一种防雾除霜透明化学防护视窗材料及其制备方法、应用
技术领域
本发明涉及一种防雾、除霜、透明且具备化学防护功能的视窗材料及其制备方法,可用于具备核生化防护功能的气密制品。
背景技术
气密型防护产品,在使用过程中,由于人员自身体温较外界温度高及呼出的湿热气体,视窗内外温差大,在视窗上极易形成大量雾气,低温环境下甚至结成冰霜,严重影响穿着人员观察。
目前市场上的大多数气密型化学防护服所配置的视窗材料,不具备除霜功能。使用时采取喷洒表面活性剂类防雾喷剂的方式解决使用过程中视窗起雾问题,防雾效果很差。部分高端产品采用防雾镀层的方式短时间内改善视窗起雾的现象,仍无法完全解决长时间穿着时的起雾难题,长时间使用时,雾气在视窗内表面形成大量水滴,影响人员观察。而且以上两种方式都无法解决低温环境使用时视窗内表面的结霜问题。
对于核生化防护产品而言,化学防护性能满足要求,同时满足防雾除霜、高透明观察需求是产品使用性能优异的要素或关键。
目前,防护面屏主要用于消防、特警、工业护目镜等领域,国内用于具备核生化防护功能的气密制品的视窗材料较少,主要产品为具备防化功能的PC材料,一般厚度较厚,硬度大不能弯折,如中国专利CN201610115578.0公开的一种新型防护面屏,适用于防尘、防化、防冲击眼镜等作业环境,能有效防止异物飞溅。中国专利CN201120312181.3公开一种防护面屏,采用耐磨透明屏片,主要用于避免医务人员在临床操作中面部与飞溅液体接触。这些防护材料的化学防护能力不强,且不具备防雾除霜功能,不适用于人员穿戴的气密型防护制品。
发明内容
为了解决防护视窗材料的防雾除霜透明性能和高效化学防护性能的统一,并保证其与主体材料的可气密加工工艺简便性,本发明的目的是,提供了一种防雾除霜透明化学防护视窗材料及其制备方法。
为实现上述目的,本发明所采取的技术方案是:
一种防雾除霜透明化学防护视窗材料,其特征在于,该视窗材料由外到内依次包括能气密加工且具有柔性的第一透明成型层、具备对多种危化品防护能力的透明高效阻隔层和电加热层。
该视窗材料还包括能气密加工且具有柔性的第二透明成型层,第二透明成型层位于电加热层的内侧,接近穿着人员;两个透明成型层材料为透明聚氨酯弹性体(TPU)膜、透明聚氯乙烯(PVC)膜、透明聚碳酸酯(PC)膜、透明聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜中的一种或几种。
该材料具备防雾和低温条件下除霜功能,低温条件下(如-20℃)穿戴40min以上而不起雾结霜,对多种典型危化品(如酮类、酮类、醇类、酯类、腈类、有机硫化物、卤代烃、有机碱、酯类、烷烃、酸、碱、醚、芳香类化合物、卤素、无机气体等)的防护能力达到240min以上,对军事毒剂“液-气”芥子气防护性能达到24h以上,同时材料透光率达到82%以上,能进行气密加工,使用时采用直流或交流电源供电;所述的气密加工包括热风贴条、高频焊接、超声波焊接、卡箍密合、胶粘剂粘接中的一种或几种。
上述的视窗材料的制备方法是:各层之间通过粘结层粘接在一起,粘接方式为胶粘剂复合、胶膜复合或不干胶粘接中的一种或几种;选择胶粘剂复合时,胶粘剂为溶剂型胶粘剂、热熔胶型胶粘剂中的一种或几种,复合工艺为:复合压力2-8MPa,复合车速为1-120m/s,固化条件为5~35℃,10-72h;
选择胶膜复合时,胶膜为PU型热熔胶膜、EVA型热熔胶膜、PES型热熔胶膜、PO型热熔胶膜和PA型热熔胶膜中的一种或几种,胶膜厚度为0.05mm-1mm;胶膜复合工艺为真空热压复合工艺或热压复合工艺中的一种或几种,其中真空热压复合工艺:条件为2-8MPa,温度为75-130℃,保温时间为1-10h;热压复合工艺:条件为2-8MPa,温度为100-170℃,车速为1-60m/min或时间为2s-5min;
选择不干胶粘接时,不干胶为丙烯酸型不干胶、PU型不干胶、EVA型不干胶、PA型不干胶、有机硅型不干胶中的一种或几种。
本发明还保护上述的视窗材料的应用,该材料用于具备核生化防护功能的气密制品。所述制品包括气密型化学防护服、柔性掩蔽体、密封舱或密封担架,能高透明观察,在低温环境下长时间视窗一直保持透明状态,无起雾结霜现象。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)本发明视窗材料由透明成型层、透明高效阻隔层和电加热层复合加工而成。具备防雾和低温条件下除霜功能,对多种典型危化品防护能力达到240min以上(包括酮类、醇类、酯类、腈类、有机硫化物、卤代烃、有机碱、酯类、烷烃、酸、碱、醚、芳香类化合物、卤素、无机气体等),对军事毒剂“液-气”芥子气防护性能达到24h以上,同时材料透光率达到82%以上,可进行气密加工,达到了防雾除霜高透明观察需求与高效化学防护性能的统一,为使用人员提供了更为有效的防护和使用舒适感。
2)本发明在化学防护视窗材料上通过运用电加热层加热技术实现防雾除霜功能,同时通过各层的组合实现综合使用性能,解决了人员在使用过程中起雾结霜影响观察及视窗与主体材料的密封结合、材料的高化学防护和防毒性能的要求的难题,实现多功能一体化材料的综合防护目的。该材料用于具备核生化防护功能的气密制品,包括气密型化学防护服、柔性掩蔽体、密封舱或密封担架等,能高透明观察,满足使用人员的观察需要,在低温环境下长时间试穿,人员穿着运动时视窗一直保持透明状态,无起雾结霜现象,如在透明材料正常结霜温度下,如-20℃长时间试穿本申请制品40min以上不会出现结霜现象,如果在透明材料正常起雾温度下,长时间试穿本申请制品也不会起雾。能在短时间内快速升温,尤其适用于低温环境中使用。
附图说明
图1为本发明一种实施例的视窗材料的结构示意图。
图2为本发明实施例1所裁剪的视窗形状图。
图3为本发明实施例1中电加热丝铺设的结构示意图。
图4为本发明实施例2的电加热膜电极示意图。
图5为本发明实施例7的视窗材料的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明,但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
本发明防雾除霜透明化学防护视窗材料,该视窗材料由外到内依次包括能气密加工且具有柔性的第一透明成型层、具备对多种危化品防护能力的透明高效阻隔层(该阻隔层耐化学品腐蚀、阻隔性能优异)和电加热层。使用时采用直流电源或交流电源供电,透明成型层通过热风贴条、高频焊接、胶粘剂粘合等气密加工方式与主体产品结合在一起。
视窗材料还包括能气密加工且具有柔性的第二透明成型层,第二透明成型层位于电加热层内侧,接近穿着人员;两个透明成型层材料可以相同也可以不同,可以选用高透明聚氨酯弹性体(TPU)膜、高透明聚氯乙烯(PVC)膜、高透明聚碳酸酯(PC)膜、高透明聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜中的一种或几种。
视窗内侧的第二透明成型层内侧(接近穿着人员的一侧)可经过防雾镀层处理,增加亲水防雾镀层,镀层条件为100-150℃,时间为1.5-3h。
电加热层为电加热膜或直接在第二透明成型层上铺设的电加热丝,所述的电加热膜为掺锡氧化铟(ITO)膜、铝掺杂氧化锌(AZO)膜、氟掺杂氧化锡(FTO)膜、纳米银导电膜、石墨烯透明导电膜中的一种。所述电加热丝为铁、铬、镍、铝两种及以上金属合金电阻丝,电热丝单位长度电阻为10-300Ω/米,电阻丝直径为0.05-1mm,电加热丝根据视窗尺寸铺设,视窗整体电阻为1-200Ω的电加热丝铺设方式。使用时通过电加热层连接外部电源为其供电。
透明高效阻隔层为乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)共挤膜、聚偏二氯乙烯(PVDC)共挤膜、聚酰胺(PA)膜、聚酯(PET)膜、聚四氟乙烯(PTFE)膜、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)膜、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)膜、聚偏二氟乙烯(PVDF)膜、聚氟乙烯(PVF)膜、聚丙烯(PP)膜、聚乙烯(PE)膜中的一种或几种。
各层之间通过粘结层粘接在一起,粘接层粘接方式为胶粘剂复合、胶膜复合或不干胶粘接中的一种或几种。
胶粘剂为溶剂型胶粘剂、热熔胶型胶粘剂中的一种或几种。复合工艺为:复合压力2-8MPa,复合车速为1-120m/s,固化条件为5~35℃,10-72h。
胶膜为PU型热熔胶膜、EVA型热熔胶膜、PES型热熔胶膜、PO型热熔胶膜和PA型热熔胶膜中的一种或几种。胶膜厚度为0.05mm-1mm。胶膜复合工艺为真空热压复合工艺或热压复合工艺中的一种或几种,其中真空热压复合工艺:条件为2-8MPa,温度为75-130℃,保温时间为1-10h;热压复合工艺:条件为2-8MPa,温度为100-170℃,车速为1-60m/min或时间为2s-5min。
不干胶为丙烯酸型不干胶、PU型不干胶、EVA型不干胶、PA型不干胶、有机硅型不干胶中的一种或几种。
第一透明成型层厚度为0.15-3mm;第二透明成型层厚度为0.15-3mm;透明高效阻隔层厚度为10μm-0.5mm。
本发明选择的透明高效阻隔层对化学品和毒剂具有优异的防护性能,同时各层材料的材料透光率不仅与所用材料自身透光率有关,还与所用的复合方式及采用的工艺条件也有直接关系,工艺或方式的改变视窗材料的透光率及整体性能略有差异,但在本申请给定的工艺条件及结构下,其综合性能较优,能够满足防护领域的使用要求。
实施例1
本实施例视窗材料(参见图1)由外到内依次包括能气密加工且具有柔性的第一透明成型层1、透明高效阻隔层2和电加热层3、能气密加工且具有柔性的第二透明成型层4。
第二透明成型层采用0.5mm的聚碳酸酯膜,在聚碳酸酯膜内侧进行亲水防雾镀层处理,镀层条件为125℃,时间为2.5h,将第二透明成型层试片裁剪为视窗结构如图2所示。
在第二透明成型层的另一未镀层面铺设直径为0.1mm的电阻丝,电阻丝单位长度电阻为70Ω/m,电阻丝间距为13±1mm,铺设完毕整体电阻为6Ω。电阻丝铺设完毕如图3所示。
透明高效阻隔层采用40μm的ETFE膜。
第一透明成型层采用0.3mm的PVC膜。
采用0.2mm EVA胶膜进行各层间的粘接,采用真空热压复合工艺,压力为8Mpa,温度为120℃,保温2h。
经测试,对多种典型化学品具备480min以上的防护能力(包括丙酮、乙腈、二乙胺、二硫化碳、乙酸乙酯、甲醇、二氯甲烷、己烷、四氢呋喃、甲苯、浓硫酸、氢氧化钠、氨气、氯气、氯化氢),材料透光率达到87.5%,对战争毒剂芥子气的防护时间达到24h以上。连接直流电源,电压调节为14V,在17℃室温条件下,3min内视窗可升温至40℃,此视窗采用热风贴条方式安装到化学防护服装上,接缝部位经测试对以上15种物质也具备480min以上防护能力,接缝部位经测试对乙腈、丙酮、甲苯和二硫化碳4种化学品的液体耐压穿透性达到13.8kPa以上。在-20℃低温试验时,人员穿着运动时视窗一直保持透明状态,无起雾结霜现象影响穿着人员观察。具体性能见表1:
表1实施例1防护视窗性能
防护项目 |
性能 |
化学防护性 |
对多种危化品具备480min以上防护能力 |
防毒性 |
24h不渗透 |
透光率 |
87.5% |
接缝液体耐压穿透性 |
13.8kPa不透 |
防雾除霜效果 |
人员在-20℃条件下试穿40min,无雾结霜现象 |
实施例2
本实施例视窗材料(参见图1)由外到内依次包括能气密加工且具有柔性的第一透明成型层1、能对多种危化品防护能力达到240min以上的透明高效阻隔层2和电加热层3、能气密加工且具有柔性的第二透明成型层4。第二透明成型层采用0.25mm厚的聚碳酸酯膜并进行单面亲水防雾镀层处理,镀层条件为130℃,2h;电加热层采用方阻为8Ω的ITO导电膜,形状裁剪为30*40cm的长方形,电加热层上面的掺锡氧化铟金属镀层为其导电面,印制经设计形状的银浆条形电极,经高温固化后连接导线形成电加热层,经测试整体电阻为10Ω。
透明高效阻隔层采用20μm PA膜。
第一透明成型层采用1.5mm PVC膜。
第一透明成型层与透明高效阻隔层之间的粘接层采用0.15mm PA胶膜,透明高效阻隔层与电加热层之间的粘接层采用0.3mm PA胶膜,电加热层与第二透明成型层之间的粘接层采用0.5mm PU胶膜。采用热压复合工艺,压力为8MPa,温度为135℃,时间为40s。
连接直流电源,电压为16V,在17℃室温条件下,2min内视窗可升温至40℃。经测试,该视窗材料对战争毒剂芥子气的防护性能达到24h以上,在GB24539标准中的15种典型危化品中挑选化学危险性较强的危化品对其进行测试,对危化品二氯甲烷、乙腈、氨气等的防护性能达到240min以上,视窗透光率为84.2%。
实施例3
本实施例视窗材料(参见图1)由外到内依次包括能气密加工且具有柔性的第一透明成型层1、透明高效阻隔层2和电加热层3、第二透明成型层4。
电加热层采用方阻为4Ω的纳米银导电膜,形状裁剪为30*40cm长方形,纳米银导电膜表面印制经设计形状的条形银浆电极,高温固化后连接导线形成电加热层,经测试整体电阻为6Ω。
透明高效阻隔层采用10μm PET膜和80μm PVDC共挤膜复合而成,两层阻隔膜采用溶剂型胶粘剂复合,复合压力为3MPa,车速为110m/min,30℃固化20h,透明高效阻隔层整体厚度为0.1mm。
第一透明成型层采用0.5mm TPU膜,第二透明成型层采用2mm TPU膜。第一透明成型层与透明高效阻隔层的PET面之间采用溶剂型胶粘剂复合,复合压力为5MPa,车速为25m/min。电加热层与透明高效阻隔层的PP面间采用PU型不干胶粘接,电加热层与第二透明成型层之间采用EVA型不干胶粘接。
连接直流电源,电压调节为12V,在17℃室温条件下,5min内视窗可升温至45℃。经测试,该材料对芥子气防护性能达到24h以上,对危化品氯化氢、甲醇、己烷、氢氧化钠、氯气等的防护时间达到480min以上,材料透光率为85%。
实施例4
本实施例视窗材料结构同实施例1,不同之处在于:
电加热层采用方阻为10Ω的AZO膜,形状裁剪为40*45cm长方形,AZO膜的表面印制经设计形状的条形银浆电极,经100℃高温固化2h后连接导线形成电加热层,经测试整体电阻为12Ω。
第一透明成型层采用1.2mm PC膜。
第二透明成型层采用0.5mm PMMA膜。
透明高效阻隔层采用30μm的EVOH共挤膜和25μm的PP膜复合而成,两层阻隔膜之间采用热熔胶型胶粘剂复合工艺,复合压力为7MPa,车速为20m/min,20℃固化36h,透明高效阻隔层整体厚度为80μm。
透明高效阻隔层与第一透明成型层、电加热层粘接采用0.2mm厚的PO胶膜,真空热压复合,压力为6MPa,温度为90℃,保温6h。电加热层与第二透明成型层采用丙烯酸型不干胶粘接。
连接直流电源,电压调节为16V,在17℃室温条件下,3min内视窗可升温至45℃。经测试,该材料对甲苯、浓硫酸、氢氧化钠、四氢呋喃、二乙胺等的防护性能达到480min以上,对军事毒剂芥子气的防护性能达到24h以上,材料透光率为83.5%。
实施例5
本实施例视窗材料结构同实施例1,不同之处在于:
在1.0mm厚、45*50cm的长方形PMMA上铺设电阻丝,电阻丝直径为0.3mm,间距为1.8cm,铺设完毕整体电阻为200Ω,在第二透明成型层上形成电加热层。
透明高效阻隔层采用30μm的PVF膜和20μm的PE膜,两层阻隔膜采用热熔胶复合工艺,压力为8MPa,复合车速为5m/min,25℃固化30h。
第一透明成型层采用0.25mm PC膜。
第一透明成型层与阻隔膜PVF面之间采用0.15mm PES胶膜,热压复合工艺,压力为3MPa,温度为155℃,车速为5m/min。
第二透明成型层电阻丝面与阻隔膜PE面间采用1mm PES胶膜,真空热压复合工艺,复合压力为8MPa,温度为90℃,保温8h。
连接220V交流电源,调节加热功率,在17℃室温条件下,2min内视窗可升温至42℃。经测试,该材料对芥子气防护时间达到24h以上,对甲苯、二乙胺、正己烷、乙酸乙酯、浓硫酸等的防护时间达到480min以上,材料透光率为83.6%。
实施例6
本实施例视窗材料结构同实施例1,不同之处在于:
在1.0mm厚、40*50cm的长方形透明TPU膜上铺设电阻丝,电阻丝直径为0.6mm,间距为2.0cm,铺设完毕整体电阻为10Ω,在第二透明成型层上形成电加热层。
第一透明成型层采用0.5mm PC膜,透明高效阻隔层采用30μm的PVDF膜,第二透明成型层的电阻丝面与阻隔膜PVDF间粘接采用1mm EVA胶膜,阻隔膜PVDF与第一透明成型层间粘接采用0.2mm PA胶膜,热压复合,复合压力8MPa,温度为158℃,时间为1min。
连接直流电源,电压为12V,在17℃室温条件下,3min内视窗可升温至42℃。经测试,该材料对芥子气的防护时间达到24h以上,对丙酮、四氢呋喃、氯气、二乙胺、己烷、乙酸乙酯、氨气等的防护性能达到480min以上,材料透光率为88.3%。
实施例7
本实施例视窗材料(参见图5)由外到内依次包括能气密加工且具有柔性的第一透明成型层1、透明高效阻隔层2和电加热层3。
电加热层采用方阻为15Ω的FTO导电膜,形状裁剪为25*30cm长方形,FTO导电膜表面印制经设计形状的条形银浆电极,高温固化后连接导线形成电加热层,经测试整体电阻为24Ω。透明高效阻隔层采用20μm的PTFE膜,第一透明成型层采用1.5mm PVC膜,第一透明成型层与阻隔膜之间、电加热层与阻隔膜之间通过有机硅不干胶粘接。
在15℃室温条件下,连接直流电源,10min内视窗可升温至42℃。经测试,该材料对丙酮、乙腈、二乙胺、二硫化碳、乙酸乙酯、甲醇、二氯甲烷、己烷、四氢呋喃、甲苯、浓硫酸、氢氧化钠、氨气、氯气、氯化氢等典型化学品防护性能达到480min以上,对芥子气的防护时间达到24h以上,材料透光率为82%。
本实施例可应用于对气密性要求不那么严格的场合。
实施例8
本实施例视窗材料结构同实施例1,不同之处在于:
电加热层采用方阻为5Ω的石墨烯透明导电膜,形状裁剪为45*50cm长方形,石墨烯透明导电膜表面印制经设计形状的条形银浆电极,高温固化后连接导线形成电加热层,经测试整体电阻为14Ω。
透明高效阻隔层采用25μm FEP膜,第一透明成型层采用1.5mm TPU膜,第二透明成型层采用0.5mm TPU膜。
第一透明成型层与阻隔膜之间采用0.15mm PU胶膜复合,热压复合,复合压力为5MPa,温度为165℃,车速为15m/min;第二透明成型层与阻隔膜之间采用0.2mm PU胶膜复合,真空热压复合,复合压力为5MPa,温度为105℃,保温5h。
在10℃室温条件下,连接直流电源,10min内视窗可升温至42℃。经测试,该材料对丙酮、乙腈、二乙胺、二硫化碳、乙酸乙酯、甲醇、二氯甲烷、己烷、四氢呋喃、甲苯、浓硫酸、氢氧化钠、氨气、氯气、氯化氢等化学品防护性能达到480min以上,对芥子气的防护时间达到24h以上,透光率为87.3%。
实施例9
本实施例视窗材料结构同实施例1,不同之处在于:
在1.0mm厚、30*40cm的长方形透明TPU膜上铺设电阻丝,电阻丝直径为0.15mm,间距为1.0cm,铺设完毕整体电阻为12Ω,在第二透明成型层上形成电加热层。
第一透明成型层采用1.2mm PVC膜,透明高效阻隔层采用30μm的PVF膜,第二透明成型层的电阻丝面与阻隔膜PVF间粘接采用0.3mm EVA胶膜,阻隔膜PVF与第一透明成型层间粘接采用0.1mm PU胶膜,真空热压复合,复合压力8MPa,温度为128℃,保温时间为9h。
连接直流电源,电压为19V,在17℃室温条件下,3min内视窗可升温至42℃。经测试,该材料对芥子气的防护时间达到24h以上,对乙腈、二乙胺、二硫化碳、乙酸乙酯、甲醇、己烷、四氢呋喃、甲苯、浓硫酸、氢氧化钠、氨气、氯气、氯化氢等典型危化品的防护性能达到240min以上,材料透光率为88.3%。
该视窗材料通过高频焊接和热风贴条技术实现与密封担架的连接,经测试,接缝部位具备与视窗材料相同的化学防护等级,对13类典型危化品的防护性能达到240min以上,液体耐压穿透性达到13.8KPa以上。
实施例10
本实施例应用实施例3的视窗材料用于柔性遮掩体中,视窗具有柔性可弯曲,能保证高透明观察,长时间不起雾结霜。
实施例11
本实施例应用实施例1的视窗材料用于化学防护服中,电加热层连接移动电源为其供电,设置调压按钮,能够控制电加热层的加热速率,能快速升温,能保证高透明观察,长时间不起雾结霜。
本发明未述及之处适用于现有技术。