CN110584243B - 一种高温高热作业防护手套的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温高热作业防护手套的加工工艺，该加工工艺包括下述步骤：第一步：制备气凝胶隔热材料；第二步：固定隔热材料；第三步：外套外侧涂覆隔热涂层；第四步：外套内壁与弹性缓冲材料连接。本发明一种高温高热作业防护手套的加工工艺加工得到的防护手套通过外套外侧涂覆的隔热涂层对外套外侧及外套单元缝隙的热量进行隔绝，起到第一层热量隔绝作用；再由外套单元内嵌的气凝胶碳纤维复合隔热材料对热量进行第二层的隔绝，进一步削减热量；弹性缓冲材料与人体手部直接接触，缓和接触面的摩擦力，减缓手部损伤，也可以加速防护手套内部热量的散发。

Description

一种高温高热作业防护手套的加工工艺
技术领域
本发明属于防护手套加工领域，涉及一种高温高热作业防护手套的加工工艺。
背景技术
现有的对劳动者双手的保护，一般有用皮制成的皮手套、用布制成的布手套、用纱线制成的纱手套、用胶制成的胶手套或浸胶手套来防护，或在手套外层增加些塑料类即滴塑的防护块，或简单增加皮层数或布层数来增加对手的防护。
耐高温高热防护手套经常被用于高温作业以防止人手被烫伤、烧伤或割伤。其中特殊的高温高热作业要求防护手套可有效防止600℃及以上的高温对人手的伤害。传统使用的帆布、棉絮等缝制的防护手套，不但穿戴笨拙、手指不能灵活使用，而且防热、防烫、防灼伤效果甚差。为了对食品加工、宾馆、酒店等高温高热条件下的作业者进行有效保护，需要设计一种高温高热作业防护手套的加工工艺。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，提供一种高温高热作业防护手套的加工工艺。
本发明通过下述方案实现：
一种高温高热作业防护手套的加工工艺，该加工工艺包括下述步骤：
第一步：制备气凝胶隔热材料；
将正硅酸乙酯醇溶液与固化剂机械混合，然后加入碳纤维后继续混合得到混合液，将所述混合液分别加入手套分解模具中；手套分解模具中的混合液干燥后得到气凝胶碳纤维复合隔热材料；
第二步：固定隔热材料；
用耐高温纤维复合编织成防护手套的外套，将第一步得到的气凝胶碳纤维复合隔热材料对应放入外套内部；
第三步：外套外侧涂覆隔热涂层；
将粉末状的二氧化锆复合材料的送入等离子体射流中，将嵌入气凝胶碳纤维复合隔热材料的外套放置在等离子体射流的前进方向，粉末状的二氧化锆复合材料在等离子体射流中加速，并被撞击到外套，部分粉末状的二氧化锆复合材料穿过外套缝隙，在外套外表面及外套缝隙处形成隔热涂层；
第四步：外套内壁与弹性缓冲材料连接；
所述外套的内壁与弹性缓冲材料编织的内芯对应连接。
在第一步中，所述手套分解模具包括多个可以组成完整手套的模具单元，在每个模具单元内均加入混合液；在第二步中，根据人体手部结构特征，所述外套由多个外套单元组成，所述外套单元与第一步中的手套分解模具对应一一匹配。
在所述第一步中，所述手套分解模具的混合液干燥具体包括以下步骤：混合液在手套分解模具中静置，固化剂挥发后得到凝胶，凝胶从手套分解模具中脱模，将脱模后的凝胶放入乙醇中浸泡24-72h，随后移至高压容器中，再向高压容器中加入乙醇，使乙醇淹没凝胶，向高压容器中充入氮气置换空气，随后将高压容器逐渐升温至超临界点后缓慢放出高压容器内的气体，静置自然冷却至室温，即可得气凝胶碳纤维复合隔热材料。
所述固化剂包括甲酰胺，所述固化剂与正硅酸乙酯醇溶液的质量比为1:2-8，所述第一步制备的气凝胶碳纤维复合隔热材料的气凝胶平均孔径为150-550纳米。
所述耐高温纤维包括芳砜纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维。
在第三步中，所述粉末状的二氧化锆复合材料的粒径为10-80微米。
在第四步中，所述内芯为高强度纤维编织而成的两层复合镂空网布。
在第一步中，所述碳纤维的密度为0.15g/cm3、尺寸为150mm×150mm×10mm。
本发明的有益效果为：本发明一种高温高热作业防护手套的加工工艺加工得到的防护手套通过外套外侧涂覆的隔热涂层对外套外侧及外套单元缝隙的热量进行隔绝，起到第一层热量隔绝作用；再由外套单元内嵌的气凝胶碳纤维复合隔热材料对热量进行第二层的隔绝，进一步削减热量；弹性缓冲材料与人体手部直接接触，缓和接触面的摩擦力，减缓手部损伤，也可以加速防护手套内部热量的散发。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明：
一种高温高热作业防护手套的加工工艺，该加工工艺包括下述步骤：
第一步：制备气凝胶隔热材料；
将正硅酸乙酯醇溶液与固化剂机械混合，然后加入碳纤维后继续混合得到混合液，将所述混合液分别加入手套分解模具中；手套分解模具中的混合液干燥后得到气凝胶碳纤维复合隔热材料；
第二步：固定隔热材料；
用耐高温纤维复合编织成防护手套的外套，将第一步得到的气凝胶碳纤维复合隔热材料对应放入外套内部；耐高温纤维复合编织防护手套的外套的具体步骤和方法均为公知技术，在此不再赘述。
第三步：外套外侧涂覆隔热涂层；
将粉末状的二氧化锆复合材料的送入等离子体射流中，将嵌入气凝胶碳纤维复合隔热材料的外套放置在等离子体射流的前进方向，粉末状的二氧化锆复合材料在等离子体射流中加速，并被撞击到外套，部分粉末状的二氧化锆复合材料穿过外套缝隙，在外套外表面及外套缝隙处形成隔热涂层；本申请中，二氧化锆复合材料的具体制备方法为公知技术，在此不再赘述。
第四步：外套内壁与弹性缓冲材料连接；
所述外套的内壁与弹性缓冲材料编织的内芯对应连接，外套的内壁与内芯连接的方式可以根据行业用途和生产成本等因素确定，其具体的连接方式、过程和原理均为公知技术，在此不再赘述。
在第一步中，所述手套分解模具包括多个可以组成完整手套的模具单元，在每个模具单元内均加入混合液；在第二步中，根据人体手部结构特征，所述外套由多个外套单元组成，所述外套单元与第一步中的手套分解模具对应一一匹配。每个模具单元制备得到的具有特定形状的气凝胶碳纤维复合隔热材料对应放入外套单元中，多个外套单元组成一个符合人体手部的手套形状。
在所述第一步中，所述手套分解模具的混合液干燥具体包括以下步骤：混合液在手套分解模具中静置，固化剂挥发后得到凝胶，凝胶从手套分解模具中脱模，将脱模后的凝胶放入乙醇中浸泡24-72h，随后移至高压容器中，再向高压容器中加入乙醇，使乙醇淹没凝胶，向高压容器中充入氮气置换空气，随后将高压容器逐渐升温至超临界点后缓慢放出高压容器内的气体，静置自然冷却至室温，即可得气凝胶碳纤维复合隔热材料。
所述固化剂包括甲酰胺，所述固化剂与正硅酸乙酯醇溶液的质量比为1:2-8，所述第一步制备的气凝胶碳纤维复合隔热材料的气凝胶平均孔径为150-550纳米。
所述耐高温纤维包括芳砜纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维。
在第三步中，所述粉末状的二氧化锆复合材料的粒径为10-80微米。
在第四步中，所述内芯为高强度纤维编织而成的两层复合镂空网布。
在第一步中，所述碳纤维的密度为0.15g/cm3、尺寸为150mm×150mm×10mm。
气凝胶是目前世界上密度最小、热导率最低的高度多孔固体材料，具有特殊的连续网络连接孔洞结构，隔热性能优异。现有的气凝胶容易掉粉且成本较高，人体穿戴手感太差，不适合长期使用。本申请制备的气凝胶碳纤维复合隔热材料的热导率为0.053～0.067W·m-1·K-1，处于行业内相对较低的水平。
采用氧乙炔法研究本申请气凝胶碳纤维复合隔热材料在中等热流环境下(2000℃，30s)的烧蚀性能。结果表明，在固化剂含量较高的情况下(固化剂与正硅酸乙酯醇溶液的质量比为1:2)，本申请制备的气凝胶碳纤维复合隔热材料的质量烧蚀率为0.0139g·s-1，线烧蚀率为0.0882mm·s-1；在固化剂含量较低的情况下(固化剂与正硅酸乙酯醇溶液的质量比为1:8)，本申请制备的气凝胶碳纤维复合隔热材料的烧蚀率明显降低，其质量烧蚀率仅为0.0081g·s-1、线烧蚀率为0.0204mm·s-1，此结果表明气凝胶纳米颗粒的减少有利于提升本申请制备的气凝胶碳纤维复合隔热材料的耐烧蚀性能。
本申请还对气凝胶碳纤维复合隔热材料在烧蚀过程中的背温进行检测，在2000℃、30s的烧蚀条件下，尽管材料的表面暴露在高温氧乙炔火焰下，但是背面温度维持在相对较低的水平(不高于60℃)，这一结果表明材料具有优异的隔热效果。通过降低固化剂的含量成功实现对材料纳米颗粒及孔结构的调节，有效提高材料烧蚀性能的同时降低了材料的热导率，阻止热量进入材料的内部，结果表明固化剂与正硅酸乙酯醇溶液的质量比为1:8的低固化剂的气凝胶碳纤维复合隔热材料的背温仅为室温水平(检测结果为32～45℃)。
本申请还对气凝胶碳纤维复合隔热材料的力学性能进行了检测，结果表明，在低应变条件下(小于0.005)，本申请气凝胶碳纤维复合隔热材料表现出相似的线性应力-应变曲线关系，这一阶段的弹性形变主要是通过碳纤维的弹性弯曲来实现的，碳纤维和气凝胶均没有出现明显的破坏。随着应变的继续增加，复合材料的应力-应变曲线呈现出不同的趋势：对于固化剂与正硅酸乙酯醇溶液的质量比为1:4的气凝胶碳纤维复合隔热材料，能够继续承受一部分应力，表现出一定的韧性。
综合考虑材料力学和材料热导率，在实际应用中，可以根据不同的需求采用不同固化剂含量的气凝胶碳纤维复合隔热材料来制备高温高热作业防护手套。在高温高热作业防护手套的工作温度较高时，选用固化剂与正硅酸乙酯醇溶液的质量比为1:8的低固化剂的气凝胶碳纤维复合隔热材料，保证隔热性能，确保使用者的安全；在工作温度不高，对手套操作的精密性及使用寿命有更多要求的时候，优先选用固化剂与正硅酸乙酯醇溶液的质量比为1:4的气凝胶碳纤维复合隔热材料，以期在生产实际中达到最佳的效果。在实际应用中，还可以加大或者减小碳纤维的用量，检测结果表明，随着碳纤维用量的增加，气凝胶碳纤维复合隔热材料的密度增加，弹性模量和机械强度也大幅提高，但碳纤维的添加量不宜过多,否则气凝胶碳纤维复合隔热材料的热导率明显上升，隔热性能降低。适宜的碳纤维添加量在2-4wt％左右,此时气凝胶复合材料的弹性模量和机械强度和纯气凝胶相比，均大幅上升，其热导率虽然也有所上升，但上升幅度不大，对隔热性能影响不大。在实际应用中，还可以结合防护手套的生产成本来考虑气凝胶隔热材料的具体配比。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种高温高热作业防护手套的加工工艺，其特征在于，该加工工艺包括下述步骤：
第一步：制备气凝胶隔热材料；
将正硅酸乙酯醇溶液与固化剂机械混合，固化剂与正硅酸乙酯醇溶液的质量比为1:8，然后加入碳纤维后继续混合得到混合液，将所述混合液分别加入手套分解模具中；手套分解模具中的混合液干燥后得到气凝胶碳纤维复合隔热材料；
第二步：固定隔热材料；
用耐高温纤维复合编织成防护手套的外套，将第一步得到的气凝胶碳纤维复合隔热材料对应放入外套内部；
第三步：外套外侧涂覆隔热涂层；
将粉末状的二氧化锆复合材料的送入等离子体射流中，将嵌入气凝胶碳纤维复合隔热材料的外套放置在等离子体射流的前进方向，粉末状的二氧化锆复合材料在等离子体射流中加速，并被撞击到外套，部分粉末状的二氧化锆复合材料穿过外套缝隙，在外套外表面及外套缝隙处形成隔热涂层；
第四步：外套内壁与弹性缓冲材料连接；
所述外套的内壁与弹性缓冲材料编织的内芯对应连接。
2.根据权利要求1所述的一种高温高热作业防护手套的加工工艺，其特征在于：在第一步中，所述手套分解模具包括多个可以组成完整手套的模具单元，在每个模具单元内均加入混合液；在第二步中，根据人体手部结构特征，所述外套由多个外套单元组成，所述外套单元与第一步中的手套分解模具对应一一匹配。
3.根据权利要求1所述的一种高温高热作业防护手套的加工工艺，其特征在于，在所述第一步中，所述手套分解模具的混合液干燥具体包括以下步骤：混合液在手套分解模具中静置，固化剂挥发后得到凝胶，凝胶从手套分解模具中脱模，将脱模后的凝胶放入乙醇中浸泡24-72h，随后移至高压容器中，再向高压容器中加入乙醇，使乙醇淹没凝胶，向高压容器中充入氮气置换空气，随后将高压容器逐渐升温至超临界点后缓慢放出高压容器内的气体，静置自然冷却至室温，即可得气凝胶碳纤维复合隔热材料。
4.根据权利要求1所述的一种高温高热作业防护手套的加工工艺，其特征在于：所述固化剂包括甲酰胺，所述固化剂与正硅酸乙酯醇溶液的质量比为1:2-8，所述第一步制备的气凝胶碳纤维复合隔热材料的气凝胶平均孔径为150-550纳米。
5.根据权利要求1所述的一种高温高热作业防护手套的加工工艺，其特征在于：所述耐高温纤维包括芳砜纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维。
6.根据权利要求1所述的一种高温高热作业防护手套的加工工艺，其特征在于：在第三步中，所述粉末状的二氧化锆复合材料的粒径为10-80微米。
7.根据权利要求1所述的一种高温高热作业防护手套的加工工艺，其特征在于：在第四步中，所述内芯为高强度纤维编织而成的两层复合镂空网布。
8.根据权利要求1所述的一种高温高热作业防护手套的加工工艺，其特征在于：在第一步中，所述碳纤维的密度为0.15g/cm3、尺寸为150mm×150mm×10mm。
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