔热性能是棉布的 2.8 倍，其热焓值可达 162 J/g，可在零下 196 摄氏度到零上 300 摄氏度的极端环境下长时间发挥隔热保温性能。这使得气凝胶纤维在防寒服、保暖内衣等冬季服装领域具有极大的应用优势，能够为人们提供更加温暖舒适的穿着体验，即使在极寒的气温中也能有效地保持身体的热量。
（二）出色的吸湿透气性能
气凝胶纤维的比表面积远大于多孔中空超细纤维，这使得它具有出色的吸湿透气性能。人体在运动或日常生活中会产生汗液和湿气，如果服装的吸湿透气性能不佳，会导致穿着不舒适，甚至可能引发皮肤问题。气凝胶纤维的多孔结构能够快速吸收并储存人体散发的湿气，同时，由于其内部空气通道丰富，又能使湿气迅速散发出去，保持服装内部的干爽。相比之下，传统的保暖内衣往往存在保暖但不透气的问题，冬季从户外进入室内，温度上升之后人体产生的湿气很难排出，导致使用者穿着的舒适性显著降低。而气凝胶纤维却可以完美地解决这一问题，其良好的吸湿透气性能不仅适合日常穿着，对于运动爱好者来说，更是理想的选择，无论是高强度的户外运动，还是室内健身活动，都能让人们保持干爽舒适，尽情享受运动的乐趣。
（三）轻盈便携的特点
气凝胶纤维比重很轻，每立方米在 10 – 30 公斤之间，气凝胶纱也因此很轻，相对于普通服用纤维，其厚度只有二分之一，密度更是低到 0.003 克每平方厘米。这一特性使得采用气凝胶纤维制成的衣物在保证保暖性能的同时，极大地减轻了重量，增加了穿着的舒适度和便利性。对于那些需要长时间户外活动的人，如登山、徒步旅行爱好者来说，装备的重量是一个重要的考虑因素。气凝胶纤维制成的服装，不仅保暖效果好，而且轻便易携带，不会给行动带来过多的负担，让人们能够更加轻松地应对各种挑战，尽情享受户外探险的乐趣。在旅行、出差等日常出行场景中，气凝胶纤维衣物也因其轻盈便携的特点，方便人们随时携带，应对不同的气温变化，为出行增添便利。
（四）良好的加工性能
气凝胶纤维内填充有纳米气团，纤维的比表面积大，这对于产业链下游的后期印染等环节来说比较方便。其较大的比表面积使得纤维能够更好地吸附染料，从而保证印染的均匀性和色彩的鲜艳度，能够满足不同消费者对于服装颜色和图案的个性化需求。此外，气凝胶纤维还可以与其他多种纤维进行混纺，如与聚酯纤维、棉纤维、羊毛纤维等混纺，通过不同纤维的优势互补，进一步丰富产品的种类和性能。例如，与聚酯纤维混纺可以提高衣物的挺括性和耐磨性，与棉纤维混纺则能增加衣物的亲肤性和吸湿性，与羊毛纤维混纺可提升衣物的保暖性和柔软度。这种良好的加工性能为纺织企业提供了更多的创新空间，能够开发出满足不同市场需求的高性能纺织品，推动纺织行业的产品升级和发展。
四、气凝胶纤维的应用领域
（一）防寒服领域的应用
在防寒服领域，气凝胶纤维的应用正逐渐成为主流趋势。以户外探险场景为例，当探险家们身处极寒之地，如南极、北极或高海拔雪山时，气温常常会降至零下几十度，传统的防寒服可能会因为保暖性能不足而让人体热量迅速散失，导致身体失温，危及生命。而气凝胶纤维防寒服则能够有效地解决这一问题，其卓越的保暖性能能够像一层坚固的屏障，将身体散发的热量牢牢锁住，同时抵御外界的严寒。例如，某品牌的气凝胶纤维防寒服在实验室测试中，其热阻值远超市面上标准的鹅绒服，即使在极端低温环境下，也能让穿着者感受到温暖。而且，气凝胶纤维比重轻，使得防寒服整体重量大幅减轻，不会给行动带来过多的负担，让探险家们能够更加灵活地行动，尽情探索未知的世界。对于在寒冷地区工作的人群，如石油勘探工人、边防战士等，气凝胶纤维防寒服也为他们提供了更加可靠的保暖选择，保障他们在恶劣环境下能够安全、舒适地完成工作任务。
（二）运动装领域的应用
气凝胶纤维在运动装领域也有着广阔的应用前景。对于运动员来说，在运动过程中身体会产生大量的热量和汗液，需要服装具备良好的透气散热性能，同时又不能忽视保暖性。气凝胶纤维的吸湿透气性能能够迅速将汗液排出体外，保持皮肤干爽，避免因汗液积聚而导致的不适感和着凉风险。其良好的保暖性能则能在运动间歇或低温环境下，有效地防止身体热量散失，维持身体的温暖状态。例如，在冬季的户外运动赛事中，如滑雪、登山等项目，运动员穿着气凝胶纤维运动装，不仅可以在激烈运动时保持舒适，还能在休息时避免受寒。此外，气凝胶纤维的轻盈特性也有助于运动员提高运动表现，减少服装重量对身体的束缚，让他们能够更加自如地发挥出最佳水平。因此，越来越多的运动品牌开始将气凝胶纤维应用于运动服装的设计和生产中，受到了广大运动员和运动爱好者的青睐。
（三）其他领域的应用潜力
除了防寒服和运动装领域，气凝胶纤维在其他纺织领域也展现出了巨大的应用潜力。在保暖内衣领域，它能够为消费者提供更加轻薄、保暖的内衣选择，满足人们在寒冷季节对温暖与舒适的追求；在宇航服领域，气凝胶纤维的优良性能有助于减轻宇航服的重量，同时提高其保暖和隔热效果，为宇航员在极端的太空环境中提供更好的保护；在防弹衣领域，气凝胶纤维的高强度和低密度特性有望为防弹衣的设计带来新的突破，提高防弹衣的防护性能和穿着舒适度；在帐篷、睡袋等户外装备领域，气凝胶纤维的应用可以提升其保暖性能，让户外爱好者在野外也能享受到温暖的休息环境；在护膝、瑜伽服等功能性服装领域，气凝胶纤维也能发挥其独特的优势，如护膝中的气凝胶纤维可以为关节提供更好的保暖和支撑，瑜伽服中的气凝胶纤维则能在保持舒适的同时，帮助练习者更好地保持身体的温度和灵活性。随着技术的不断进步和研发的深入，气凝胶纤维在这些领域的应用将会越来越广泛，为人们的生活和各种活动带来更多的便利和舒适。
五、气凝胶纤维的市场前景与挑战
（一）市场前景展望
目前，气凝胶纤维市场尚处于发展的初期阶段，其市场规模相对较小，但增长潜力巨大。随着人们对保暖、轻便、高性能纺织品需求的不断增加，气凝胶纤维在纺织行业的应用前景愈发广阔。据市场研究机构预测，未来几年，气凝胶纤维市场将呈现出快速增长的态势，其在防寒服、运动装等领域的市场份额有望逐步扩大。特别是在一些高端户外品牌和功能性服装品牌中，气凝胶纤维已经成为了一种备受关注的新型材料，其市场需求正在不断增长。一些国际知名品牌已经开始将气凝胶纤维应用于其高端产品线中，取得了良好的市场反响，这也为气凝胶纤维在整个纺织行业的推广起到了示范作用。随着技术的不断进步和成本的逐渐降低，气凝胶纤维有望成为未来保暖纤维市场的主流发展方向，为纺织企业带来新的市场机遇和利润增长点。
（二）面临的挑战与应对策略
尽管气凝胶纤维具有诸多优势和广阔的市场前景，但在实际发展过程中，仍面临着一些挑战。首先，气凝胶纤维的生产成本相对较高，这主要是由于其制备工艺复杂，原材料成本较高等因素导致的。这使得气凝胶纤维制品的价格普遍高于传统保暖材料制品，在一定程度上限制了其市场普及程度。其次，消费者对气凝胶纤维的认知度和接受度还相对较低，许多消费者对这种新型材料的性能和特点了解不足，更倾向于选择传统的、熟悉的保暖材料。此外，气凝胶纤维的生产技术还存在一定的提升空间，例如在纤维的强度、耐久性等方面，还需要进一步改进和优化。
为了应对这些挑战，纺织企业和相关科研机构需要共同努力。一方面，企业应加大在研发方面的投入，通过技术创新来降低气凝胶纤维的生产成本，提高其生产效率和产品质量。例如，优化制备工艺，探索更加经济高效的硅源和干燥工艺，减少原材料的浪费和能源消耗；加强与高校、科研机构的合作，共同攻克技术难题，提高气凝胶纤维的性能指标，使其在强度、耐久性等方面更加出色，满足不同应用场景的需求。另一方面，企业还应加强对气凝胶纤维的市场推广和宣传，提高消费者对其性能和优势的认知度和接受度。可以通过举办产品发布会、参加行业展会、开展线上线下的宣传活动等方式，向消费者展示气凝胶纤维制品的独特魅力和优势，引导消费者尝试和接受这种新型的保暖材料。同时，积极拓展销售渠道，与各大服装品牌、零售商建立合作关系，提高气凝胶纤维制品的市场覆盖面，推动其在纺织行业的广泛应用。
六、结语
气凝胶纤维作为纺织行业的新兴材料，以其卓越的保暖性能、出色的吸湿透气性能、轻盈便携的特点以及良好的加工性能，在防寒服、运动装等多个领域展现出了广阔的应用前景。尽管目前其市场规模尚小，且面临着生产成本高、消费者认知度低、技术有待提升等挑战，但随着科研的深入和技术的不断进步，这些问题有望逐步得到解决。在未来，气凝胶纤维有望成为纺织行业的主流材料之一，为人们的生活带来更多的舒适与便利，推动整个纺织行业朝着更加高性能、多功能、智能化的方向发展。相信在不久的将来，我们会看到更多气凝胶纤维制品走进我们的生活，让我们拭目以待这一新型材料在纺织领域绽放出更加绚丽的光彩。
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