CN102815047A - 一种纤维网间隔的隔热复合膜及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纤维网间隔的隔热复合膜及其用途，该隔热复合膜是由2～20层的镀金属高聚物复合膜和其层间掺或不掺金属短纤维的间隔纤维网层合而成。其特征在于隔热复合膜为一面可承受-250～250℃的高或低温作用，一面保持5～40℃常态温度的多层复合隔热、保暖结构材料，其自然厚度为4～20mm，实际压紧厚度为1～5mm；平方米质量在40～600g/m²，为完全密闭、粘合或缝制的隔热、保暖、柔软的层合隔热复合膜。可单独或与其他材料复合用于消防、军事、探险、工业等高、低温场合的人体防护和环境隔热。

Description

一种纤维网间隔的隔热复合膜及其用途

技术领域

本发明涉及人体或环境温度隔热与防护的轻薄柔性复合膜材料技术，尤其涉及一种纤维网间隔的隔热复合膜，该隔热复合膜可适用于消防、军事、探险、工业等高、低温场合特殊场合的人体防护和环境隔热。

背景技术

温场条件下的人体防护是防护材料研究中最基本的内容，大多高性能柔性防护材料的研究与专利也起始于一般的高或低温环境(温度在-250℃～250℃，如太空中的冷与辐射热环境，极地或火山探险等活动中的冷、或热环境，工业加工车间的高或低温环境)的特殊场合。

由于膜结构材料的柔韧性好、重量轻、可复合性强，可以将刚性变为柔性的特征，可以高效并有针对性地利用材料，因此近些年来，在此领域中的新材料、新技术、新工艺不断出现，相关的基础性和应用基础性研究亦多有进行，这极大地拓展了膜材料在高、低温等苛刻条件下的适用性与使用。

以往性能单一与低下的单层聚合物膜已较多地被多层或多层复合膜替代。多层复合膜能充分利用其各层的特点，控制层间的作用与功能，弥补各自的缺点，从而得到设计或应用所需的功能和结构。

高、低温环境下使用的柔性材料首先要解决对高、低温(-250℃～250℃)条件的承受能力；然而在此苛刻条件下，高聚物柔性材料极易发生疲劳和破坏。当高温时，材料会热降解、无序化和软化，由此使材料结构变化，产生疲劳；当低温时，材料变脆、断裂。因此在该环境下对防护材料提出了极高的要求。其一防护材料必须耐高温和低温；其二要有很好的反射和隔绝热辐射功能；其三在高、低温环境中保持原有性状。

对高、低温条件下应用的柔性隔热膜材料，近年来有较多的专利和研究。中国空间技术研究院江经善研究员在宇航材料工艺(2000，30(4))发表的论文“多层隔热材料及其在航天器上的应用”中，采用多层双面镀铝聚酯薄膜分别间隔疏松纤维制品(如纤维纸、纤维毡、纤维布等)和涤纶网复合制得多层隔热材料，作为航天器表面的多层隔热材料，以应对航天器表面正对太阳光的+200℃以上的高温和背对太阳光低至-200℃以下的低温。所得多层隔热材料一般能实现从23℃到-196℃的温差降，虽具有良好的隔热性能，但使用温度范围还较为有限。

隔热复合膜(专利申请号CN201120138328.1)由改性聚乙烯或聚酯支撑保护层、聚氨酯第一粘合层、铝膜层、聚氨酯第二粘合层及背面保护层粘结复合而成，作为建筑用隔热材料使用，但使用温度仅限于50℃左右，不适宜在低温或更高温度下使用。环保型隔热复合膜(专利申请号CN200420021118.4)由牛皮纸层、复合气泡层、反光层从上至下依次叠放复合而成；牛皮纸表面粗糙，易于与建筑物等表面粘合；复合气泡层气泡内的空气不能与外界气体形成对流，而且反光层可将太阳光反射回去，因而复合膜具有有效的防辐射、隔热作用。该专利也是作为建筑用隔热材料使用，不适宜在低温或更高温度下使用。保温隔热复合膜(专利申请号CN200920027882.5)由上下两层表面膜和中间的隔热填充膜经粘结或缝合复合而成，其中表面膜可以为塑料膜、尼龙膜、橡胶膜或纤维制品等，隔热填充膜为网格状膜、海绵状膜或絮状膜等。虽应用较为广泛，但其隔热性能极为有限。

隔热膜及其制备方法(专利申请号CN200910164971.9)中，隔热膜由多层同向设置的，由聚酰亚胺或碳纤维膜基材层和多孔二氧化硅气凝胶层组成的隔热单元经高温胶层粘结复合而成；所得隔热膜可用于300℃以上的高温环境条件下的热隔绝。隔热膜虽然具有良好的耐高温性能和隔热效果，但膜比较厚重，而且对于250℃的高温条件存在冗余。

介观尺度片状蛭石和耐高温聚合物隔热复合膜的制备方法(专利申请号CN200810039655.4)中，采用碳链长度为12～36烷基季铵盐化合物对经研磨后粒径小于10μm蛭石进行有机膨胀改性后，用高压微射流均质机处理制得介观尺度片状蛭石；选择耐高温聚合物材料聚芳醚砜或者杂萘联苯聚醚砜酮作为连续相，通过超声波细胞粉碎等方法使无机片状蛭石微晶均匀分散于有机高分子聚合物材料中，经干法和湿法成膜制得。所得产品其导热系数极低(0.038～0.047W/m·K)，具有很好的隔热性能；所得复合膜还可以紧密包覆在芳砜纶等纤维织物表面，提高其耐明火、热隔绝性能，特别是热隔绝性能，可用于可安全出入火场的消防服或作战服的外层材料。该专利在有机高分子材料中掺杂介观尺度无机耐高温蛭石材料制得耐高温聚合物隔热复合膜，虽具有良好的热隔绝性能，但其在低温环境的稳定性和耐久性未有报道。

隔热复合膜(专利申请号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。该专利所得隔热复合膜虽具有良好的高低温环境使用性，但其使用温度范围较为有限。

隔热保温柔软薄型复合织物(专利申请号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℃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-120～120℃条件下的隔热与防护。虽适用广泛，但隔热效果有限。

由以上专利技术可以看出，现有的隔热复合膜有些虽具有一定的隔热效果和耐高、低温性能，但在-250～250℃的高、低温条件下的承受能力有限，极易发生疲劳和破坏。而实际应用中对高、低温环境下防护材料已提出轻质、柔性和高效防护的要求。

低密度纤维网作为间隔材料使用，可与两面的夹层形成密闭的静止空气层，从而实现良好的隔热效果；而在其中掺杂金属短纤维，可增强热量在其中的快速扩散和均布。有关纤维网作为间隔材料的技术和应用以及金属短纤在其中的应用未见有相关报道。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种耐高低温、轻质、柔软的纤维网间隔的隔热复合膜。本发明的另一目的是提供一种上述隔热复合膜的用途。

为了达到上述目的，本发明的原理是综合利用镀金属高聚物复合膜和掺或不掺金属短纤维的纤维网的多层组合结构设计实现高低温环境下的热隔绝和防护。以镀金属高聚物复合膜实现高反射性隔热并形成低接触导热，复合膜本身为密闭不透气材料，由此实现单层的热隔绝作用；以掺或不掺金属短纤维的纤维网控制镀金属高聚物复合膜层间距并形成静止空气层实现有效的气体热隔绝，掺杂得金属短纤维可增强热量在纤维网中的快速扩散和均布，从而减少热量集中或局部过热。由镀金属高聚物复合膜和掺或不掺金属短纤维的纤维网的多层层合构成系统、高效、轻质、柔性的隔热复合膜体系。

本发明的一个具体技术方案是提供了一种纤维网间隔的隔热复合膜，其特征在于：包括n层的镀金属高聚物复合膜，在相邻两层镀金属高聚物复合膜的层间设有掺或不掺金属短纤维的间隔纤维网，n为2～20。

优选地，还包括位于最远离高温源或低温源的一层的用于封盖的常用织物。

优选地，所述常用织物为棉织物、涤纶织物、或涤棉织物中的一种。

优选地，所述镀金属高聚物复合膜的厚度为8～60μm，其为在由涤纶、聚酰亚胺或锦纶组成的第一高聚物基膜的表面镀上金属镀层的薄膜，该金属镀层为铝镀层、铝合金镀层或金镀层中的一种。

优选地，在所述的薄膜上再覆一层与所述第一高聚物基膜同物质组成的第二高聚物基膜，从而形成由第一高聚物基膜、金属镀层及第二高聚物基膜构成的三明治结构。

优选地，所述的金属短纤维为不锈钢短纤维、铜短纤维、钢短纤维、或铝合金短纤维中的一种，所述的金属短纤维与所述间隔纤维网的掺入比为1～10％，通过所述金属短纤维增强热量在纤维网中的快速扩散和均布，从而减少热量集中或局部过热；当所述间隔纤维网掺所述金属短纤维时，所述镀金属高聚物复合膜采用所述的三明治结构，以防热导通。

优选地，所述纤维网的纤维为棉、毛、涤纶、锦纶、或芳纶短纤维中的一种，其平方米质量在10～30g/m²。

优选地，该隔热复合膜通过多层粘合或缝制形成的，其为一面可承受-250～250℃的高或低温作用，一面保持5～40℃常态温度的、完全密闭、隔热、保暖的柔软隔热复合膜。

优选地，该隔热复合膜的自然厚度为4～20mm，实际压紧厚度为1～5mm，平方米质量在40～600g/m²。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的纤维网间隔的隔热复合膜的应用，其特征在于：可单独用于或与其他材料复合用于高、低温场合的人体防护和环境隔热。

本发明针对-250～250℃的高、低温环境条件下热防护材料的需求和材料特征，运用多层组合结构设计综合利用镀金属高聚物复合膜和掺或不掺金属短纤维的纤维网制备隔热功能复合膜，并从材料的热反射和传导隔热、能量在内部的扩散和均布，以及膜本身的力学稳定性出发，解决了隔热复合膜材料的柔性、轻质和耐高、低温功能的优化组合。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：1、隔热复合膜为多层复合结构，构成简单；2、功能合理、完整：镀金属高聚物复合膜实现高反射性隔热，掺或不掺金属短纤维的纤维网控制镀金属高聚物复合膜层间距并形成静止空气热隔绝，掺杂的金属短纤维可实现热量在纤维网内的快速扩散和均布，避免局部过热发生；3、隔热复合膜隔热性能和耐高、低温性能优良，而且结构轻巧、柔软，易于携带、储运、折叠、压实，易于使用和运动中的弯曲与变形；4、组合成形方便，只需粘合或缝合成形，适用领域广。

附图说明

图1是纤维网间隔的隔热复合膜的层状结构示意图。

图中：1-镀金属高聚物复合膜，面向高温或低温环境；2-间隔纤维网；3-金属短纤维；4-常用织物；n-镀金属高聚物复合膜的层数。

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。

结合图1所示的结构层次与排列，本发明提供的纤维网间隔的隔热复合膜是由2～20层的镀金属高聚物复合膜1和其层间掺或不掺金属短纤维3的间隔纤维网2层合构成的隔热复合膜，或在最后一层以常用织物4替代镀金属高聚物复合膜1封盖。隔热复合膜通过多层粘合或缝制制得，其一面可承受-250～250℃的高或低温作用，一面保持5～40℃的常态温度。

其中，常用织物4为棉织物、涤纶织物、或涤棉织物中的一种。

镀金属高聚物复合膜1的厚度为8～60μm，其为在由涤纶、聚酰亚胺或锦纶组成的第一高聚物基膜的表面镀上金属镀层的薄膜，该金属镀层为铝镀层、铝合金镀层或金镀层中的一种。还可以，在所述的薄膜上再覆一层与所述第一高聚物基膜同物质组成的第二高聚物基膜，从而形成由第一高聚物基膜、金属镀层及第二高聚物基膜构成的三明治结构。

金属短纤维3为不锈钢短纤维、铜短纤维、钢短纤维、或铝合金短纤维中的一种，所述的金属短纤维3与所述间隔纤维网2的掺入比为1～10％，通过所述金属短纤维3增强热量在纤维网2中的快速扩散和均布，从而减少热量集中或局部过热；当所述间隔纤维网2掺所述金属短纤维3时，所述镀金属高聚物复合膜1采用所述的三明治结构，以防热导通。

纤维网2的纤维为棉、毛、涤纶、锦纶、或芳纶短纤维中的一种，其平方米质量在10～30g/m²。

下述具体实施例1～4是选择不同的镀金属高聚物复合膜材料、纤维网、金属短纤维和封盖织物，不同的层数、自然厚度、压紧厚度和平方米质量，以及不同的加工成形工艺，实际制备本发明所述的纤维网间隔的隔热复合膜，并对所得隔热复合膜在高、低温条件下的复合膜内表面稳态温度进行实测和外观评价，结果详见下表及以下表述。

实施例1

采用本发明的纤维网间隔的隔热复合膜的层次结构和如下表的材料和加工工艺，并采用本发明所制得的隔热复合膜，将其置于220℃高温条件下，实测的复合膜内表面稳态温度如下表实施例1栏所示。实际目测观察，表面完好无损。由此证明该复合膜耐高温性能优良。

实施例2

采用本发明的纤维网间隔的隔热复合膜的层次结构和如下表的材料和加工工艺，并采用本发明所制得的隔热复合膜，将其置于250℃高温条件下，实测的复合膜内表面稳态温度如下表实施例2栏所示。实际目测观察，表面完好无损。由此证明该复合膜耐高温性能优良。

实施例3

采用本发明的纤维网间隔的隔热复合膜的层次结构和如下表的材料和加工工艺，并采用本发明所制得的隔热复合膜，将其置于-240℃低温条件下，实测的复合膜内表面稳态温度如下表实施例3栏所示。实际目测观察，表面完好无损。由此证明该复合膜耐低温性能优良。

实施例4

采用本发明的纤维网间隔的隔热复合膜的层次结构和如下表的材料和加工工艺，并采用本发明所制得的隔热复合膜，将其置于-180℃低温条件下，实测的复合膜内表面稳态温度如下表实施例4栏所示。实际目测观察，表面完好无损。由此证明该复合膜耐低温性能优良。

纤维网间隔的隔热复合膜的构成与实测结果

Claims (10)

1.一种纤维网间隔的隔热复合膜，其特征在于：包括n层的镀金属高聚物复合膜(1)，在相邻两层镀金属高聚物复合膜(1)的层间设有掺或不掺金属短纤维(3)的间隔纤维网(2)，n为2～20。

2.如权利要求1所述的一种纤维网间隔的隔热复合膜，其特征在于：还包括位于最远离高温源或低温源的一层的用于封盖的常用织物(4)。

3.如权利要求2所述的一种纤维网间隔的隔热复合膜，其特征在于：所述常用织物(4)为棉织物、涤纶织物、或涤棉织物中的一种。

4.如权利要求1所述的一种纤维网间隔的隔热复合膜，其特征在于：所述镀金属高聚物复合膜(1)的厚度为8～60μm，其为在由涤纶、聚酰亚胺或锦纶组成的第一高聚物基膜的表面镀上金属镀层的薄膜，该金属镀层为铝镀层、铝合金镀层或金镀层中的一种。

5.如权利要求4所述的一种纤维网间隔的隔热复合膜，其特征在于：在所述的薄膜上再覆一层与所述第一高聚物基膜同物质组成的第二高聚物基膜，从而形成由第一高聚物基膜、金属镀层及第二高聚物基膜构成的三明治结构。

6.如权利要求5所述的一种纤维网间隔的隔热复合膜，其特征在于：所述的金属短纤维(3)为不锈钢短纤维、铜短纤维、钢短纤维、或铝合金短纤维中的一种，所述的金属短纤维(3)与所述间隔纤维网(2)的掺入比为1～10％，通过所述金属短纤维(3)增强热量在纤维网(2)中的快速扩散和均布，从而减少热量集中或局部过热；当所述间隔纤维网(2)掺所述金属短纤维(3)时，所述镀金属高聚物复合膜(1)采用所述的三明治结构，以防热导通。

7.如权利要求1所述的一种纤维网间隔的隔热复合膜，其特征在于：所述纤维网(2)的纤维为棉、毛、涤纶、锦纶、或芳纶短纤维中的一种，其平方米质量在10～30g/m²。

8.如权利要求1所述的一种纤维网间隔的隔热复合膜，其特征在于：该隔热复合膜通过多层粘合或缝制形成的，其为一面可承受-250～250℃的高或低温作用，一面保持5～40℃常态温度的、完全密闭、隔热、保暖的柔软隔热复合膜。

9.如权利要求1所述的一种纤维网间隔的隔热复合膜，其特征在于：该隔热复合膜的自然厚度为4～20mm，实际压紧厚度为1～5mm，平方米质量在40～600g/m²。

10.一种如权利要求1所述的纤维网间隔的隔热复合膜的应用，其特征在于：可单独用于或与其他材料复合用于高、低温场合的人体防护和环境隔热。