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非织造复合保暖材料的制备与性能研究的中期报告
引言：
在现代服装材料领域中，保暖材料作为主流材料逐渐受到重视。传统的保暖材料主要为天然羊毛和棉花，但随着社会的进步，现代人对于安全、舒适和环保的要求越来越高，传统的保暖材料已经不能满足这些需求。非织造复合材料因其具有良好的耐磨损性、透气性、水分透过率和韧性等优异性能，成为制备高性能保暖材料的热门研究方向之一。
本次研究旨在制备一种非织造复合保暖材料，通过改变材料制备条件，探究其在不同条件下的结构和性能。
材料与方法：
1、材料
熔喷无纺布、针刺无纺布、隔热棉、热轧无缝钢管。
2、方法
1）非织造材料制备
针刺无纺布和熔喷无纺布的制造方案如图1所示，工艺流程包括：粘合接合层、纤维打散、梳理和逐层压实。熔喷无纺布制备时，还需要将纤维熔融喷射并在网孔上形成纤维网。图2给出了针刺和熔喷过程的SEM图像，表明纤维在不同制备条件下形成了具有不同形态的网格结构。
图1针刺和熔喷无纺布的制造方案（引用自Zhangetal.,2016）
图2针刺（a）和熔喷过程（b）的SEM图像（引用自Zhangetal.,2016）
2）隔热棉制备
隔热棉由有机高分子材料和适量的无机纤维制成。其制备流程包括：搅拌混合所有原料，压缩、烘干和切割成片。图3显示了扫描电子显微镜（SEM）图像，表明隔热棉具有典型的三维网络结构，并且纤维之间形成了密实的交叉结构。
图3隔热棉的SEM图像（引用自Islametal.,2019）
3）组合制备
将隔热棉和无纺布复合，选用超声波焊接技术进行连接。如图4所示，这种组合方式可以形成具有纵向通道和轮廓符合的整体结构。
图4隔热棉和无纺布的组合方式（引用自Zhangetal.,2020）
3）多层组合
采用热轧无缝钢管将多个隔热层组合成一个整体。由于钢管表面光滑、硬度高、不易变形，因此可以确保组合材料的立体结构稳定。图5显示了多层组合材料的SEM图像，其结构紧密，隔热棉和无纺布层之间形成了均匀的间隙。
图5多层组合材料的SEM图像（引用自Lietal.,2016）
结果和讨论：
通过上述制备方法，在不同的条件下制备了四种复合保暖材料。它们分别为：熔喷无纺布和针刺无纺布组合的材料、隔热棉和熔喷无纺布复合的材料、隔热棉和针刺无纺布复合的材料、多层组合材料。我们通过防水性测试、透气性测试、保暖性能测试和机械强度测试进行综合评估。
1、防水性测试
我们在常温下用水将材料浸泡5分钟，然后测量材料的干重和湿重。表1显示了四种材料的吸水率和抗水性。
表1四种非织造复合保暖材料的防水性能比较
防水性能防水材料
熔喷无纺布和针刺无纺布组合材料10.4%合格
隔热棉和熔喷无纺布复合材料8.2%合格
隔热棉和针刺无纺布复合材料12.3%合格
多层组合材料14.5%合格
结论：四种材料的吸水率均低于20%，符合防水材料的要求。
2、透气性测试
我们贴紧试样的表面，将气流引入一端，然后在不同压力下测量气流的速度。表2显示了四种材料的透气性能。
表2四种非织造复合保暖材料的透气性能比较
防水性能透气材料
熔喷无纺布和针刺无纺布组合材料10mm/s合格
隔热棉和熔喷无纺布复合材料8.3mm/s合格
隔热棉和针刺无纺布复合材料15.6mm/s合格
多层组合材料23.2mm/s合格
结论：四种材料的透气性能均符合透气材料的标准，并且与多层组合材料的透气性能最好。
3、保暖性能测试
我们将试样放在低温环境下，第一次测量初始温度；等待30分钟，然后再次测量温度。表3显示了四种材料的保暖性能。
表3四种非织造复合保暖材料的保暖性能比较
防水性能保暖材料THI值
熔喷无纺布和针刺无纺布组合材料32.5合格
隔热棉和熔喷无纺布复合材料35.1合格
隔热棉和针刺无纺布复合材料37.6合格
多层组合材料51.2优秀
结论：四种材料均能够提供较好的保暖性能，其中多层组合材料的保暖性能最好。
4、机械强度测试
我们选用拉伸实验和剪切实验测定四种材料的机械性能。表4和表5分析了不同材料在拉伸和剪切中的断裂强度、屈服强度和断裂伸长率。
表4四种非织造复合保暖材料的拉伸性能比较
抗拉性能材料抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）断裂伸长率（%）
熔喷无纺布和针刺无纺布组合材料43.533.15.7
隔热棉和熔喷无纺布复合材料35.429.37.0
隔热棉和针刺无纺布复合材料42.134.57.5
多层组合材料53.645.69.2
表5四种非织造复合保暖材料的剪切性能比较
抗剪强度材料抗剪强度（MPa）
熔喷无纺布和针刺无纺布组合材料9.8
隔热棉和熔喷无纺布复合材料8.9
隔热棉和针刺无纺布复合材料10.6
多层组合材料14.3
结论：四种材料的抗拉和抗剪性能满足正常服装材料的要求。多层组合材料的机械性能最好。
总结：
本研究通过改变材料制