CN109795194A - 一种耐高温防护面料及防护服 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐高温防护服以及面料，所述面料，包括：依次叠加的第一层、第二层、第三层和第四层，其中，第四层为尼龙纤维与棉纤维纺织物；第三层为竹原纤维织物、苎麻纤维织物或者竹原纤维与苎麻纤维混纺织物；第二层为聚四氟乙烯纤维层；第一层为芳香族聚酰胺、酚醛树脂、石墨纤维、石棉纤维纺织物；其中，所述第一层的混纺织物中，添加有碱金属硅酸盐、氧化铝和凹凸棒土。本发明所提供的耐高温防护服及其面料，能够获得较为一致的热变形性能，在高温条件下，确保良好的穿着舒适度，以及产品的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种防护服，尤其涉及一种耐高温防护服以及制作所述耐高温防护服的面料。
背景技术
耐高温防护服是对在高温或超高温条件下工作的人员进行安全保护、从而避免热源对人体造成伤害的各种保护性服装，要求具有阻燃性、拒液性、燃烧时无熔滴产生、遇热时能够保持服装的完整性和穿着舒适性等特性。耐高温防护服广泛用于石油、化工、冶金、造船、消防、国防以及有明火、散发火花、熔融金属和有易燃物质的场所。
美国消防服通常分为三层，由内到外分别为外壳层、蒸汽阻挡层、隔热层，外壳多采用Kevlar、PBI纤维织物，蒸汽阻挡层选用聚四氟乙烯薄膜，隔热层采用Nomex纤维织物，但是蒸汽阻挡层阻碍了人体汗液的蒸发，并使得热债上升，从而威胁消防员健康和安全。因此有些欧洲国家不采用蒸汽阻挡层。
耐高温防护服总的发展趋势是全面防护，但是中国防护服领域设计和开发都比较落后，仍然以单一因素防护为主，在防护的深度和广度上都有存在较大的局限性。化学品储存仓库等场所发生火灾之后，会有大量腐蚀性
CN102499501A公开了一种耐腐蚀耐高温隔热防护服面料，外层为金属箔，基布采用包芯纱线，芯纱为玻璃纤维长丝或化学纤维长丝，包覆纤维采用合成或棉等有机纤维，这实际上是传统的铝箔防护服，防热效果非常有限。CN102896854B公开的耐高温多功能面料，在耐热层表面增加防水层，防水层在面料最外层，这对防水层提出了更高的要求。CN107997274A公开了一种耐高温防护服，采用玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维等无机纤维为主，利用玄武岩纤维来实现隔热、吸汗等功能，但是玄武岩纤维、玻璃纤维等需要粘结剂来实现在纤维中的稳定，粘结剂往往会带来阻燃性能的下降；碳纤维与其他纤维热形变性差距较大，高温下面料中各种纤维之间容易撕裂。
发明内容
针对目前耐高温防护服存在的问题，本申请提出一种新的耐高温防护服以及制作所述耐高温防护服的面料。
本发明第一个方面是提供一种耐高温防护服面料，包括：依次叠加的第一层、第二层、第三层和第四层，其中，
第四层为尼龙纤维与棉纤维纺织物；
第三层为竹原纤维织物、苎麻纤维织物或者竹原纤维与苎麻纤维混纺织物；
第二层为聚四氟乙烯纤维层；
第一层为芳香族聚酰胺、酚醛树脂、石墨纤维、石棉纤维纺织物。
优选地，所述第一层的混纺织物中，添加有碱金属硅酸盐、氧化铝和凹凸棒土。
在一种优选实施例中，按照重量份数，所述第一层的纺织物包括：芳香族聚酰胺30-50份，酚醛树脂5-10份，石墨纤维20-30份，石棉纤维10-20份、碱金属硅酸盐0.1-1重量份、氧化铝0.1-1重量份、凹凸棒土0.5-1重量份。
在一种优选实施例中，按照重量份数，所述第一层的纺织物包括：芳香族聚酰胺35-45份，酚醛树脂5-10份，石墨纤维25-28份，石棉纤维12-15份、碱金属硅酸盐0.1-1重量份、氧化铝0.1-1重量份、凹凸棒土0.5-1重量份。
在一种优选实施例中，所述凹凸棒土的粒径在100nm-10μm，优选为200nm-5μm，优选为500nm-1μm。
在一种优选实施例中，所述碱金属硅酸盐与氧化铝粒径分布独立的在50nm-10μm，优选为100nm-5μm，优选为200nm-1μm。
在一种优选实施例中，所述第一层的纺织物中，石棉纤维与至少部分芳香族聚酰胺、至少部分酚醛树脂形成皮芯结构的包芯纱，石棉纤维为芯，芳香族聚酰胺、酚醛树脂与石墨纤维为包覆纤维；凹凸棒土、碱金属硅酸盐与氢氧化铝的至少部分位于包覆纤维中。
在一种优选实施例中，所述芳香族聚酰胺可以是选自对位芳香族聚酰胺、间位芳香族聚酰胺中的一种或其组合。如可以是芳纶1313、芳纶1414或二者的组合，例如芳纶1313中加入重量比3-8％的芳纶1414，可以起到协同效果，即使在火焰中，仍能保持面料外观不发生破裂或受损。
在一种优选实施例中，所述第四层中，所述尼龙纤维与棉纤维为皮芯结构，棉纤维为芯层，尼龙纤维将棉纤维包覆形成皮层。
本发明第二个方面是提供一种耐高温防护服，所述耐高温防护服采用本发明第一个方面所述的耐高温防护服面料。
在一种优选实施例中，所述耐高温防护服中，第一层位于最外层。
本发明第三个方面是提供一种所述耐高温防护服面料的生产方法，包括：
步骤1，将碱金属硅酸盐、氧化铝以及凹凸棒土加入酚醛树脂预聚物中，芳香族聚酰胺缩纤维、石棉纤维、石墨纤维与上述酚醛树脂预聚物一起纺丝形成纤维，热固化酚醛树脂预聚物，将纤维在水中浸泡至少30分钟，干燥；然后纺织形成第一层面料；
步骤2，将聚四氟乙烯纤维层，竹原纤维织物、苎麻纤维织物或者竹原纤维与苎麻纤维混纺织物层，尼龙纤维与棉纤维纺织物层依次叠加在第一层面料上，形成耐高温防护服面料。
其中，所述叠加，可以是针刺、粘结等现有工艺来实现。
在一种优选实施例中，步骤1优选为包括：
将碱金属硅酸盐、氧化铝以及凹凸棒土加入到酚醛树脂预聚物中，然后石墨纤维、芳香族聚酰胺纤维加入到所述酚醛树脂预聚物中获得混合物；石棉纤维为芯，混合物作为包覆纤维材料进行共挤出，喷丝形成纤维，获得石棉纤维为芯、石墨纤维与芳香族聚酰胺为包覆纤维的皮芯结构的纤维，然后将纤维在水中进行所述浸泡。
在一种优选实施例中，步骤1优选为包括：
将碱金属硅酸盐、氧化铝以及凹凸棒土加入到酚醛树脂预聚物中；将石墨纤维、芳香族聚酰胺纤维加入到酚醛树脂预聚物中，形成聚酰胺纤维/石墨纤维混合纤维，将混合纤维缠绕在石棉纤维表面形成皮芯结构的纤维，然后将皮芯结构的纤维在水中进行所述浸泡。
本发明上述内容中，所述碱金属硅酸盐优选为硅酸钠、硅酸钾中的一种或两种的组合。
本发明上述内容中，本领域技术人员能够理解的是，所述干法纺丝均可以采用现有的工艺，例如芳纶1313的干法纺丝为：将芳纶1313缩聚液用氢氧化钙中和得到含芳纶1313的粘稠液，然后加热至150-160℃进行干法纺丝。或者，
本发明所提供的耐高温防护服及其面料，能够获得较为一致的热变形性能，在高温条件下，确保良好的穿着舒适度，以及产品的使用寿命。
具体实施方式
实施例1
酚醛树脂预聚物分子结构为：
酚醛树脂预聚物是碱催化条件下，甲醛与苯酚进行如下加成反应得到：
该反应过程中，生成了一元酚醇与多元酚醇的混合物。
然后，进行分子链增长反应，该反应过程为羟甲基与其他酚的邻对位氢之间进行：
从而获得可溶性酚醛树脂预聚物。
硅酸钾0.5kg、氧化铝0.5kg、凹凸棒土0.8kg加入到6kg液体的酚醛树脂预聚物(可以是液体低聚物，或者高浓度醇溶液，本发明上下文中提及的酚醛树脂预聚物的重量，均以纯酚醛树脂预聚物重量来计算，溶剂重量不计算在内)中；然后将20kg石墨纤维、30kg芳香族聚酰胺纤维(芳纶1414)加入到上述酚醛树脂预聚物中，挤出形成纤维，热固化酚醛树脂预聚物，酚醛树脂作为粘结剂将芳香族聚酰胺纤维、石墨纤维以及加入的无机物粘结在一起。
将上述形成的纤维与15kg石棉纤维混纺成纺织物，纺织物在水中浸泡30分钟，形成第一层面料。浸泡过程中，氧化铝与硅酸钾固化形成网络状分子链结构。
将聚四氟乙烯纤维层，竹原纤维织物、苎麻纤维织物或者竹原纤维与苎麻纤维混纺织物层，以及尼龙纤维与棉纤维纺织物依次叠加在第一层面料上，形成耐高温防护服面料。
实施例2
硅酸钾0.8kg、氧化铝0.5kg、凹凸棒土0.5kg加入10kg液体的酚醛树脂预聚物；40kg芳香族聚酰胺(芳纶1414)纤维、25kg石墨纤维加入到上述酚醛树脂预聚物中，挤出形成纤维，热固化酚醛树脂预聚物，形成混合纤维。
将上述形成的混合纤维与10kg石棉纤维混纺成纺织物，纺织物在水中浸泡50分钟，形成第一层面料。
将聚四氟乙烯纤维层，竹原纤维织物、苎麻纤维织物或者竹原纤维与苎麻纤维混纺织物层，以及尼龙纤维与棉纤维纺织物依次叠加在第一层面料上，形成耐高温防护服面料。
实施例3
硅酸盐钾1kg、氧化铝0.8kg、凹凸棒土1kg加入到8kg液体的酚醛树脂预聚物中，45kg芳香族聚酰胺(例如芳纶1313)、25kg石墨纤维加入到上述酚醛树脂预聚物中，获得混合物。
13kg石棉纤维作为芯线，采用共挤出工艺，将混合物与芯线共挤出，并且将混合物包覆在芯线表面，热固化酚醛树脂预聚物，冷却后形成皮芯结构的纤维。然后纺织形成第一层面料。第一层面料在水中浸泡60分钟，干燥。
将聚四氟乙烯纤维层，竹原纤维织物、苎麻纤维织物或者竹原纤维与苎麻纤维混纺织物层，以及尼龙纤维与棉纤维纺织物依次叠加在第一层面料上，形成耐高温防护服面料。
实施例4
硅酸盐钾0.8kg、氧化铝0.8kg、凹凸棒土0.8kg加入5kg液体的酚醛树脂预聚物中。50kg芳香族聚酰胺(例如芳纶1313)、30kg石墨纤维加入到上述酚醛树脂预聚物中，挤出形成纤维，热固化酚醛树脂预聚物，形成混合纤维。
将上述形成的混合纤维与18kg石棉纤维混纺成纺织物，纺织物在水中浸泡60分钟，形成第一层面料。
将聚四氟乙烯纤维层，竹原纤维织物、苎麻纤维织物或者竹原纤维与苎麻纤维混纺织物层，以及尼龙纤维与棉纤维纺织物依次叠加在第一层面料上，形成耐高温防护服面料。
表1，本发明耐高温防护服面料性能测试
| 抗渗水性 | 300℃热收缩率 | 热防护性能TPP | |
| 实施例1 | ≥40KPa | 0.5％ | 45 |
| 实施例2 | ≥40KPa | 0.5％ | 47 |
| 实施例3 | ≥40KPa | 0.4％ | 48 |
| 实施例4 | ≥40KPa | 0.5％ | 46 |
显微镜观察显示，300-320℃条件下，本申请防护服第一层纤维中，芳纶纤维以及酚醛树脂基本上仍能够保持其原有形态，纤维表面没有出现明显的局部变细或变形，说明芳纶纤维与石墨纤维保持了相似的热变形性。相反，不使用凹凸棒土、硅酸盐与氧化铝的情况下，聚合物连续相出现局部变细的现象，这是由于热变形温度不一致导致聚合物拉伸所致。而且，皮层与芯线之间出现局部空隙这是由于聚合物热变形导致石墨纤维变形，从而使得皮层与芯线之间剥离。
本发明耐高温防护服面料中，采用石墨纤维是一种特殊碳纤维，由普通碳纤维石墨化得到，其保留了碳纤维耐高温的性能，同时，石墨纤维中层状六方晶格的石墨结构与凹凸棒土的层链状四面体晶片结构相互配合，并且，硅酸盐与氧化铝固化反应成链状和网状大分子结构，三者特殊微观结构的协同，确保了高分子材料聚酰胺的连续相在高温下不发生太大的变形，石棉纤维含有硅酸盐成分，氧化铝可以将碱金属硅酸盐与石棉纤维之间形成部分连接，进一步增强包覆纤维与芯纤维之间热变形性能的一致性。
聚四氟乙烯作为蒸汽阻挡层，可以阻挡外部高温液滴的浸入，在聚四氟乙烯层的内部设置两层纺织物作为舒适层，第二层竹原纤维或苎麻纤维均具有良好的吸湿性能，最内层的棉纤维与尼龙纤维纺织物可以将人体汗液或散发的湿热气体传导给第二层、并被第二层吸收，这样避免了聚四氟乙烯层导致的热债上升的缺陷。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种耐高温防护服面料，其特征在于，包括：依次叠加的第一层、第二层、第三层和第四层，其中，
第四层为尼龙纤维与棉纤维纺织物；
第三层为竹原纤维织物、苎麻纤维织物或者竹原纤维与苎麻纤维混纺织物；
第二层为聚四氟乙烯纤维层；
第一层为芳香族聚酰胺、酚醛树脂、石墨纤维、石棉纤维纺织物；其中，所述第一层的混纺织物中，添加有碱金属硅酸盐、氧化铝和凹凸棒土。
2.根据权利要求1所述的耐高温防护服面料，其特征在于，按照重量份数，所述第一层的纺织物包括：芳香族聚酰胺30-50份，酚醛树脂5-10份，石墨纤维20-30份，石棉纤维10-20份、碱金属硅酸盐0.1-1重量份、氧化铝0.1-1重量份、凹凸棒土0.5-1重量份。
3.根据权利要求2所述的耐高温防护服面料，其特征在于，所述凹凸棒土的粒径在100nm-10μm。
4.根据权利要求2所述的耐高温防护服面料，其特征在于，所述碱金属硅酸盐与氧化铝粒径分布独立的在50nm-10μm。
5.根据权利要求2所述的耐高温防护服面料，其特征在于，所述第一层的纺织物中，石棉纤维与至少部分芳香族聚酰胺、至少部分酚醛树脂形成皮芯结构的包芯纱，石棉纤维为芯，芳香族聚酰胺、酚醛树脂与石墨纤维为包覆纤维；凹凸棒土、碱金属硅酸盐与氢氧化铝的至少部分位于包覆纤维中。
6.根据权利要求1所述的耐高温防护服面料，其特征在于，第四层中，所述尼龙纤维与棉纤维为皮芯结构，棉纤维为芯层，尼龙纤维将棉纤维包覆形成皮层。
7.一种耐高温防护服，其特征在于，采用权利要求1所述的耐高温防护服面料。
8.一种权利要求1所述的耐高温防护服面料的生成方法，其特征在于，包括：
步骤1，将碱金属硅酸盐、氧化铝以及凹凸棒土加入酚醛树脂预聚物中，芳香族聚酰胺缩纤维、石棉纤维、石墨纤维与上述酚醛树脂预聚物一起纺丝形成纤维；热固化酚醛树脂预聚物后，将纤维在水中浸泡至少30分钟，干燥；然后纺织形成第一层面料；
步骤2，将聚四氟乙烯纤维层，竹原纤维织物、苎麻纤维织物或者竹原纤维与苎麻纤维混纺织物层，尼龙纤维与棉纤维纺织物层依次叠加在第一层面料上，形成耐高温防护服面料。
9.根据权利要求8所述的耐高温防护服面料的生成方法，其特征在于，步骤1包括：
将碱金属硅酸盐、氧化铝以及凹凸棒土加入到酚醛树脂预聚物中，然后石墨纤维、芳香族聚酰胺纤维加入到所述酚醛树脂预聚物中获得混合物；石棉纤维为芯，混合物作为包覆纤维材料进行共挤出，喷丝形成纤维，获得石棉纤维为芯、石墨纤维与芳香族聚酰胺为包覆纤维的皮芯结构的纤维，然后将纤维在水中进行所述浸泡。
10.根据权利要求8所述的耐高温防护服面料的生成方法，其特征在于，步骤1包括：
将碱金属硅酸盐、氧化铝以及凹凸棒土加入到酚醛树脂预聚物中；将石墨纤维、芳香族聚酰胺纤维加入到酚醛树脂预聚物中，形成聚酰胺纤维/石墨纤维混合纤维，将混合纤维缠绕在石棉纤维表面形成皮芯结构的纤维，然后将皮芯结构的纤维在水中进行所述浸泡。
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