论文摘要
超薄、柔性、轻质、高效隔热是保温材料要求的目标,尤其是这几项同时满足,是宇航、国防乃至特殊民用场合所要求的特性。由于目前对于超薄、柔性、轻质、高效隔热材料的所选材料主要是纤维材料,而作为此条件满足最优的材料可能就是羽绒。因此,要实现羽绒的片状结构稳定和最终成形,必须解决其成形的理论和实践,本课题针对成形中的关键问题,提出基于超轻质经编网固定的方式,对羽绒进行绑结成网方法、装置和成网性能的研究。首先,通过对前人建立结构模型的分析和絮片材料的传热热阻的计算讨论,结合线型高聚物无规线团的高斯（Gauss）模型,分析絮片内部结构点接触变化引起的导热路径变化,对絮片导热的影响;讨论压力对絮片体积引起的变化和对材料热阻的影响,并通过单纤维压缩弯曲的模型,分析絮片内材料的蓬松性和支撑性能。由此分析得出,压力可导致传热纤维段数增加、便捷通道增多、单点接触热阻减小,即导致热阻降低。其次,提出羽绒纤维作为层间间隔材料的设想,对现有的复合工艺进行了筛选,得出水刺复合为最优复合方式。通过分析比较,得到适合羽绒绑定固结的实验流程;解决了在此过程中需要的基本要求,即对羽绒的均匀单层铺网和水刺加固时运动中固结网格织物的张力控制,并在进行专利申请。再次,自主设计完成了水刺实验装置:通过前后张力和转速的计算与设计,完成了对织物前后方向的张力控制;通过同步齿形带对网格织物的握持,完成了对两侧张力的控制;通过气源和电磁阀控制挡板,完成了对水刺头间接穿刺的要求;通过带齿转轮转速,控制羽绒喂入量,完成对单层羽绒的控制喂入;利用VC强大的底层编程,对整套装置实现步进电机的控制,完成对实验参数调整的要求,也在进行专利申请。最后,对设计完成的羽绒材料小样进行了复合效果和基本使用性能的测试:完成了羽绒复合稳定性测试,通过分析抖动前后絮片的厚度变化,验证了最终羽绒固定基本稳定,材料试样基本达到预期目标;采用本实验室特有的单纤维弯曲测试仪对羽绒支撑性能进行分析,并与羊毛纤维进行对比讨论,得到羽绒羽枝弯曲性能的定量指标,等效弯曲模量为0.785GPa,抗弯刚度为1.78×10-5cNcm2,对比羊毛纤维分析了柔软性和蓬松性,测得羽绒絮片压缩弹性率为90.9%,蓬松度为75.79cm3/g;完成了对材料的拉伸性能的测试,纵横向强度分别为60N和22.3N;测量了絮片的热阻克罗值为23.3。通过测量和分析,为后续研究提供了实验依据,对材料性能有了数据的验证。本课题从模型建立、材料选择、成形工艺及装置的设计到材料试样的性能测试,完成了对羽绒绑定复合材料的初步的框架研究,为轻质、柔性、隔热材料提供了新的设想,同时也为羽绒材料的片状成形提供了新的方法。