一种高性能保温鞋帮材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纺织材料领域的利用功能材料进行鞋类制造的高性能鞋材及其制备方法，具体地，涉及一种高性能保温鞋帮材料及其制备方法。

背景技术

鞋类制造领域一直是一个充满创新和变化的领域。随着人们对鞋子舒适性和功能性的需求，包括人们在劳动场合对脚的保温和防护性能需求越来越高，鞋类材料的研究和开发也变得越来越重要。其中，鞋帮面料和里料是鞋子舒适度的关键因素，而功能材料的运用也为鞋子带来了更多的可能性。

目前市场上的鞋材料多种多样，但是很少有具有抗切割、耐磨、抗菌、凉感、远红外、负离子等多种功能的材料。现有市场上的鞋材，大多只有单一的功能，如只有抗菌或只有保暖功能等。而且，现有的鞋材料往往在某些方面存在一些问题，如保暖效果不佳、耐磨性差、容易变形等。因此，需要研发更加综合、高效、可靠的鞋材料，以满足人们对鞋子舒适性和功能性的需求，特别是人们在劳动场合对脚的保温和防护性能需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能复合鞋帮材料及其制备方法，采用了复合聚乙烯纤维等作为鞋帮面料和里料的材料，并使用石墨烯气凝胶薄片材料作为鞋帮夹层，从而实现了多种功能的综合应用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种高性能保温鞋帮材料的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，采用复合聚乙烯纤维，纺织得到面层材料；步骤2，将石墨烯气凝胶压制成薄片，作为中间层材料；步骤3，将石墨烯复合纤维，通过针织，得到基布层面料；步骤4，将步骤2所得的石墨烯气凝胶薄片，均匀铺设在面层材料和基布层面料之间，形成中间层；步骤5，通过热压加工，将石墨烯气凝胶薄片的中间层与面层材料和基布层面料的三层结构复合成一体，得到高性能保温鞋帮材料。

进一步地，所述的石墨烯气凝胶，按重量计由以下成分组成：纳米二氧化硅70-90份、石墨烯1-4份、石蜡5-7份、乙烯基硅油20-24份、乙烯基MQ树脂5-8份、填充剂4-6份；填充剂采用纳米碳酸钙、滑石粉、硫酸钡中的任意一种或多种。

进一步地，所述的中间层，在石墨烯气凝胶薄片的两面分别贴有透明透气薄膜，中间层的片层厚度为0.7-1mm。

进一步地，所述的面层材料为复合聚乙烯纤维梭织面料，克重为300-350g/cm

进一步地，所述的复合聚乙烯纤维，是在聚乙烯纤维的原料内添加石墨烯气凝胶纳米粉末，通过原位聚合，制得聚乙烯复合母粒，再通过熔融纺丝，得到复合聚乙烯纤维；按质量百分比计，石墨烯气凝胶纳米粉末的添加量为聚乙烯纤维原料的1～5％。

进一步地，所述的聚乙烯纤维，是超高分子量聚乙烯、中分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯纤维中的任意一种或多种，纤维规格为200D-400D。

进一步地，所述的基布层面料，采用尼龙、涤纶、丙纶中的任意一种或多种作为纤维基材，在纤维基材的原料中添加石墨烯材料，通过熔融纺丝，得到石墨烯复合纤维，再加工成石墨烯针织面料层。

进一步地，所述的石墨烯材料采用氧化石墨烯，粒径为0.3-0.5mm，长宽比为1:2.3。

进一步地，所述的石墨烯材料的添加量，按质量百分比计为纤维基材原料的0.1-0.5％。

本发明还提供了通过上述的方法制备的高性能保温鞋帮材料。

本发明提供的高性能保温鞋帮材料及其制备方法具有以下优点：

本发明制备的高性能保温鞋帮材料，相较于现有技术，具有更强的综合功能、更好的保暖效果以及更加可靠的品质，能够满足人们在劳动场合对脚的保温和防护性能需求，具有更广阔的应用前景。具体包括：

1、综合功能更强：相较于市场上单一功能的鞋材料，本发明采用了多种功能材料，并且将其应用于鞋帮面料、里料和夹层中，实现了抗切割、耐磨、抗菌、凉感、远红外、负离子等多种功能的综合应用，提高了鞋子的舒适度和使用效果。

2、保暖效果更好：本发明在鞋帮夹层中使用石墨烯气凝胶薄片材料，保暖效果好，可抗零下40度低温，相比市场上普通的保暖材料，保暖性能更为出色。

3、质量更可靠：复合聚乙烯纤维作为鞋帮面料和里料的材料，具有抗切割、耐磨等优良特性，使鞋子更加耐用；石墨烯气凝胶薄片材料的使用，使鞋帮夹层更加牢固，避免了夹层材料易变形的问题，提高了鞋子的品质。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明提供的高性能保温鞋帮材料的制备方法，其包含：步骤1，采用复合聚乙烯(PE)纤维，纺织得到面层材料；步骤2，将石墨烯气凝胶压制成薄片，作为中间层材料；步骤3，将石墨烯复合纤维，通过针织，得到基布层面料；步骤4，将步骤2所得的石墨烯气凝胶薄片，均匀铺设在面层材料和基布层面料之间，形成中间层；步骤5，通过热压加工，将石墨烯气凝胶薄片的中间层与面层材料和基布层面料的三层结构复合固定成一体，得到高性能保温鞋帮材料。

优选地，石墨烯气凝胶采用的原料按重量计，由以下成分组成：纳米二氧化硅70-90份、石墨烯1-4份、石蜡5-7份、乙烯基硅油20-24份、乙烯基MQ树脂5-8份、填充剂4-6份；填充剂采用纳米碳酸钙、滑石粉、硫酸钡中的任意一种或多种。将原料制成石墨烯气凝胶后，通过熔融挤出或其他适宜的方式，压制成型，得到石墨烯气凝胶薄片。

MQ树脂是一种很独特的聚硅氧烷树脂，其是由单官能度硅氧烷链节(M单元)与四官能度硅氧烷缩聚链节(Q单元)构成的有机硅树脂。

该中间层在石墨烯气凝胶薄片的两面分别贴有透明透气薄膜，优选为聚四氟乙烯(TPFE)薄膜。中间层的片层厚度为0.7-1mm。

面层材料为复合聚乙烯纤维梭织面料，克重为300-350g/cm

复合聚乙烯纤维是在聚乙烯纤维的原料内添加石墨烯气凝胶纳米粉末，在相应的催化剂和助剂的作用下，通过原位聚合，制得聚乙烯复合母粒，再通过熔融纺丝，得到复合聚乙烯纤维；按质量百分比计，石墨烯气凝胶纳米粉末的添加量为聚乙烯纤维原料的1～5％。优选地，该石墨烯气凝胶纳米粉末采用的原料配比与石墨烯气凝胶薄片相同。

聚乙烯纤维是超高分子量聚乙烯、中分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯纤维中的任意一种或多种，纤维规格为200D-400D。

基布层面料采用尼龙、涤纶、丙纶中的任意一种或多种作为纤维基材，在纤维基材的原料中添加石墨烯材料，为了加强石墨烯材料的分散效果，还可以添加相应的改性剂。通过熔融纺丝，得到石墨烯复合纤维，再加工成石墨烯针织面料层。

石墨烯材料采用氧化石墨烯，粒径为0.3-0.5mm，长宽比为1:2.3。

石墨烯材料的添加量，按质量百分比计为纤维基材原料的0.1-0.5％。

该方法中，选择复合PE纤维材料、石墨烯复合纤维材料和石墨烯气凝胶薄片材料，其中PE纤维材料具有抗切割、耐磨、抗菌、凉感、远红外、负离子等功能，石墨烯气凝胶薄片材料可以提高鞋帮的保暖效果，可抗零下40度低温。采用纺织加工技术制成鞋帮面料和里料，其中鞋帮面料和里料均采用PE纤维材料制成。将石墨烯气凝胶薄片材料加工处理，使其与PE纤维材料进行复合加工。

优选地，按质量百分比计，选取经过特殊处理后的60％的复合PE纤维材料和40％的石墨烯气凝胶薄片材料，以及与复合PE纤维材料的重量比为1:1的石墨烯复合纤维材料。采用纺织加工技术制成鞋帮面料和里料，再将石墨烯气凝胶薄片材料与鞋帮面料和里料进行复合加工，可以采用热压、高周波等技术进行加工处理。优选地，进行热压加工，加工温度为150度，压力为5MPa，加工时间为5分钟，最终得到具有多种功能的鞋材料。

本发明中采用的设备和其他工艺条件等均为本领域内技术人员所已知的。

本发明还提供了通过该方法制备的高性能保温鞋帮材料。

该高性能保温鞋帮材料包括面层、中间层和基布层；面层为抗切割防水耐磨面层，中间层保温隔热层，基布层为抗菌除螨层。面层为聚乙烯梭织面料，中间层为石墨烯气凝胶薄片，基布层为石墨烯针织面料层。

下面结合实施例对本发明提供的高性能保温鞋帮材料及其制备方法做更进一步描述。

实施例1

一种高性能保温鞋帮材料的制备方法，其包含：

步骤1，采用复合聚乙烯纤维，纺织得到面层材料。

面层材料为复合聚乙烯纤维梭织面料，克重为300g/cm

复合聚乙烯纤维是在聚乙烯纤维的原料内添加石墨烯气凝胶纳米粉末，通过原位聚合，制得聚乙烯复合母粒，再通过熔融纺丝，得到复合聚乙烯纤维；按质量百分比计，石墨烯气凝胶纳米粉末的添加量为聚乙烯纤维原料的1％。

该聚乙烯纤维是低分子量聚乙烯纤维，纤维规格为200D。

步骤2，将石墨烯气凝胶压制成薄片，作为中间层材料。

优选地，中间层材料采用的石墨烯气凝胶，与复合聚乙烯纤维内添加的石墨烯气凝胶纳米粉末的原料配比相同，按重量计由以下成分组成：纳米二氧化硅80份、石墨烯3份、石蜡6份、乙烯基硅油22份、乙烯基MQ树脂7份、填充剂5份。填充剂采用纳米碳酸钙。

该中间层在石墨烯气凝胶薄片的两面分别贴有透明透气薄膜，中间层的片层厚度为0.7-1mm。

步骤3，将石墨烯复合纤维，通过针织，得到基布层面料。

基布层面料采用尼龙作为纤维基材，在纤维基材的原料中添加石墨烯材料，通过熔融纺丝，得到石墨烯复合纤维，再加工成石墨烯针织面料层。

石墨烯材料采用氧化石墨烯，粒径为0.3-0.5mm，长宽比为1:2.3。

石墨烯材料的添加量按质量百分比计为纤维基材原料的0.5％。

步骤4，将步骤2所得的石墨烯气凝胶薄片，均匀铺设在面层材料和基布层面料之间，形成中间层。

步骤5，通过热压加工，将石墨烯气凝胶薄片的中间层与面层材料和基布层面料的三层结构复合成一体，得到高性能保温鞋帮材料。

本实施例还提供了通过该方法制备的高性能保温鞋帮材料。

实施例2

一种高性能保温鞋帮材料的制备方法，其包含：

步骤1，采用复合聚乙烯纤维，纺织得到面层材料。

面层材料为复合聚乙烯纤维梭织面料，克重为300g/cm

复合聚乙烯纤维是在聚乙烯纤维的原料内添加石墨烯气凝胶纳米粉末，通过原位聚合，制得聚乙烯复合母粒，再通过熔融纺丝，得到复合聚乙烯纤维；按质量百分比计，石墨烯气凝胶纳米粉末的添加量为聚乙烯纤维原料的2％。

聚乙烯纤维是低分子量聚乙烯纤维，纤维规格为300D。

步骤2，将石墨烯气凝胶压制成薄片，作为中间层材料。

优选地，中间层材料采用的石墨烯气凝胶，与复合聚乙烯纤维内添加的石墨烯气凝胶纳米粉末的原料配比相同，按重量计由以下成分组成：纳米二氧化硅70份、石墨烯1份、石蜡5份、乙烯基硅油20份、乙烯基MQ树脂5份、填充剂4份。填充剂采用纳米滑石粉。

该中间层在石墨烯气凝胶薄片的两面分别贴有透明透气薄膜，中间层的片层厚度为0.7-1mm。

步骤3，将石墨烯复合纤维，通过针织，得到基布层面料。

基布层面料采用涤纶作为纤维基材，在纤维基材的原料中添加石墨烯材料，通过熔融纺丝，得到石墨烯复合纤维，再加工成石墨烯针织面料层。

石墨烯材料采用氧化石墨烯，粒径为0.3-0.5mm，长宽比为1:2.3。

石墨烯材料的添加量按质量百分比计为纤维基材原料的0.4％。

步骤4，将步骤2所得的石墨烯气凝胶薄片，均匀铺设在面层材料和基布层面料之间，形成中间层。

步骤5，通过热压加工，将石墨烯气凝胶薄片的中间层与面层材料和基布层面料的三层结构复合成一体，得到高性能保温鞋帮材料。

本实施例还提供了通过该方法制备的高性能保温鞋帮材料。

实施例3

一种高性能保温鞋帮材料的制备方法，其包含：

步骤1，采用复合聚乙烯纤维，纺织得到面层材料。

面层材料为复合聚乙烯纤维梭织面料，克重为320g/cm

复合聚乙烯纤维是在聚乙烯纤维的原料内添加石墨烯气凝胶纳米粉末，通过原位聚合，制得聚乙烯复合母粒，再通过熔融纺丝，得到复合聚乙烯纤维；按质量百分比计，石墨烯气凝胶纳米粉末的添加量为聚乙烯纤维原料的3％。

聚乙烯纤维是中分子量聚乙烯纤维，纤维规格为300D。

步骤2，将石墨烯气凝胶压制成薄片，作为中间层材料。

优选地，中间层材料采用的石墨烯气凝胶，与复合聚乙烯纤维内添加的石墨烯气凝胶纳米粉末的原料配比相同，按重量计由以下成分组成：纳米二氧化硅75份、石墨烯2份、石蜡7份、乙烯基硅油21份、乙烯基MQ树脂6份、填充剂4份；填充剂采用纳米硫酸钡。

该中间层在石墨烯气凝胶薄片的两面分别贴有透明透气薄膜，中间层的片层厚度为0.7-1mm。

步骤3，将石墨烯复合纤维，通过针织，得到基布层面料。

基布层面料采用丙纶作为纤维基材，在纤维基材的原料中添加石墨烯材料，通过熔融纺丝，得到石墨烯复合纤维，再加工成石墨烯针织面料层。

石墨烯材料采用氧化石墨烯，粒径为0.3-0.5mm，长宽比为1:2.3。

石墨烯材料的添加量按质量百分比计为纤维基材原料的0.3％。

步骤4，将步骤2所得的石墨烯气凝胶薄片，均匀铺设在面层材料和基布层面料之间，形成中间层。

步骤5，通过热压加工，将石墨烯气凝胶薄片的中间层与面层材料和基布层面料的三层结构复合成一体，得到高性能保温鞋帮材料。

本实施例还提供了通过该方法制备的高性能保温鞋帮材料。

实施例4

一种高性能保温鞋帮材料的制备方法，其包含：

步骤1，采用复合聚乙烯纤维，纺织得到面层材料。

面层材料为复合聚乙烯纤维梭织面料，克重为350g/cm

复合聚乙烯纤维是在聚乙烯纤维的原料内添加石墨烯气凝胶纳米粉末，通过原位聚合，制得聚乙烯复合母粒，再通过熔融纺丝，得到复合聚乙烯纤维；按质量百分比计，石墨烯气凝胶纳米粉末的添加量为聚乙烯纤维原料的4％。

聚乙烯纤维是超高分子量聚乙烯纤维，纤维规格为400D。

步骤2，将石墨烯气凝胶压制成薄片，作为中间层材料。

优选地，中间层材料采用的石墨烯气凝胶，与复合聚乙烯纤维内添加的石墨烯气凝胶纳米粉末的原料配比相同，按重量计由以下成分组成：纳米二氧化硅85份、石墨烯3份、石蜡5份、乙烯基硅油23份、乙烯基MQ树脂7份、填充剂6份；填充剂采用纳米碳酸钙、滑石粉、硫酸钡中的任意一种。

该中间层在石墨烯气凝胶薄片的两面分别贴有透明透气薄膜，中间层的片层厚度为0.7-1mm。

步骤3，将石墨烯复合纤维，通过针织，得到基布层面料。

基布层面料采用尼龙、涤纶、丙纶中的任意一种作为纤维基材，在纤维基材的原料中添加石墨烯材料，通过熔融纺丝，得到石墨烯复合纤维，再加工成石墨烯针织面料层。

石墨烯材料采用氧化石墨烯，粒径为0.3-0.5mm，长宽比为1:2.3。

石墨烯材料的添加量按质量百分比计为纤维基材原料的0.2％。

步骤4，将步骤2所得的石墨烯气凝胶薄片，均匀铺设在面层材料和基布层面料之间，形成中间层。

步骤5，通过热压加工，将石墨烯气凝胶薄片的中间层与面层材料和基布层面料的三层结构复合成一体，得到高性能保温鞋帮材料。

本实施例还提供了通过该方法制备的高性能保温鞋帮材料。

实施例5

一种高性能保温鞋帮材料的制备方法，其包含：

步骤1，采用复合聚乙烯纤维，纺织得到面层材料。

面层材料为复合聚乙烯纤维梭织面料，克重为350g/cm

复合聚乙烯纤维是在聚乙烯纤维的原料内添加石墨烯气凝胶纳米粉末，通过原位聚合，制得聚乙烯复合母粒，再通过熔融纺丝，得到复合聚乙烯纤维；按质量百分比计，石墨烯气凝胶纳米粉末的添加量为聚乙烯纤维原料的5％。

聚乙烯纤维是超高分子量聚乙烯、中分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯纤维中的任意多种，纤维规格为400D。

步骤2，将石墨烯气凝胶压制成薄片，作为中间层材料。

优选地，中间层材料采用的石墨烯气凝胶，与复合聚乙烯纤维内添加的石墨烯气凝胶纳米粉末的原料配比相同，按重量计由以下成分组成：纳米二氧化硅90份、石墨烯4份、石蜡7份、乙烯基硅油24份、乙烯基MQ树脂8份、填充剂6份；填充剂采用纳米碳酸钙、滑石粉、硫酸钡中的任意多种。

该中间层在石墨烯气凝胶薄片的两面分别贴有透明透气薄膜，中间层的片层厚度为0.7-1mm。

步骤3，将石墨烯复合纤维，通过针织，得到基布层面料。

基布层面料采用尼龙、涤纶、丙纶中的任意多种作为纤维基材，在纤维基材的原料中添加石墨烯材料，通过熔融纺丝，得到石墨烯复合纤维，再加工成石墨烯针织面料层。

石墨烯材料采用氧化石墨烯，粒径为0.3-0.5mm，长宽比为1:2.3。

石墨烯材料的添加量按质量百分比计为纤维基材原料的0.1％。

步骤4，将步骤2所得的石墨烯气凝胶薄片，均匀铺设在面层材料和基布层面料之间，形成中间层。

步骤5，通过热压加工，将石墨烯气凝胶薄片的中间层与面层材料和基布层面料的三层结构复合成一体，得到高性能保温鞋帮材料。

本实施例还提供了通过该方法制备的高性能保温鞋帮材料。

对本发明的实施例1～5制备的高性能保温鞋帮材料进行测试，结果证明该鞋帮材料具有抗切割、耐磨、抗菌、凉感、远红外、负离子等多种功能，同时还能保证鞋帮的保暖效果，可抗-40℃的低温。

本发明提供的高性能保温鞋帮材料及其制备方法，采用了复合PE纤维和石墨烯气凝胶薄片材料，实现了抗切割、耐磨、抗菌、凉感、远红外、负离子等多种功能的综合应用，同时石墨烯气凝胶薄片材料的运用还能保证鞋帮的保暖效果，可抗零下40度低温。因此，本技术方案在鞋材料的综合性能方面得到了显著提高。

本发明使采用一种特殊的复合加工技术，石墨烯和气凝胶纳米材料接枝，并通过原位聚合的方式复合PE，还将复合PE纤维和石墨烯气凝胶薄片材料进行了复合加工，使其在鞋材料中的分布均匀、稳定，从而保证鞋的整体性能和品质。与现有技术相比，本发明主要解决了：鞋材料多种功能的综合应用问题，以及现有鞋材料存在的保暖效果不佳、耐磨性差等问题。

由于本技术方案采用了复合PE纤维和石墨烯气凝胶薄片材料，具有抗切割、耐磨、抗菌、凉感、远红外、负离子等多种功能，因此在纺织材料领域、鞋类制造领域和功能材料领域均可以有广泛的应用。例如，在户外运动、军事、工业等领域，抗切割、耐磨、保暖等功能对于鞋子的要求较高，本技术方案可以为这些领域提供更加高效、可靠的鞋材料；在医疗领域，本技术方案的抗菌、负离子功能可以为医护人员提供更好的保护；在日常生活中，凉感、远红外功能可以为人们带来更加舒适的穿着体验。随着人们对鞋子舒适度和功能性的需求越来越高，本技术方案的应用前景广阔，市场需求也将会不断增长。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。