专利名称：一种相变功能复合毡及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能、可循环使用的绝热相变复合毡及复合毡的制备方法，属于人体或环境温度隔热与防护的智能复合材料技术。
背景技术：
火场等高温或高热环境均存在绝热耐久的要求，因此长时间防火绝热织物的开发一直是研究的前沿课题。织物的绝热耐久最直接的体现为在长时间暴露于高温或高热环境时保证人体安全，即人体不发生皮肤烧伤或灼伤。相变材料PCM(Phase Change Material)由于其相变过程可实现对环境温度的调节，从而具有良好的隔热延时效果，故而在防火绝热纺织品中得到较为广泛的应用。对于相变功能纺织品，近年来有较多的研究和专利。如可降温多层结构消防员防 护服装(专利号为CN201020509142. 8)采用多层结构的服装本体和若干个装有可重复吸热和放热的凝胶状蓄冷剂的蓄冷降温袋实现消防环境中的热防护，其中蓄冷剂为潜热值在200kJ/kg以上的高比热的功能性高分子材料；所制服装可有效降低消防员穿着防护服进行较长时间作业时产生的生理热应激，但蓄冷剂直接密封在蓄冷降温袋中，其防火绝热效果有限。火灾安全防护服面料(专利号为CN201020267605. 4)采用从外至内的阻燃防火层、防水透汽层和隔热层的复合结构，其中隔热层由无纺布层与含有相变微胶囊的泡沫层粘结而成，相变物质为相变温度在30 80°C的直链烷烃有机物，阻燃防火层与防水透汽层之间设有镍-钛形状记忆合金弹簧。该发明所用相变材料PCM的相变温度太低，相变耗能偏低，吸热延时效果有限。智能调温纺织品(专利号为CN200710057493. 2)将醇类PCM嵌入到导热系数较高的二氧化硅三维网状结构的凝胶中而制成纳米至微米级的复合相变材料，然后将复合PCM涂层在纺织面料的表面而制成；其中复合相变材料的性能稳定且具有较高的相变焓(56 196kJ/kg)及适宜的调温区间(13 45°C )。该发明所得调温纺织品仅适用于50°C以下的环境条件，无法在火场高温条件下使用。含相变材料微胶囊的纺织布料及包装材料(专利号为CN200610035883. 5)是通过点缀丝印技术，将由相变温度为-50 150°C的微米或纳米粉体相变材料制得的微胶囊相变材料涂层到布料或包装材料上制得。产品可用作诸如炼钢、消防等特种行业的特殊功能服装或用于保温的包装材料等。该发明所得材料由于相变微胶囊中PCM效率偏低而导致材料隔热功能有限。相变耐高温输送带(专利号为CN200810136563. 8)是将纳米硅/醇相变物质添加到输送带内胶带的配方中，实现胶带耐热温度可调，并实现输送带250 500°C的耐温功能。虽有较高的耐高温性能，但仍不能在火场高温环境下长时间使用。由以上专利技术可以看出，所得纺织制品或材料虽然均具有一定的隔热效果和相变调温性能，但所用相变材料还仅限于低温范围(30 150°C )，而且主要是通过将相变材料包封在直径10. Oym内的微胶囊载体系统中而后应用于纺织制品，这在很大程度上影响了相变材料功效的发挥和长时间的实用。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻质、柔性、绝热效果优良、智能的非织造复合毡。本发明的另一个目的是提供一种上述复合毡的制备方法。为了达到上述目的，本发明的原理是将相变粉末通过振动分散和控温熔融粘附在耐高温非织造毡中纤维上，使相变粉末在非织造毡中呈梯度分布并粘附在其中的纤维上形成固定，当该复合毡受到高于其中相变材料激发温度的高温高热作用时，便可发生相变而大量吸热限温，起到良好的隔热和延时升温效果，从而实现对火场高温高热环境的隔绝和耗散。本发明的一个具体技术方案是提供了一种相变功能复合毡，其特征在于包括由·耐高温纤维制成的非织造毡，在耐高温纤维上粘附有相变粉末。优选地，在所述非织造毡的下部衬有底布。优选地，所述底布是用与所述非织造毡相同的耐高温纤维或耐温性能更优的耐高温纤维制成；所述底布为非织造布或为机织布，其密度要大于所述非织造毡，以防止未粘附的所述相变粉末丢失和增强所制成的相变功能复合毡。优选地，所述耐高温纤维为无机耐高温纤维，或为芳香族耐高温纤维。优选地，所述无机耐高温纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维。优选地，当所述耐高温纤维为无机耐高温纤维时，所述相变粉末是在50 600°C可发生固-液相变的粉末材料，该粉末材料由无毒、无挥发和无腐蚀性的物质产生；当所述耐高温纤维为芳香族耐高温纤维时，所述相变粉末是在50 320°C可发生固-液相变的粉末材料，以免纤维本身热降解损伤。本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的的相变功能复合毡的制备工艺，其特征在于将相变粉末均匀地撒在非织造毡上，通过同步抖动和加热控制，使进入非织造毡的相变粉末在不同的纤维层中熔融并粘附在非织造毡的耐高温纤维上，形成相变粉末呈自然梯度分布的相变功能复合毡。优选地，所述的相变功能复合毡的厚度为彡1_，平方米重量在彡80g/m2。本发明的另一个技术方案是提供了上述的的相变功能复合毡的应用，其特征在于所述相变功能复合毡可单独单层使用或多层使用，也可作为复合隔热材料的某一功能层使用；使用时，可以相变粉末分布多的一侧面向高温热源，从而达到快速激发限温和逐步吸热耗能延时升温的功效；亦可以将相变粉末分布少的一侧面向高温热源，可以达到逐步向内激发耗热降温并逐渐增强相变吸热量，以实现对人体或环境的智能高效防护。本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的相变功能复合毡的用途，其特征在于用于高温或强热流火场条件下的人体防护服和环境隔热材料。本发明提供的相变功能复合毡主要是通过将相变材料粉末分散并粘附在耐高温非织造毡内部的微小孔洞中，再加底布或不加底布复合而成，其中相变材料在非织造毡中呈梯度分布，充分利用高温相变材料的高吸收耗热性能，实现对火场等高温或高热环境的隔绝和耐久以及对人体的智能高效防护。
与现有技术相比，本发明包括如下优点I、相变功能复合毡为单层复合结构，相变材料在毡内呈梯度分布，高相变粉末含量面对火焰时，可快速感应激发消耗热能限温并逐步向内激发耗热限温；低相变粉末含量面对火焰时，能逐步向内激发耗热降温并逐渐增强相变耗热量，达到对高温或高热环境的热能耗散和逐步降温的绝热效果，是极为重要的智能、安全和高效的热防护基材。2、相变功能复合毡中的相变粉末是通过达到其相变温度点成为液体时，固定在毡中纤维上，可使相变粉末的分布状态稳定，从而克服相变粉末的移动、集聚引起的分布不勻，大大提闻吸热和隔热效能。3、由于下衬高密底布，可保证在单独使用时的增强和防止相变材料粉末的丢失。4、相变功能复合毡加工制备工艺简单，可实现毡耐高温、高热冲击和隔热的耐久性。 5、相变功能复合毡具有轻质、柔性、智能、高温热稳定性优良、可重复使用的特点可单独单层或多层使用，也可作为复合隔热材料的某一功能层使用，调节和改变隔热功能方便、快捷。
图I为相变功能复合毡的结构示意图；图2为制备工艺的流程图。
具体实施例方式为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。如图I所示，为本发明提供的一种相变功能复合毡，其特征在于包括由耐高温纤维制成的非织造毡1，在耐高温纤维上粘附有相变粉末2。本领域技术人员还可以根据需要，在非织造毡I的下部衬底布3。所述底布3是用与所述非织造毡相同的耐高温纤维或耐温性能更优的耐高温纤维制成；所述底布3为非织造布或为机织布，其密度要大于所述非织造毡1，以防止未粘附的所述相变粉末2丢失和增强所制成的相变功能复合毡。非织造毡I中的耐高温纤维为无机耐高温纤维，例如玻璃纤维或玄武岩纤维，或为任意一种芳香族耐高温纤维。当所述耐高温纤维为无机耐高温纤维时，所述相变粉末是在50 600°C可发生固-液相变的粉末材料，该粉末材料由无毒、无挥发和无腐蚀性的物质产生；当所述耐高温纤维为芳香族耐高温纤维时，所述相变粉末是在50 320°C可发生固-液相变的粉末材料，以免纤维本身热降解损伤。结合图2，本发明还提供了一种上述的相变功能复合毡的制备工艺，其特征在于将相变粉末2均匀地撒在非织造毡I上，通过同步抖动和加热控制，使进入非织造毡I的相变粉末2在不同的纤维层中熔融并粘附在非织造毡I的耐高温纤维上，形成相变粉末2呈自然梯度分布的相变功能复合毡。相变功能复合毡的厚度为> 1mm，平方米重量在> 80g/m2o在使用时，所述相变功能复合毡可单独单层使用或多层使用，也可作为复合隔热材料的某一功能层使用；使用时，可以相变粉末2分布多的一侧面向高温热源，从而达到快速激发限温和逐步吸热耗能延时升温的功效；亦可以将相变粉末2分布少的一侧面向高温热源，可以达到逐步向内激发耗热降温并逐渐增强相变吸热量，以实现对人体或环境的智能高效防护。下述具体实施例I 5是选择不同的纤维材料、相变粉末和底布，不同的厚度和平方米质量，实际制备本发明所述的相变功能复合毡，并对所得复合毡在不同高温条件下的内侧即反面限定最高温度及其持续最长时间进行实测，详见下表。实施例I采用本发明的相变功能复合毡的层次结构和如下表的材料，并采用本发明所述的制备方法所制得的相变功能复合毡，将其置于650°C高温热源条件下，实测的内侧即反面限·定的最高温度及其持续最长时间如下表实施例I栏所示。实际目测观察，表面完好无损，相变材料无熔融滴落，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。由此证明该变功能复合毡防火绝热性能稳定。实施例2采用本发明的相变功能复合毡的层次结构和如下表的材料，并采用本发明所述的制备方法所制得的相变功能复合毡，将其置于700°C高温热源条件下，实测的内侧即反面限定的最高温度及其持续最长时间如下表实施例I栏所示。实际目测观察，表面完好无损，相变材料无熔融滴落，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。由此证明该变功能复合毡绝热性能优良。实施例3采用本发明的相变功能复合毡的层次结构和如下表的材料，并采用本发明所述的制备方法所制得的相变功能复合毡，将其置于650°C高温热源条件下，实测的内侧即反面限定的最高温度及其持续最长时间如下表实施例I栏所示。实际目测观察，表面完好无损，相变材料无熔融滴落，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。由此证明该变功能复合毡绝热性能优良。实施例4采用本发明的相变功能复合毡的层次结构和如下表的材料，并采用本发明所述的制备方法所制得的相变功能复合毡，将其置于700°C高温热源条件下，实测的内侧即反面限定的最高温度及其持续最长时间如下表实施例I栏所示。实际目测观察，表面完好无损，相变材料无熔融滴落，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。由此证明该变功能复合毡绝热性能优良。实施例5采用本发明的相变功能复合毡的层次结构和如下表的材料，并采用本发明所述的制备方法所制得的相变功能复合毡，将其置于650°C高温热源条件下，实测的内侧即反面限定的最高温度及其持续最长时间如下表实施例I栏所示。实际目测观察，表面完好无损，相变材料无熔融滴落，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。由此证明该变功能复合毡绝热性能优良。
相变功能复合毡的构成和实际隔热效果表
权利要求
1.一种相变功能复合毡，其特征在于包括由耐高温纤维制成的非织造毡(1)，在耐高温纤维上粘附有相变粉末(2)。
2.如权利要求I所述的一种相变功能复合毡，其特征在于在所述非织造毡(I)的下部衬有底布(3)。
3.如权利要求2所述的一种相变功能复合毡，其特征在于所述底布(3)是用与所述非织造毡相同的耐高温纤维或耐温性能更优的耐高温纤维制成；所述底布(3)为非织造布或为机织布，其密度要大于所述非织造毡(I)，以防止未粘附的所述相变粉末(2)丢失和增强所制成的相变功能复合毡。
4.如权利要求I所述的一种相变功能复合毡，其特征在于所述耐高温纤维为无机耐高温纤维，或为芳香族耐高温纤维。
5.如权利要求4所述的一种相变功能复合毡，其特征在于所述无机耐高温纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维。
6.如权利要求4所述的一种相变功能复合毡，其特征在于当所述耐高温纤维为无机耐高温纤维时，所述相变粉末是在50 600°C可发生固-液相变的粉末材料，该粉末材料由无毒、无挥发和无腐蚀性的物质产生；当所述耐高温纤维为芳香族耐高温纤维时，所述相变粉末是在50 320°C可发生固-液相变的粉末材料，以免纤维本身热降解损伤。
7.—种如权利要求I所述的的相变功能复合毡的制备工艺，其特征在于将相变粉末(2)均匀地撒在非织造毡⑴上，通过同步抖动和加热控制，使进入非织造毡⑴的相变粉末(2)在不同的纤维层中熔融并粘附在非织造毡(I)的耐高温纤维上，形成相变粉末(2)呈自然梯度分布的相变功能复合毡。
8.如权利要求7所述的一种相变功能复合毡的制备工艺，其特征在于所述的相变功能复合租的厚度为≥1_，平方米重量在≥80g/m2。
9.一种如权利要求I所述的相变功能复合毡的应用，其特征在于所述相变功能复合毡可单独单层使用或多层使用，也可作为复合隔热材料的某一功能层使用；使用时，可以相变粉末(2)分布多的一侧面向高温热源，从而达到快速激发限温和逐步吸热耗能延时升温的功效；亦可以将相变粉末(2)分布少的一侧面向高温热源，可以达到逐步向内激发耗热降温并逐渐增强相变吸热量，以实现对人体或环境的智能高效防护。
10.一种如权利要求I所述的相变功能复合毡的用途，其特征在于用于高温或强热流火场条件下的人体防护服和环境隔热材料。
全文摘要
本发明涉及一种相变功能复合毡及制备工艺，该复合毡是由耐高温纤维非织造毡和粘附于纤维上的相变粉末或再加底布复合制得。其制备方法是将相变粉末均匀地撒在非织造毡上，通过同步抖动和加热控制，使进入非织造毡的相变粉末在不同的纤维层中熔融并粘附在纤维上，形成相变粉末呈自然梯度分布的复合毡。复合毡的厚度为≥1mm，平方米重量在≥80g/m2，可单独使用，也可作为复合隔热材料的某一层。由于该复合毡在火场高温高热作用时，其中相变材料可发生相变而大量吸热限温，起到良好的隔热和延时升温效果，可用于消防、军事、探险、安全逃生、工业等高温特殊场合的各体防护和环境隔热。
文档编号D06M23/00GK102787508SQ201210293198
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者于伟东, 杜赵群, 王鲁州, 郝立才 申请人:东华大学