CN1106274C - 耐热防火材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开具有更高耐热性和用于强热辐射和明火区内工作的多层防护服。本发明的目标是：一种绝热材料，包括耐热纤维基材，带有金属涂层的防水层，所述防水层由液体扩散系数等于或小于10^-9g·cm²/秒的交联聚合物构成，和由橡胶基弹性体制成的气密层。或者，防水材料层由选自孔径为0.01-1.0μm之间的聚烯烃、含氟、氯或硅聚合物多孔性材料构成，金属涂层是层厚为0.05-0.25μm的铝、铜、氮化钛。本发明能形成具有更好防水特性、确保材料的耐热性与热作用持续时间持平和增加其防护作用效力的材料。

Description

耐热防火材料

本发明涉及用于缝制在高温和明火区工作的消防队员和救护人员用服装的多层防护材料。本发明也可用于生产在灭火过程，包括扑灭油、气和其它物质燃烧源的过程中使用的必须能在强热辐射和明火区内工作时呈现更高耐热性的其它制品如帽子、盖罩、毯子。

为制造在高温和明火区工作的消防队员用防护服，已研制开发出了一些包括耐热纤维层、气密性和热反射性聚合物层和金属聚合物层在内的多层结构。当灭火过程中有水落在衣服上时，这些已知材料能够防水，但它们也会使人体所释放的湿气不能透出，这就增加了救火队员工作条件的艰苦性。

在事故发生地区进行工作时，由耐火材料制成的防护服应该提供一定的舒适性，它们应具有弹性、足够轻，以使它们不会限制活动，热反射性的程度应达到衣服内侧的温度不超过会发生热晕倒的程度，即不大于50℃，优选不大于30-35℃的值。

一种已知的耐火材料是通过将金属化的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜与部分充有空气的中空非异型纱织物结合制成(RF专利2008044，A62B17/00，1994)。

此已知材料的缺点是当其处于明火中，热流量突然增加时不稳定，即聚对苯二甲酸乙二醇酯膜会熔融，露出织物，受到热破坏，这会影响金属涂层的性能：它会扭曲、剥落，结果使衣服的耐热性削弱。

一种已知的热反射材料包括耐热材料织物形式的纤维层，其上覆上一层由填充型含氟橡胶制成的气密性材料。后者与由下列金属之一：铝、镍、铬通过真空喷涂法制成的热反射层结合。金属层外覆一层未填充的含氟橡胶。(RF专利2082469，A 62 B17/00，1997)。

此已知材料的缺点是对人体释放出的湿气具有不透性，热辐射反射系数低(50-60％)，金属涂层与含氟橡胶层的粘结差而造成金属颗粒脱落。为加固金属层，在金属表面加涂了一层在明火中3-5秒钟会烧焦的未填充含氟橡胶层。当材料的耐热性被破坏时，防护服就不再发挥作用。

一种用于耐热服的已知材料包括纤维基体和一层整体化金属化材料。真空涂铝或叠合铝箔或镀铬聚合物膜的金属化玻璃纤维被用作整体化材料(RF专利2071659，A 41 D 31/00，1997)。

此已知材料的缺点是其热反射系数不够高，透气性方面的性能不令人满意：当材料叠合一层金属或聚合物膜时，会导致不透空气和水汽，包括由人体释放的湿气；当金属通过真空喷涂法涂覆于玻璃纤维上时，材料具有透湿性，包括会使灭火用水透过。

与本文所提出材料最为相似的材料是包括纤维材料、含涂覆有保护性纤维“Nomex”芳族聚酰胺的金属化层的外层耐湿材料和耐水汽内层组成的耐热材料(美国专利4502153，2/81，A 41 D 11/00，1985)。

此已知材料的缺点是缺乏透汽及透气性而使其不能排出人体表面的过量湿气，热反射系数低而使其不能长期经受大于10kW/m²的热流，且为多层构造。

采用本发明方法所获得的技术成果是因本文所述材料制成的防护服形成了确保使人体过量湿气的水汽能直接通过耐热材料排出的条件而使舒适性得以提高，因增加了抗明火作用能力，在热作用期内能维持材料的强度而使耐火性得以增强，防护服的使用寿命延长，并且用来缝制防护服的材料结构简单，其操作性和防护作用的效力更强。

获得本成果的耐热防火材料包括耐热纤维基体和含按本发明涂覆有金属涂层的耐湿材料层，耐湿材料层是由两层制成，其中之一包括液体扩散系数等于或小于10^-9cm²/秒的立体交联聚合物，另一层为气密性层-由橡胶基弹性体材料制成。按照本发明的方案，耐热材料包括选自孔径为0.01-1.0μm的聚烯烃、含氟、氯或硅聚合物的多孔性材料作为耐湿材料层，和层厚为0.05-0.25μm的铝、铜、氮化钛金属涂层。

由喷涂金属涂层的立体交联聚合物制成的耐湿材料层的成分选择与耐热/防火材料的强度特性有关。当该层的液体扩散系数增加到大于10^-9m²/秒的(10^-8cm²/秒-10^-6m²/秒)时，金属涂层的热反射系数及其与气密性层的结合强度降低。立体交联结构的聚合物因存在交联键而具有很高的抗弯能力，能够在热作用期间确保该层维持原有形状和尺寸。而且，立体交联聚合物具有更好的耐明火能力。

氯磺化聚乙烯、聚四氟乙烯-偏氟乙烯含氟共聚物、异丁烯-异戊二烯共聚物、聚硫醚聚合物(聚硫橡胶)等都可用作交联聚合物。

含氟橡胶、腈类橡胶、氯丁橡胶、天然或合成聚异戊二烯、丙烯酸酯、聚氨酯、硅橡胶等橡胶都可作为用于与纤维基体和立体交联聚合物结合的耐湿材料气密层的原料。

铝、镍、铜、氮化钛、钢等可用作金属涂层。

在由两层制成的耐湿材料中，金属涂层的厚度为0.15-0.25μm。

按照本发明的方案，含孔径为0.01-1.0μm多孔性材料的耐热防火材料在液体处于聚集态时不透水。

当耐湿材料层中的孔大于1.0μm时，材料的透水性急剧增加，当孔尺寸小于0.01μm时，材料实际上变为不透水汽-空气。

按本发明的方案，含层厚0.05-0.25μm铝、镍、铜、氮化钛金属涂层的耐热防火材料具有很高的热反射系数。金属层厚增加到0.25μm以上会降低材料的透汽-气性，而金属层厚减少到0.05μm以下则会降低热反射系数。

通过以下实施例例示说明本发明。

实施例1

通过下述方法制成耐热防火材料：在玻璃纤维织物层上覆上基于填充型含氟橡胶的弹性体材料气密层，在制成的织物层基材上覆上基于层厚为0.05mm及液体扩散系数等于10^-10cm²/秒的氯磺化聚乙烯层，采用真空喷涂法在此聚乙烯层上施涂一层金属铝。

所制材料的反射系数为93％，明火作用(超过1000℃)下能稳定1.5分钟。

实施例2

通过下述方法制成耐热防火材料：在聚芳族酰胺织物的纤维层上施涂一层由腈类橡胶基弹性体材料制成的气密层，在腈类橡胶基材上施涂层厚为3mm及液体扩散系数等于10^-9cm²/秒的共聚物-聚四氟乙烯基涂层，在此层上进一步喷涂一层金属镍。所制材料的反射系数为96％，耐明火作用1分钟。

实施例3

通过下述方法制成耐热防火材料：在玻璃纤维上覆上基于孔径0.2μm含氟聚合物的聚合物层，然后采用真空喷涂法将铝层施涂于制成的基材上，层厚为0.1μm。

所制材料的特点是热反射系数等于90％。耐明火作用30秒。材料的水不透性维持到水柱压力为0.3MPa。材料的透气性达到150m³/m²·h·MPa。

实施例4

通过下述方法制成耐热防火材料：在芳族聚酰胺基织物层上覆上一层基于孔径0.1μm的含氟聚合物层。采用磁控喷涂法在第一层上进一步施涂一层层厚为0.2μm的铝层。材料的热反射系数为96％，耐明火作用大于30秒。材料的透气性为40m³/m²·h·MPa。材料的水不透性维持到水柱压力为0.6MPa。

实施例5

通过下述方法制成耐热防火材料：在基于聚酰胺纤维的织物上覆上一层基于能形成孔径为1.0μm多孔性层的含硅聚合物层，随后采用真空喷涂法在其上施涂一层层厚为0.25μm的铜层。材料的热反射系数为96％，耐明火作用25秒。材料的透气性为120m³/m²·h·MPa。材料的水不透性维持到水射流压力对应于0.06MPa的值。

实施例6

通过下述方法制成耐热防火材料：在玻璃纤维上覆上能形成孔径为0.05μm的氯磺化聚乙烯多孔性层，随后采用真空喷涂法在其上施涂一层层厚为0.15μm的铝层。材料的热反射系数为92％，耐明火作用25秒。材料的透气性为60m³/m²·h·MPa。材料的水不透性维持到0.5MPa。

实施例7

通过下述方法制成耐热防火材料：在玻璃纤维上覆上一层基于孔径为0.01μm氯磺化聚乙烯层，材料的热反射系数为96％，耐明火作用20秒。材料的透气性为50m³/m²·h·MPa。材料的水不透性维持到水柱压力为0.5MPa的值。

实施例8

通过下述方法制成耐热防火材料：在玻璃纤维上覆上一层能形成孔径为0.75μm多孔层的氯磺化聚乙烯层，随后采用真空喷涂法在其上施涂一层层厚为0.1μm的铜层。所制材料的热反射系数为85％，耐明火作用20秒。材料的透气性为170m³/m²·h·MPa。材料的水不透性维持到0.2MPa。

用本发明材料制造消防员用防护服能够在热流强度为40KW/m²时，衣服内侧的温度确保不超过24-26℃(允许标准为50℃)。

由所述材料制成的衣服由于能够较长时间维持耐热和防火性能，因而可在多次使用中具有弹性和舒适性。

因此，采用所述材料结构的结果与标准材料相比较，其层数和重量减少，在高温和明火区工作的人员穿着由所述材料缝制衣服的时间增加2-3倍，防护服的人体工程学参数有所提高。

Claims (2)

1.一种耐热防火材料，包括耐热纤维基材和其上涂覆金属涂层的耐湿材料层，其特征在于耐湿材料层由两层组成，其中之一包括液体扩散系数等于或小于10^-9cm²/秒的立体交联聚合物，另一层为气密层-由橡胶基弹性体材料制成。

2.一种耐热防火材料，包括耐热纤维基材和其上涂覆金属涂层的耐湿材料层，其特征在于它包括选自孔径为0.01-1.0μm的聚烯烃、含氟、氯或硅聚合物的多孔材料作为耐湿材料层，层厚为0.05-0.25μm的铝、铜、氮化钛作为金属涂层。