专利名称：一种功能分担的三复合层层合的防火布、制备工艺及用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种人体或环境温度隔热与防护的轻薄柔性复合材料技木，尤其涉及一种功能分担的高效、智能、长效的复合防火织物，该复合防火织物的制备エ艺及应用，该复合防火织物是消防、军事、探险、エ业等特殊场合的人体防护和环境隔热的重要材料。
背景技术：
在明火火场等高温强热流环境中，热辐射是进行热交换的最重要方式。资料表明，由明火火源产生的热流除少部分(低于30% )对流外，多以电磁波形式传播的辐射热向四周散热。由于辐射热穿透力強，很容易造成人体烧伤或灼伤，因此火场中的辐射热防护一直是研究的重点问题。根据物理学辐射一反射机理，最有效的方法是采用表面反射结构层对织物表面进行金属或金属氧化物的涂层或层压，将火场中的辐射热尽可能多地反射。铝箔·由于其优良的辐射热反射性能和易加工性，在防火隔热领域得到较为广泛的应用。目前消防类热防护服的重点在于减少辐射热穿透，降低热传导，使防护服深层升温速度减慢，以确保消防人员在高温强辐射热流的火场环境中长时间工作而不受烧伤。故而，消防类热防护服不仅要表面具有高反射和耗热隔热功能，而且本身要耐火、耐高温、隔热，以实现对火源的高效隔绝和对人体的安全有效防护。对于表面具有热反射功能的消防类服装，近年来有较多的研究和专利。如消防员隔热防护服面料(专利号CN200920211471. I)由铝箔、PET聚酯膜和芳纶纤维平纹机织基布组成，其中铝箔为7 y m厚的压延铝箔。该发明取得良好的抗辐射热渗透效果，但由于厚度和PET聚酯膜熔点的限制，其热防护效果甚为有限。抗热辐射耐高温阻燃防护服面料(专利号CN200920309275.8)采用由内向外的耐热、阻燃织物纤维层、胶粘剂层和抗热辐射的防护层的复合结构，其中抗热辐射防护层为20 25 y m的聚酯镀铝膜。该发明的防护服面料具有较好的抗热辐射性，且质轻、耐高温、收缩率小，但聚酯镀铝膜耐高温性能有限。铝箔防火隔热手套(专利号CN201020276197.9)由耐焰层、隔热层和内里层组成的多层复合织物制成。其中耐焰层由铝箔层和以芳纶与抗静电棉按Rip stop规律混纺编织的织物层复合而成；隔热层采用永久性阻燃无纺布。手套降低了与热源接触的危险，增强了对高温的隔离防护。具有反射层、辐射层多重结构的隔热涂层织物(专利号CN201020253770. 4)，由基布和涂覆在基布上的隔热浆料制得，其中隔热浆料为辐射功能层和含中空玻璃微球的反射功能层的两层结构。涂层织物通过反射层的反射功能后再通过辐射层的辐射功能可实现良好的防火隔热效果，但耐高温性能有限且效能较低。消防服用阻燃相变隔热层织物(专利号CN201010233816. 0)，是将由50 90%的芳纶1313纤维、5 20%的碳纤维及0 30%的阻燃粘胶纤维组合而成的非织造纤维毡浸入制得的阻燃相变燃微胶囊工作液中，经ニ浸ニ轧エ艺加工制备而成。所得织物虽具有较好的阻燃和调温性能，但由于相变微胶囊的限制难于在高温火场环境下使用。抗光热辐射纳米复合织物涂层材料(专利号CN200910181069. 8)，通过特殊エ艺可在织物表面形成陶瓷光热反射层，纳米钛化合物反射层及稳定层，起到对近红外线与可见光进行反射。测试结果表明复合纳米织物涂层能够反光热辐射可达81%以上。可拒油、耐洗涤的轻薄型消防服面料及消防服(专利号CN201110285062. 8)，从外至内，依次为由间位芳纶、对位芳纶、聚酰胺纤维和防静电纤维制得的阻燃外层、中间拒油耐洗层、防水透气层和隔热层以及内部舒适层，经缝合线缝制而成。面料虽有较好的阻燃合防静电性能，但在高温火场实际使用时仍会较快导致人员烧伤、灼伤。隔热复合膜(专利号CN200510024710. 9)是本专利申请人以前的发明专利，采用由高强低导热系数的高聚物基膜、高反射性能的金属层、高隔热性的氧化金属层和低导热性可热粘合的高聚物外覆膜复合而成的结构实现高低温环境下(-150 200°C)的高效、轻质、柔性多功能热防护，但该专利只是解决隔热。隔热保温柔软薄型复合织物(专利号CN200410066650. 2)也是本专利申请人以前的发明专利，一面采用耐高、低温的高性能的涂层织物，另一面采用柔软、舒适、防霜、防·凝露的涂层织物，中间采用多层隔热的高聚物与金属复合膜构成的复合织物，多层复合间可带厚度、尺寸稳定的衬网织物，实现一面可承受高温、低温或高、低温复合作用，一面保持5 35°C近室温状态；本发明的复合织物的自然厚度在3 12mm，平方米重量在150 550g/m2，可实现-130 120°C条件下的隔热与防护。虽适用广泛，但隔热效果有限。该专利不是防火用途，并且既无明火高热放射层，也无相变吸热层。以上专利技术所制得热防护织物或服装虽然具有良好的抗辐射热穿透性能，但在实际应用中，由于受到铝箔聚合物基体和导热性能的限制，人体在800°c的高温火场实际穿着使用中仍会在极短时间发生烧伤或灼伤。
发明内容
本发明的ー个目的是提供ー种集反射隔热、换能耗热和绝热舒适等功能分担的三复合层层合的防火布。本发明的另ー个目的是提供一种上述的三复合层层合防火布的制备方法。本发明的另ー个目的是提供一种上述的三复合层层合防火布的应用。为了达到上述目的，本发明的原理是通过功能分担且有方向性的反射隔热层、耗热限温层和绝热舒适层三者的复合层合而成的复合结构及其复合方式，实现防火绝热的功能分解分担和耗散。其中，以高反射率的金属箔为主的反射隔热层实现对明火强热流环境大部辐射热的反射和对高温气流的完全隔绝；以吸热换能相变材料为主的耗热限温层实现对织物内部滲透辐射热和传导热的耗散隔绝；以绝热舒适层实现对剩余热量的隔绝和保证人体接触的舒适，并保持近人体皮肤的< 50°C的安全温度。三复合层层合防火布具有轻质、柔性、高温热稳定性和辐射热防护性能优良、可重复使用等特点。本发明的ー个具体技术方案是提供了 ー种功能分担的三复合层层合的防火布，其特征在干由外向内依次由以下各功能结构层组成起辐射热高反射和气流隔绝作用的反射隔热层、起吸热换能作用的含相变材料的耗热限温层和起热隔绝与舒适作用的绝热舒适层。优选地，所述反射隔热层由高反射率的金属箔和耐高温纤维增强底布复合而成；所述耗热限温层由耐高温非织造毡、在200 400°C发生相变的固-液相变材料和防漏底布复合加工而成；所述绝热舒适层由复合铝膜、空气隔层和舒适底布由外向内依次层合而成。
优选地，所述金属箔为厚度为5 10 y m的纯铝箔或铝合金箔；所述耐高温纤维增强底布由玄武岩纤维或玻璃纤维制得，用于所述金属箔的增强、稳定和平整；所述耐高温非织造毡由耐高温纤维制成，用于所述固-液相变材料的附着固定；所述固-液相变材料用于对传导至织物内部热量的吸收和耗散；所述防漏底布用于防止相变粉末在加工和使用中的泄漏以及防火布的第二道增强作用层；所述复合铝膜为由光滑表面高聚物膜、镀铝层和粗糙表面高聚物膜三层复合而成的复合膜；所述空气隔层为经编网支撑形成；所述舒适底布为阻燃棉或阻燃涤纶布。优选地，所述耐高温纤维为玻璃纤维或芳纶纤維。优选地,该防火布的自然厚度为5 15mm,实际压紧厚度为3 IOmm ;平方米重量在 450 1500g/m2 ；优选地，所述反射隔热层的平方米重量< 250g/m2 ;所述耗热限温层的厚度< 4mm，平方米重量< 500g/m2 ;所述绝热舒适层的厚度< 2mm，平方米重量< 250g/m2。
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本发明的另ー个技术方案是提供了ー种上述的功能分担的三复合层层合的防火布的制备エ艺，其特征在干先经过高温粘结剂粘结或缝合的方式形成反射隔热层、耗热限温层和绝热舒适层，再将反射隔热层、耗热限温层和绝热舒适层通过高温粘结剂粘结或缝合的方式复合层合成形。本发明的另ー个技术方案是提供了ー种上述的功能分担的三复合层层合的防火布的应用，其特征在于用于高温强辐射热流火场环境条件下使用的人体防护和隔热材料。防火布的使用具有方向性，其面向热源的次序为面向火焰的高反射率金属箔为主的反射隔热层、当中的高吸热换能相变材料为主的耗热限温层和接触人体的高隔热反热复合膜为主的绝热舒适层，由此三复合层构成高效、轻质、柔性的防火绝热体系并实现对人体的高效安全防护。与现有技术相比，本发明具有如下优点I、防火布为功能分担的三复合层合复合结构，集反射隔热、耗热隔热和绝热舒适等功能于一体，可在高温强热流火场环境下实现对人体的安全有效防护；2、防火布功能合理、完整反射隔热层、耗热限温层和绝热舒适层等各功能结构层对火场的高温强热流实现合理的分解和分担；3、防火布为轻薄、柔性材料，且加工简单，可用于火场、战场等抢险救生环境的服装，也可用于航空航天防护材料。
图I是功能分担的三复合层层合的防火布的层状结构示意图。图中I-反射隔热层，面向明火源，其中包括11-金属箱，12-增强底布；2-耗热限温层，其包括21-非织造毡，22-相变粉末，23-防漏底布；3-绝热舒适层，其包括31-复合铝膜，32-空气隔层，33-舒适底布。
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，本发明提供了一种功能分担的三复合层层合的防火布，其由外向内依次由以下各功能结构层组成起辐射热高反射和气流隔绝作用的反射隔热层I、起吸热换能作用的含相变材料的耗热限温层2和起热隔绝与舒适作用的绝热舒适层3。该防火布的自然厚度为5 15mm，实际压紧厚度为3 IOmm ;平方米重量在450 1500g/m2。更为优选的方案是反射隔热层I的平方米重量< 250g/m2 ;所述耗热限温层2的厚度< 4mm，平方米重量彡500g/m2 ;所述绝热舒适层3的厚度彡2mm，平方米重量彡250g/m2。反射隔热层I由高反射率的金属箔11和耐高温纤维增强底布12复合而成。金属箔11为厚度为5 IOym的纯铝箔或铝合金箔，对火场高温强辐射热流环境的光、热辐射具有优良的反射性能和气流隔绝性能。耐高温纤维增强底布12的温度适应性为室温 800°C，由玄武岩纤维或玻璃纤维制得，用于金属箔11的增强、稳定和平整。增强保证材料·受勾挂、刺扎时不易破坏，使整个防火织物功能不失效；稳定和平整保证金属箔11的高反射效率和直接反射功能，避免光在金属箔11上的多次反射而发生吸收增强热能负担现象。耗热限温层2由耐高温非织造毡21、在200 400°C发生相变的固-液相变材料22和防漏底布23复合加工而成。耐高温非织造毡21由耐高温纤维制成，在耐高温纤维的表面和内部含有大量的微小孔洞，用于固-液相变材料22的附着固定。耐高温纤维为玻璃纤维或芳纶纤维等。固-液相变材料22用于对传导至织物内部热量的吸收和耗散。防漏底布23用于防止相变粉末在加工和使用中的泄漏以及防火布的第二道增强作用层，以保证吸热耗热功能的存在和防火布的防刺扎、勾挂的破坏，以使防火布在火场抢险的复杂环境中不至于破坏失效而危及施救人员的安全。绝热舒适层3由复合铝膜31、空气隔层32和舒适底布33由外向内依次层合而成。复合铝膜31为由光滑表面高聚物膜、镀铝层和粗糙表面高聚物膜三层复合而成的复合膜，详见专利隔热复合膜(专利号CN200510024710.9);空气隔层32为经编网支撑形成，以保证空气层不因弯曲和压缩而消失，影响隔热效果，详见专利隔热保温柔软薄型复合织物(专利号CN200410066650. 2);舒适底布33为阻燃棉或阻燃涤纶布，能够很好地吸湿与低热传导，又能耐热和不燃，以保持穿着的舒适与安全。本发明还提供了ー种上述三复合层层合的防火布的制备エ艺，其步骤为先经过高温粘结剂粘结或缝合的方式形成反射隔热层I、耗热限温层2和绝热舒适层3，再将反射隔热层I、耗热限温层2和绝热舒适层3通过高温粘结剂粘结或缝合的方式复合层合成形。实施例一采用本发明的功能分担的三复合层层合的防火布。其中反射隔热层采用6 的金属铝箔(平方米重量为15. 7g/m2)和玄武岩纤维增强底布(厚度为0. 26mm，平方米重量为212. 8g/m2)经粘合剂复合而成；耗热限温层的自然厚度为2. 32mm，平方米重量为318. 2g/m2 ;绝热舒适层自然厚度为0.59mm，平方米重量为194. 6g/m2。最終制得的防火布的压紧厚度为2. 76mm，平方米重量为821. 5g/m2，其外侧在1000°C的明火高温强热流环境下持续8min,可保持内侧温度在45°C以下。实施例ニ
采用本发明的功能分担的三复合层层合的防火布。其中反射隔热层采用9 的金属铝箔(平方米重量为20. 4g/m2)和玻璃纤维增强底布(厚度为0. 23mm，平方米重量为196. 9g/m2)经粘合剂复合而成；耗热限温层的自然厚度为2. 51mm，平方米重量为325. Ig/m2 ;绝热舒适层自然厚度为0.52mm，平方米重量为188. 3g/m2。最終制得的防火布的压紧厚度为2. 84mm，平方米重量为803. 6g/m2，其外侧在800°C的明火高温强热流环境下持续lOmin，可保持内侧温度在50°C以下。·
权利要求
1.一种功能分担的三复合层层合的防火布，其特征在于由外向内依次由以下各功能结构层组成起辐射热高反射和气流隔绝作用的反射隔热层(I)、起吸热换能作用的含相变材料的耗热限温层(2)和起热隔绝与舒适作用的绝热舒适层(3)。
2.如权利要求I所述的一种功能分担的三复合层层合的防火布，其特征在于所述反射隔热层(I)由高反射率的金属箔(11)和耐高温纤维增强底布(12)复合而成；所述耗热限温层(2)由耐高温非织造毡(21)、在200 400°C发生相变的固-液相变材料(22)和防漏底布(23)复合加工而成；所述绝热舒适层(3)由复合铝膜(31)、空气隔层(32)和舒适底布(33)由外向内依次层合而成。
3.如权利要求2所述的一种功能分担的三复合层层合的防火布，其特征在于所述金属箔(11)为厚度为5 10 的纯铝箔或铝合金箔；所述耐高温纤维增强底布(12)由玄武岩纤维或玻璃纤维制得，用于所述金属箔(11)的增强、稳定和平整；所述耐高温非织造毡(21)由耐高温纤维制成，用于所述固-液相变材料(22)的附着固定；所述固-液相变材料(22)用于对传导至织物内部热量的吸收和耗散；所述防漏底布(23)用于防止相变粉末在加工和使用中的泄漏以及防火布的第二道增强作用层；所述复合铝膜(31)为由光滑表面高聚物膜、镀铝层和粗糙表面高聚物膜三层复合而成的复合膜；所述空气隔层(32)为经编网支撑形成；所述舒适底布(33)为阻燃棉或阻燃涤纶布。
4.如权利要求3所述的一种功能分担的三复合层层合的防火布，其特征在于所述耐高温纤维为玻璃纤维或芳纶纤维。
5.如权利要求I所述的一种功能分担的三复合层层合的防火布，其特征在于该防火布的自然厚度为5 15mm，实际压紧厚度为3 IOmm ;平方米重量在450 1500g/m2。
6.如权利要求I所述的一种功能分担的三复合层层合的防火布，其特征在于所述反射隔热层(I)的平方米重量< 250g/m2;所述耗热限温层(2)的厚度< 4mm，平方米重量(500g/m2 ;所述绝热舒适层(3)的厚度彡2mm,平方米重量彡250g/m2。
7.—种如权利要求I所述的功能分担的三复合层层合的防火布的制备工艺，其特征在于先经过高温粘结剂粘结或缝合的方式形成反射隔热层(I)、耗热限温层(2)和绝热舒适层(3)，再将反射隔热层(I)、耗热限温层(2)和绝热舒适层(3)通过高温粘结剂粘结或缝合的方式复合层合成形。
8.—种如权利要求I所述的功能分担的三复合层层合的防火布的应用，其特征在于用于高温强辐射热流火场环境条件下使用的人体防护和隔热材料。
全文摘要
本发明涉及一种功能分担的三复合层层合的防火布、制备工艺及用途，该防火布是由面向火焰的高反射率金属箔为主的反射隔热层、当中的高吸热换能相变材料为主的耗热限温层和接触人体的高隔热反热复合膜为主的绝热舒适层构成。反射隔热层可将明火强热流环境的辐射热大部反射隔绝；吸热限温层通过相变材料的相变换能截止温度与吸热耗能；绝热舒适层通过多层复合膜的隔热反热和内衬阻燃舒适底布实现绝热与舒适。三层均为复合层，经完全密闭地缝制、粘合成复合结构的防火布。其自然厚度为5～15mm，压紧厚度为3～10mm；平方米重量在450～1500g/m2。可用于消防、军事、探险、工业等高辐射热特殊场合的人体防护和环境隔热。
文档编号B32B15/20GK102785432SQ20121029269
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, 王科, 王鲁州, 郝立才, 陈金静 申请人:东华大学