CN102785426B

CN102785426B - 金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物、制备方法及用途

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Publication number: CN102785426B
Application number: CN201210293428.0A
Authority: CN
Inventors: 于伟东; 陈金静; 郝立才; 杜赵群; 王科; 王鲁州
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2032-08-16
Also published as: CN102785426A

Abstract

本发明涉及一种金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物、制备方法及用途，该复合膜织物是由正面的金属涂层热反射层、相变限温层、金属丝间隔复合膜隔热层和反面的阻燃织物层依次排列层合构成。当该复合膜织物的正面受明火强热流环境作用时，其反面能保持50℃以下近人体皮肤安全温度状态，且织物整体结构形态和力学性能稳定。该复合膜织物的自然厚度为5～15mm，压紧厚度为3～8mm；平方米质量在450～1500g/m²，为完全密闭粘合、缝制的防火隔热面料。该复合膜织物可用于消防、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。

Description

金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物、制备方法及用途

技术领域

本发明涉及一种人体或环境温度隔热与防护的轻薄柔性复合材料技术，尤其涉及一种金属丝格栅衬的热量分散消耗与增强、相变材料的高效与智能、多层复合的轻质与长时间防明火绝热多级复合膜织物及其制备方法，是消防、军事、探险、安全逃生、工业等特殊场合的各体防护和环境隔热的重要材料。

背景技术

火灾与特殊场合(探险、明火高温施工、空间技术、战争)均存在防火和隔热的要求，因此防火绝热织物的开发与应用一直是研究热点问题。火场热环境中存在着很多潜在的危险：火场的高温环境，尤其是辐射热对人体的烧伤危险；防护装备器具被火焰引燃以及接触高温物体表面引起高速热传导，造成人体烧伤的危险；火场中的热量如超过人体生理正常平衡过程的承受能力，会造成从轻微伤害至死亡的危险等。资料表明，当人体皮肤的热流密度达到2.68J/cm²，即皮肤温度达到45℃时，人就会有灼痛感；当热流密度增大到5.02J/cm²，即人体皮肤温度达72℃时，就会造成皮肤的二度烧伤。因此消防类热防护材料不仅要轻质、柔软和无移动障碍，而且本身要耐火、耐高温、隔热，以实现对火源或热源的高效隔绝和对人体的安全有效防护。

对于消防类热防护材料，近年来有较多的研究和专利。如阻燃隔热耐冲击消防服(专利号CN201010587913.X)由外至内采用阻燃层、隔热层、气囊层和内层的复合结构；其中气囊层为纳米级微孔聚四氟乙烯薄膜材料，作为增强隔热功能层。此发明气囊层未充气时厚度为1mm，充气后的厚度为2～3cm，利用气体层实现阻燃隔热；气体可在几分钟内通过纳米微孔散发到空气中，从而实现气囊的重复使用。气囊层的使用减少了消防服的重量，节省了成本，但需配备气瓶，给消防员的抢险造成负担。

轻薄型消防员灭火防护服用复合面料(专利号CN200710039117.0)和阻燃、隔热、防水、透气并穿着舒适的消防服用面料(专利号CN03116869.8)均由阻燃层、防水透气层、隔热层和舒适层经绗缝等缝合方式组合而成。两发明所得织物的整体热防护性能(TPP)分别为34和30.7cal/cm²。两发明面料可实现消防员的近火作战，但辐射热防护效果欠佳。

消防员隔热防护服面料(专利号CN200920211471.1)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7μm厚的压延铝箔；该发明取得良好的辐射热发射效果，但由于厚度的限制，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20～25μm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。

可降温多层结构消防员防护服装(专利号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；该发明可有效降低消防员穿着防护服进行长时间作业时产生的生理热应激，但重量偏高、运动限制较大。

火灾安全防护服面料(专利号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℃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的相变温度太低，吸热延时效果有限。

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，经二浸二轧工艺加工制备而成。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。

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(-150～120℃)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)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℃近室温状态；本发明的复合织物的自然厚度在3～12mm，平方米质量在150～550g/m²，可实现-130～120℃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。

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。

以上专利技术所制得的热防护织物或服装虽然具有良好的防火绝热效果，但在实际应用中，热防护织物或服装存在耐火焰冲击性能较弱以及火场中停顿时间较短的问题，人体在高温火场穿着使用时在几秒到几十秒内就会发生烧伤或灼伤，其本质是纺织材料面对火场强热流环境的热隔绝性和高温耐久性不足。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有较佳热隔绝性和高温耐久性的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物。本发明的另一个目的是提供一种上述金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的制备方法及用途。

为了达到上述目的，本发明的原理是通过表层耐高温和高辐射反射的金属涂层热反射层，内层耗热限温的相变限温层，到金属丝间隔复合膜的高效隔热层及最内层的阻燃舒适型织物，形成逐层功能分担和多元耗散的方式，制得阶梯降温、高效绝热、柔性轻质的复合膜织物；同时，在金属涂层热反射层和金属丝间隔复合膜隔热层引入金属长丝，形成热量快速扩散分布的途径，实现快速降温、吸热换能、化解热量集中与冲击作用。

本发明的一个具体技术方案是提供了一种金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，其特征在于：包括由明火源所在方向至人体所在方向依次层叠复合的对辐射热具有高反射及扩散作用的金属涂层热反射层、起吸热耗能阶梯限温作用的相变限温层、起热隔绝作用的金属丝间隔复合膜隔热层和与人体接触舒适的阻燃织物层。

优选地，所述金属涂层热反射层由位于最外表层的耐高温的金属涂层和位于次层的掺有金属丝的耐高温机织物复合而成；

金属涂层为厚度为1～10μm的铝粉层、银粉层、或金粉层中的一种；

耐高温机织物为玻璃纤维或玄武岩纤维并间隔织入金属丝制成的机织物；

金属丝为不锈钢丝或铜丝，以增加热量的扩散与均布，金属丝与玻璃纤维或玄武岩纤维的混合比为1～10％。

优选地，所述相变限温层由耐高温纤维毡、粘附在耐高温纤维毡中的且在200～500℃可发生固-液相变的相变粉末和防止相变粉末泄漏的基布复合加工而成；

耐高温纤维毡中的耐高温纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维中的一种；

基布为由耐高温的玄武岩纤维或玻璃纤维制得的机织布。

优选地，所述金属丝间隔复合膜隔热层由3～20层镀金属高聚物膜和压粘在镀金属高聚物膜一面或两面的平行金属丝层合的多层膜层合而成，所述金属丝间隔复合膜隔热层与所述阻燃织物层相缝合固定；

镀金属高聚物膜为涤纶、聚酰亚胺或锦纶高聚物基的镀铝、镀铝合金或镀金的薄膜；

平行金属丝为不锈钢丝、铜丝、或镀金高聚物长丝中的一种。

优选地，所述平行金属丝间的间距为3～30mm；所述的镀金属高聚物膜为三层结构，即包括镀金属层，镀金属层被第一高聚物层及第二高聚物层所夹持；所述平行金属丝可相互平行、正交或菱形相对地或相隔地层合，以改变热扩散及热耗散性。

优选地，所述阻燃织物层为阻燃棉织物、阻燃涤纶织物、或Nomex纤维织物中的一种。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的制备方法，其特征在于：采用缝合或粘结的方式将金属涂层热反射层、相变限温层、金属丝间隔复合膜隔热层及阻燃织物层层合加工而成，加工后的复合膜织物的自然厚度为5～15mm，实际压紧厚度为3～8mm，平方米质量在450～1500g/m²。

优选地，所述相变限温层与所述金属丝间隔复合膜隔热层之和的自然厚度≤14mm，平方米质量≤1100g/m²。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的应用，其特征在于：适用于高温强热流火场环境条件下使用的隔热防护材料。

本发明针对高温火场环境(800～1000℃)下的应用需求，遵循合理选材、功能分担、层层防护、多元耗散、逐级降温的原则，对复合织物进行功能性结构设计，并对高性能热反射材料、高温相变材料、金属丝和耐高温纤维材料等功能性材料进行筛选和组合，制得金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，有效减少了火场强辐射热的穿透，并降低了热传导，使防护服深层升温速度减慢，实现对人体的高效防护。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、复合膜织物为多层复合结构，加强了对高温火场环境的功能分担、层层隔绝、多元耗散和逐级降温的隔热能力，实现对人体或环境的安全有效防护。

2、着重加强了表面热反射层和内部金属丝间隔复合隔热层的快速热扩散，其一将光、热辐射源产生的辐射热的大部分反射掉，以减轻后续热耗散的负担；其二将进入热量快速扩散到未受热区，以减少受热域的热量集中与冲击，这是由两功能层中掺杂的金属丝实现的。

3、复合膜织物的各功能结构层内及层与层间形成的静止空气层，尤其是金属丝间隔复合隔热层所形成的静止空气层，可实现对热辐射、热对流和热传导的多功能高效隔绝。

4、该复合膜织物具有更为高效和安全，更为轻薄和柔软，更易调整结构和成形加工的特点。

附图说明

图1是金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的结构示意图；

图2是双面金属丝间隔复合膜隔热层的结构示意图。

图中：

1-金属涂层热反射层，面向明火源，其包括11-金属涂层，12-耐高温机织物，13-金属丝；

2-相变限温层，其包括21-耐高温纤维毡，22-相变粉末(200～500℃)，23-基布；

3-金属丝间隔复合膜隔热层，其包括31-镀金属高聚物膜，32-平行金属丝，31a-第一高聚物层、31c-第二高聚物层，31b-镀金属层；

4-阻燃织物层，即靠近人体的阻燃织物。

具体实施方式

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1所示，本发明提供的一种金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，包括由明火源所在方向至人体所在方向依次层叠复合的对辐射热具有高反射及扩散作用的金属涂层热反射层1、起吸热耗能阶梯限温作用的相变限温层2、起热隔绝作用的金属丝间隔复合膜隔热层3和与人体接触舒适的阻燃织物层4。

金属涂层热反射层1由位于最外表层的耐高温的金属涂层11和位于次层的掺有金属丝13的耐高温机织物12复合而成；金属涂层11为厚度为1～10μm的铝粉层、银粉层、或金粉层中的一种；耐高温机织物12为玻璃纤维或玄武岩纤维并间隔织入金属丝13制成的机织物；金属丝13为不锈钢丝或铜丝，以增加热量的扩散与均布，金属丝与玻璃纤维或玄武岩纤维的混合比为1～10％。

所述相变限温层2由耐高温纤维毡21、粘附在耐高温纤维毡21中的且在200～500℃可发生固-液相变的相变粉末22和防止相变粉末22泄漏的基布23复合加工而成；耐高温纤维毡21中的耐高温纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维中的一种；基布23为由耐高温的玄武岩纤维或玻璃纤维制得的机织布。

所述金属丝间隔复合膜隔热层3由3～20层镀金属高聚物膜31和压粘在镀金属高聚物膜31一面或两面的平行金属丝32层合的多层膜层合而成，所述金属丝间隔复合膜隔热层3与所述阻燃织物层4相缝合固定；镀金属高聚物膜31为涤纶、聚酰亚胺或锦纶高聚物基的镀铝、镀铝合金或镀金的薄膜；平行金属丝32为不锈钢丝、铜丝、或镀金高聚物长丝中的一种。

结合图2，所述平行金属丝32间的间距为3～30mm；所述的镀金属高聚物膜31为三层结构，即包括镀金属层31b，镀金属层31b被第一高聚物层31a及第二高聚物层31c所夹持；所述平行金属丝32可相互平行、正交或菱形相对地或相隔地层合，以改变热扩散及热耗散性。

所述阻燃织物层4为阻燃棉织物、阻燃涤纶织物、或Nomex纤维织物中的一种。

本发明还提供了一种上述的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的制备方法，其步骤为：将除金属涂层热反射层1的金属涂层11外的金属涂层热反射层1、相变限温层2、金属丝间隔复合膜隔热层3及阻燃织物层4先行缝合固定后，再将金属涂层11均匀涂敷于正面而制得，加工后的复合膜织物的自然厚度为5～15mm，实际压紧厚度为3～8mm，平方米质量在450～1500g/m²。

更为优选地，所述相变限温层2与所述金属丝间隔复合膜隔热层3之和的自然厚度≤14mm，平方米质量≤1100g/m²。

下述具体实施例1～4是选择不同的金属涂层、纤维材料、金属丝、镀金属高聚物膜材料、相变粉末、阻燃织物，不同的自然厚度、压紧厚度、平方米质量，实际制备本发明所述的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，并对所得复合膜织物在不同的火场及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。同时，对经受火焰和高温作用后的复合膜织物作外观评价和第二次重复试验的测量和外观评价，结果详见下表及以下表述。

实施例1

采用本发明的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的四层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金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，将其置于800℃火场条件下，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1栏所示。实际目测观察，表面完好无损，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。待冷却后，再次放入同样火场条件，所得的第二次处理时的限定最高温度及其持续最长时间见下表所示，说明无变化；且再次实测观察，该复合膜织物表面完好无损，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。由此证明该复合膜织物防火绝热性能稳定，可多次使用。

实施例2

采用本发明的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的四层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金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，将其置于1000℃火场条件下，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2栏所示。实际目测观察，表面完好无损，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。待冷却后，再次放入同样火场条件，所得的第二次处理时的限定最高温度及其持续最长时间见下表所示，说明无变化，持续最长时间还略呈增加，是材料的膨松化所致；且再次实测观察，该复合膜织物表面完好无损，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。由此证明该复合膜织物防火绝热性能稳定，可多次使用。

实施例3

采用本发明的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的四层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金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，将其置于9000火场条件下，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3栏所示。实际目测观察，表面完好无损，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。待冷却后，再次放入同样火场条件，所得的第二次处理时的限定最高温度及其持续最长时间见下表所示，说明无变化，持续最长时间还略呈增加，是材料的膨松化所致；且实再次实测观察，该复合膜织物表面完好无损，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。由此证明该复合膜织物防火绝热性能稳定，可多次使用。

实施例4

采用本发明的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的四层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金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，将其置于1000℃火场条件下，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4栏所示，为四种样品中防火绝热指标最优的，主要是相变限温层相变粉末量和金属丝间隔复合膜隔热层的层数选择得当。实际目测观察，表面完好无损，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。待冷却后，再次放入同样火场条件，所得的第二次处理时的限定最高温度及其持续最长时间见下表所示，说明无变化，持续最长时间还略呈增加，是材料的膨松化所致；且再次实测观察，该复合膜织物表面完好无损，揉搓和弯折无明显脆化点或裂纹。由此证明该复合膜织物防火绝热性能稳定，可多次使用。

金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的构成、结构参数与实测结果

Claims

1.一种金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，其特征在于：包括由明火源所在方向至人体所在方向依次层叠复合的对辐射热具有高反射及扩散作用的金属涂层热反射层（1）、起吸热耗能阶梯限温作用的相变限温层（2）、起热隔绝作用的金属丝间隔复合膜隔热层（3）和与人体接触舒适的阻燃织物层（4）；

所述相变限温层（2）由耐高温纤维毡（21）、粘附在耐高温纤维毡（21）中的且在200～500℃可发生固-液相变的相变粉末（22）和防止相变粉末（22）泄漏的基布（23）复合加工而成；

耐高温纤维毡（21）中的耐高温纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维中的一种；

基布（23）为由耐高温的玄武岩纤维或玻璃纤维制得的机织布。

2.如权利要求1所述的一种金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，其特征在于：所述金属涂层热反射层（1）由位于最外表层的耐高温的金属涂层（11）和位于次层的掺有金属丝（13）的耐高温机织物（12）复合而成；

金属涂层（11）为厚度为1～10μm的铝粉层、银粉层、或金粉层中的一种；

耐高温机织物（12）为玻璃纤维或玄武岩纤维并间隔织入金属丝（13）制成的机织物；

金属丝（13）为不锈钢丝或铜丝，以增加热量的扩散与均布，金属丝（13）与玻璃纤维或玄武岩纤维的混合比为1~10%。

3.如权利要求1所述的一种金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，其特征在于：所述金属丝间隔复合膜隔热层（3）由3~20层镀金属高聚物膜（31）和压粘在镀金属高聚物膜（31）一面或两面的平行金属丝（32）层合的多层膜层合而成，所述金属丝间隔复合膜隔热层（3）与所述阻燃织物层（4）相缝合固定；

镀金属高聚物膜（31）为涤纶、聚酰亚胺或锦纶高聚物基的镀铝、镀铝合金或镀金的薄膜；

平行金属丝（32）为不锈钢丝、铜丝、或镀金高聚物长丝中的一种。

4.如权利要求3所述的一种金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，其特征在于：所述平行金属丝（32）间的间距为3~30mm；所述的镀金属高聚物膜（31）为三层结构，即包括镀金属层（31b），镀金属层（31b）被第一高聚物层（31a）及第二高聚物层（31c）所夹持；所述平行金属丝（32）可相互平行、正交或菱形相对地或相隔地层合，以改变热扩散及热耗散性。

5.如权利要求1所述的一种金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物，其特征在于：所述阻燃织物层（4）为阻燃棉织物、阻燃涤纶织物、或Nomex纤维织物中的一种。

6.一种如权利要求1所述的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的制备方法，其特征在于：采用缝合或粘结的方式将金属涂层热反射层（1）、相变限温层（2）、金属丝间隔复合膜隔热层（3）及阻燃织物层（4）层合加工而成，加工后的复合膜织物的自然厚度为5～15mm，实际压紧厚度为3～8mm，平方米质量在450～1500g/m²。

7.如权利要求6所述的一种金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的制备方法，其特征在于：所述相变限温层（2）与所述金属丝间隔复合膜隔热层（3）之和的自然厚度≤14mm，平方米质量≤1100 g/m²。

8.一种如权利要求1所述的金属丝格栅衬多层隔热复合膜织物的应用，其特征在于：适用于高温强热流火场环境条件下使用的隔热防护材料。