CN113430661A - 一种防护服面料及其制备工艺及防护服 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及防护技术领域，具体公开了一种防护服面料及其制备工艺及防护服包括以下重量份的原料制成：间位芳纶60‑75份、钛白粉改性氨纶17‑25份、白炭黑改性涤纶17‑25份、富强纤维10‑18份、竹炭纤维3‑10份、聚酰亚胺纤维10‑20份；所述钛白粉改性氨纶是将氨纶于220℃‑230℃下真空熔融后加入钛白粉，保温20‑25min，57‑59rpm下搅拌15‑20min后经湿法纺丝制得；所述白炭黑改性涤纶是将白炭黑与涤纶均匀混合后，于260‑270℃下真空熔融，保温13‑15min，经干法纺丝制得；其制备方法为：（1）制备内层纤维；（2）制备中层纤维；（3）制备外层纤维；（4）纺织。本申请的产品可用于防护服制造，其具有克重轻、阻燃性好、耐高温性好且纤维强度高的优点。

Description

一种防护服面料及其制备工艺及防护服
技术领域
本申请涉及防护技术领域，更具体地说，它涉及一种防护服。
背景技术
防护服按功能类型分为健康型防护服，如防辐射服、防寒服、隔热服以及抗菌服等；安全型防护服，如阻燃服、阻燃防护服、电弧防护服、防静电服、防弹服、防刺服、宇航服、潜水服、防酸服及防虫服等；为保持穿着者卫生的工作服，如防油服、防尘服及拒水服等。
防护服主要应用于工业、电子、医疗、防化、防细菌感染等环境下的使用，因防护目的、防护原理不同而有差异。其中具有防火隔热效果的防护服可以反射热辐射，且可直接接触火焰，穿着具有防火隔热效果的防护服时可短时间穿越800至1000℃的火场。
具有防火隔热的防护服由阻燃纤维织物与真空镀铝膜的复合材料制作而成，由外到里依次由外层、隔热层、舒适层等多层织物复合而成，其中外层为具有反射辐射热的金属铝表面材料。
针对上述中的相关技术，发明人认为：具有防火效果的防护服的隔热层布料为了增强阻燃性能，克重大，其制成的防护服衣体重，穿着具有防火效果的防护服活动时负担较大。
发明内容
为了减轻防护服隔热层布料的克重，本申请提供一种防护服面料及其制备工艺及防护服。
本申请提供的一种防护服面料采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种防护服面料，采用如下的技术方案：
一种防护服面料，包括以下重量份的原料制成：间位芳纶60-75份、钛白粉改性氨纶17-25份、白炭黑改性涤纶17-25份、富强纤维10-18份、竹炭纤维3-10份、聚酰亚胺纤维10-20份；
所述钛白粉改性氨纶是将氨纶于220℃-230℃下真空熔融后加入钛白粉，保温20-25min，57-59rpm下搅拌15-20min后经湿法纺丝制得；
所述白炭黑改性涤纶是将白炭黑与涤纶均匀混合后，于260-270℃下真空熔融，保温13-15min，经干法纺丝制得。
通过采用上述技术方案，氨纶真空熔融后加入钛白粉变性，提高了氨纶的强度和耐热温度，再经湿法纺丝制成的钛白粉改性氨纶的纤维具有高纤维强度和高耐热性；使用白炭黑改性的涤纶具有高耐热温度和高纤维强度且结构紧密；由于富强纤维的湿强高、断裂伸长率小，尺寸稳定性良好，间位芳纶具有优异的耐高温性、良好的尺寸稳定性和防火性。因此采用本申请的原料和用量，提升了面料的单位克重的阻燃性和强度，从而减少了原料的用量，进而制得的面料克重较轻，且同时具有较好的阻燃性和强度。
此外，由于钛白粉在工业界的使用极为广泛，无臭无味、不溶于水、盐酸、稀硫酸、乙醇及其他有机溶剂，化学性质较为稳定，利用钛白粉改性氨纶的方法成本低，便于投入大规模工业化生产。由于目前常采用非金属矿作为硅源制备白炭黑，生产成本低，经济性好，利用白炭黑改性涤纶的方法在工业生产中生产成本低，便于投入大规模工业生产。
优选的，包括以下重量份的原料制成：间位芳纶60-75份、钛白粉改性氨纶17-25份、白炭黑改性涤纶17-25份、富强纤维10-18份、竹炭纤维3-10份、聚酰亚胺纤维13-17份。
通过采用上述技术方案，由以上范围内的质量份数的原料制成的防护服面料能够进一步提高单位克重的防护服面料的阻燃性。
优选的，所述钛白粉的添加量为所述氨纶的重量的2.7％-4％。
通过采用上述技术方案，由于钛白粉的分散性好，投入在此重量百分比范围内的钛白粉对氨纶改性，使制得的改性氨纶纤维具有高强度和高耐热程度，且不改变氨纶本身的性质，使改性后的氨纶纤维制成的面料便于加快热量和汗液散发。
优选的，所述湿法纺丝的纺丝温度为50-60℃。
通过采用上述技术方案，在此温度范围内湿法纺丝制成的氨纶具有高拉伸度和高强度的特点，同时具有良好的耐氯性和耐老化型，通过此方法制成的纤维在后续的混纺过程中表现出良好的定型能力和纺织工艺性能。
优选的，所述白炭黑的添加量为所述涤纶重量的2.7-4％。
通过采用上述技术方案，采用该范围内的质量百分比的白炭黑，能够提高涤纶的耐热温度和纤维强度，且不改变涤纶本身的性质，使制得的改性涤纶混纺后能够增加纤维内的孔隙度，加快汗液和热量的散失。
优选的，所述干法纺丝的纺丝温度为40-50℃。
通过采用上述技术方案，在此温度范围内干法纺丝制成的改性氨纶纤维物理机械性能较好、纤维质量高，由此制得的防护服面料具有更高的强度和耐磨性。
第二方面，本申请提供一种防护服面料的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种防护服面料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)制备内层纤维：将富强纤维与竹炭纤维混纺，制得内层纤维；
(2)制备中层纤维：将聚酰亚胺纤维与内层纤维混纺，聚酰亚胺纤维安全包裹内层纤维，纱支为16-18Tex，制得中层纤维；
(3)制备外层纤维：将间位芳纶、改性氨纶、改性涤纶和中层纤维混纺，间位芳纶、改性氨纶和改性涤纶完全包裹中层纤维，纱支为23-25Tex，制得外层纤维；
(4)纺织：将外层纤维纺织成布料，制得防护服面料。
通过采用上述技术方案，制作工艺简单，采用上述工艺制造的面料成本较低，适合投入大规模生产。
第三方面，本申请提供一种防护服，采用如下的技术方案：
一种防护服，包含上述的防护服面料制成的隔热层。
通过采用上述技术方案，包含上述的防护服面料制成的防护服重量轻、阻燃性好，可明显减轻穿着包含上述防护服面料制成的隔热层的防护服的克重。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、通过使用本申请优选范围内的富强纤维、竹炭纤维、聚酰亚胺纤维、钛白粉改性氨纶、白炭黑改性涤纶和间位芳纶混纺并形成由内致外层层包覆的结构，使制得的面料在单位克重下具有较好的阻燃性、耐高温性和纤维强度，具有此优选范围内的原料制成的隔热层具有较轻的克重；
2、通过钛白粉与聚氨酯脲聚合物反应后通过湿法纺丝制得改性氨纶，生产过程简单、成本低，制得的改性氨纶具有高模量、高强力和耐高温的优点，且钛白粉经济性好，用此方法生产改性涤纶的成本低，适合投入大规模生产；
3、通过白炭黑与涤纶真空熔融后通过干法纺丝制得的改性涤纶具有较好的耐热性和纤维强度，用此改性涤纶混纺制得的布料具有良好的纤维内的孔隙度，便于汗液和热量的散失，生产改性涤纶的过程简单，改性涤纶的生产效率高，且白炭黑的经济性好，用此方法生产改性氨纶的成本低，适合投入大规模生产；
4、通过处理后的改性涤纶、改性氨纶、间位芳纶、富强纤维、竹炭纤维和聚酰亚胺纤维多次混纺制成，制作工艺简单，生产成本低，适合大批量生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本发明中各原料组分如表1：
表1各原料组分的来源
Figure BDA0003134752160000031
Figure BDA0003134752160000041
实施例
实施例1
一种防护服面料，包括以下重量的原料制成：间位芳纶68kg、钛白粉改性氨纶20kg、白炭黑改性涤纶20kg、富强纤维13kg、竹炭纤维5kg、聚酰亚胺纤维13kg。
钛白粉改性氨纶的制备方法：
S1：将40kg的氨纶于220℃下真空熔融，加入1.08kg钛白粉；
S2：将S1中的产物保温20min，57rpm下搅拌15min；
S3：S2中的产物在纺丝温度为50℃、纺丝速度为100m/min下，通过湿法纺丝制备改性氨纶纤维。
白炭黑改性涤纶的制备方法：
步骤一：将1.08kg的白炭黑与40kg的涤纶混合均匀，于260℃下真空熔融；
步骤二：步骤一中的产物保温13min；
步骤三：将步骤二中的产物在纺丝温度40℃、纺丝速度400m/min下干法纺丝，制得改性涤纶纤维，溶剂选用为二甲基乙酰胺溶剂。
一种防护服面料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将富强纤维与竹炭纤维混纺制得内层纤维；
(2)将聚酰亚胺纤维和(1)中制得的内层纤维混纺，聚酰亚胺纤维完全包裹内层纤维，纱支为18Tex，制得中层纤维；
(3)将间位芳纶、钛白粉改性氨纶、白炭黑改性涤纶和(2)中制得的中层纤维混纺混纺，间位芳纶、钛白粉改性氨纶和白炭黑改性涤纶完全包裹中层纤维，纱支为25Tex，制得外层纤维；
(4)将外层纤维于织布机上纺织成布料，得防护服面料。
实施例2-13
与实施例1的不同之处在于，其各原料组分相应的重量不同，具体如表2所示。
表2实施例1-13中各原料及其重量
Figure BDA0003134752160000051
实施例14
与实施例4的不同之处在于，S1中钛白粉的添加量为1.3kg。
实施例15
与实施例4的不同之处在于，S1中钛白粉的添加量为1.6kg。
实施例16
与实施例4的不同之处在于，S1中钛白粉的添加量为1.8kg。
实施例17
与实施例14的不同之处在于，S3中纺丝温度为55℃。
实施例18
与实施例14的不同之处在于，S3中纺丝温度为60℃。
实施例19
与实施例14的不同之处在于，S3中纺丝温度为65℃。
实施例20
与实施例17的不同之处在于，步骤一中白炭黑的添加量为1.3kg。
实施例21
与实施例17的不同之处在于，步骤一中白炭黑的添加量为1.6kg。
实施例22
与实施例17的不同之处在于，步骤一中白炭黑的添加量为1.8kg。
实施例23
与实施例20的不同之处在于，步骤三中的纺丝温度为45℃。
实施例24
与实施例20的不同之处在于，步骤三中的纺丝温度为50℃。
实施例25
与实施例20的不同之处在于，步骤三中的纺丝温度为55℃。
实施例26
与实施例23的不同之处在于，制备方法不同，将14kg富强纤维、6kg竹炭纤维、13kg聚酰亚胺纤维、60kg间位芳纶、17kg钛白粉改性氨纶、17kg白炭黑改性涤纶直接混纺。
对比例
对比例1：与实施例23的不同之处在于，对比例1中去除聚酰亚胺纤维。
对比例2：与实施例23的不同之处在于，对比例2聚酰亚胺纤维的添加量为23kg。
对比例3：现有购自汕头市明达纺织有限公司生产的高强度芳纶森林消防服防火灭火服专用面料阻燃布。
性能检测试验
从实施例1-26和对比例1-3中分别随机各取3块30cm×30cm大小的布料，每3份成一组，对每组样品进行以下性能检测试验，每组三个监测数据取平均值。
试验一、热稳定性能试验
参照GA 10-2014《消防员灭火服》中附录B的热稳定性能试验的检测方法，将每份样本制成规定尺寸的式样，并对式样检测并记录数据，计算出实施例1-26和对比例1-3中式样的尺寸变化率(％)。
试验二、阻燃性能试验
参照GB/T 5455-1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》中对纺织品燃烧性能试验垂直法的检测方法，将每份样本制成规定尺寸的式样，并对式样检测并记录数据，计算出实施例1-26和对比例1-3中式样的续燃时间(s)、阴燃时间(s)及损毁长度(mm)。
试验三、纤维强度试验
按照“棉针织物的生物抛光处理”对实施例1-26和对比例1-3式样的纤维强度并记录数据，计算实施例1-26和对比例1-3中式样的强力(cN/dTex)。
试验四、单位面积质量
参照GA 10-2014《消防员灭火服》中7.9的单位面积质量的检测方法，将每份样本制成规定尺寸的式样，并对式样检测并记录数据，计算出实施例1-26和对比例1-3中式样的单位面积质量(g/m2)。
检测结果：对实施例1-26和对比例1-3制得的实验样品的检测结果如表3所示。
表3式样的性能测试结果表
Figure BDA0003134752160000071
Figure BDA0003134752160000081
Figure BDA0003134752160000091
结合实施例1-26并结合表3可以看出，各原料在实施例1-26的范围内制成的样品均符合GA 10-2014《消防员灭火服》中6.3的热稳定性能要求。
结合实施例1-26和对比例3并结合表3可以得出，实施例1-26的尺寸变化率相差不大，且均与现有的阻燃布的尺寸变化率相近，采用本申请优选范围内的原料制成的样品具有良好的耐高温性。
结合实施例23和对比例1-3并结合表3可以看出，原料中未采用聚酰亚胺纤维的式样的尺寸变化率明显更大，原料中采用过多的聚酰亚胺纤维的式样的尺寸变化率更大，即采用本申请优选范围内的聚酰亚胺纤维制成的样品具有较好的耐高温性。
结合实施例1-26和对比例3并结合表3可以看出，实施例1-26的阴燃时间和损毁长度均满足GA 10-2014《消防员灭火服》中6.2的阻燃要求。
结合实施例26和对比例3并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的原料制成的样品的阴燃时间和损毁长度均与目前现有的阻燃布的阴燃时间和损毁长度相近，即采用本申请优选范围内的原料制成的样品具有的阻燃性与现有的阻燃布的阻燃性相近。
结合实施例1-3和对比例3并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的富强纤维和竹炭纤维制成的样品相对于现有的阻燃布，续燃时间相同、阴燃时间稍短、损毁长度稍短，即采用本申请优选范围内的富强纤维和竹炭纤维制成的样品相对现有的阻燃布具有略强的阻燃性。
结合实施例3-7和对比例3并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的聚酰亚胺纤维制成的样品相较于现有的阻燃布，具有相同的续燃时间、更短的阴燃时间和更短的损毁长度，即采用本申请优选范围内的聚酰亚胺纤维相较于现有的阻燃布具有更强的阻燃性。
结合实施例23和对比例1、2并结合表3可以看出，原料中未采用聚酰亚胺纤维的样品的阴燃时间更长、损毁长度更长，原料中采用过多的聚酰亚胺纤维的样品的续燃时间相同、阴燃时间和损毁长度相较于现有阻燃布的续燃时间相同、阴燃时间相近、损毁长度更长，即原料中未采用聚酰亚胺纤维的样品的阻燃性相较于现有的阻燃布的阻燃性较差，原料中采用过多聚酰亚胺纤维的样品的阻燃性相较于现有的阻燃布的阻燃性稍差。
结合实施例4、8、9和对比例4并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的间位芳纶制成的样品相较于现有的阻燃布具有更短的阴燃时间和损毁长度，即采用本申请优选范围内的间位芳纶制成的样品相较于现有的阻燃布具有更好的阻燃性。
结合实施例4、10、11和对比例4并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的钛白粉改性氨纶制成的样品相较于现有的阻燃布具有更短的阴燃时间和损毁长度，即采用本申请优选范围内的钛白粉改性氨纶制成的样品相较于现有的阻燃布具有的阻燃性更强。
结合实施例4、12、13和对比例4并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的白炭黑改性涤纶制成的样品的阴燃时间和损毁长度更短，即采用本申请优选范围内的白炭黑改性涤纶制成的样品具有更强的阻燃性。
结合实施例4、14-16并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的钛白粉所制成的样品具有更短的阴燃时间和损毁强度；结合实施例14、17-19并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的钛白粉改性氨纶后的纺丝温度所制成的样品的阴燃时间和损毁长度更短；即采用本申请优选范围内的钛白粉改性氨纶的工艺参数所制成的样品具有更短的阴燃时间和损毁长度，采用本申请优选范围内的钛白粉改性氨纶的工艺参数所制成的样品具有更强的阻燃性。
结合实施例17、20-22并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的白炭黑所制成的样品具有更短的阴燃时间和损毁长度；结合实施例20、23-25可以看出，采用本申请优选范围内的白炭黑改性涤纶后的纺丝温度所制成的样品的阴燃时间和损毁长度更短；即采用本申请优选范围内的白炭黑改性涤纶的工艺参数所制成的样品具有更短的阴燃时间，采用本申请优选范围内的白炭黑改性涤纶的工艺参数所制成的样品具有更强的阻燃性。
结合实施例23和26并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的样品制作工艺所制成的样品具有更短的阴燃时间和损毁长度，即采用本申请优选范围内的制作工艺制成的样品具有更强的阻燃性。
结合实施例1-3、8-13和对比例1-3并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的原料制成的样品相较于现有的阻燃布的强力相近，即采用本申请优选范围内的原料制成的样品与现有的阻燃布的纤维强度相近。
结合实施例3-7和对比例1-3并结合表3可以看出，采用本申请优选范围内的聚酰亚胺纤维制成的样品相较于现有的阻燃布强力更高，未采用聚酰亚胺纤维制成的样品相较于现有的阻燃布强力更低，采用过多聚酰亚胺纤维制成的样品相较于现有的阻燃布强力更低，即采用本申请优选范围内的聚酰亚胺纤维制成的样品具有更高的纤维强度。
结合实施例4、14-16并结合表3可以看出，采用本申请优选的添加量范围的钛白粉的强力更高，采用过高添加量的钛白粉制成的样品的强力更低；结合实施例14、17-19并结合表3可以看出，采用本申请优选的钛白粉改性氨纶后纺丝温度范围内制成的样品的强力更高，采用钛白粉改性氨纶后过高纺丝温度制成的样品的强力更低；即采用本申请优选的钛白粉改性氨纶的工艺参数范围所制的样品具有更高的纤维强度。
结合实施例17、20-22并结合表3可以看出，采用本申请优选的添加量范围的白炭黑的强力更高，采用过高添加量的白炭黑制成的样品的强力更低；结合实施例20、23-25并结合表3可以看出，采用本申请优选的白炭黑改性涤纶后纺丝温度范围内所制的样品的强力更高，采用白炭黑改性涤纶后过高纺丝温度的制成的样品的强力更低；即采用本申请优选的白炭黑改性涤纶的工艺参数范围所制的样品具有更高的纤维强度。
结合实施例23、26并结合表3可以看出，采用本申请优选的面料制作工艺制成的样品的强力更高，即采用本申请优选的面料制作工艺制成的样品具有更高的纤维强度。
结合实施例1-26和对比例3并结合表3可以看出，相对于对比例3，实施例1-26均有明显的较轻的克重，且实施例1-26相较对比例3的克重均减轻了10％左右。结合实施例1-26和表3可以看出，具有相近的尺寸变化率、阴燃时间、损毁长度和强力的各样品中，实施例3中的样品具有最轻的克重；相较于目前现有的阻燃布具有更短的时间、更短的损毁长度和更高的强力的各样品中，实施例20中的样品具有最轻的克重。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种防护服面料，其特征在于：包括以下重量份的原料制成：间位芳纶60-75份、钛白粉改性氨纶17-25份、白炭黑改性涤纶17-25份、富强纤维10-18份、竹炭纤维3-10份、聚酰亚胺纤维10-20份；
所述钛白粉改性氨纶是将氨纶于220℃-230℃下真空熔融后加入钛白粉，保温20-25min，57-59rpm下搅拌15-20min后经湿法纺丝制得；
所述白炭黑改性涤纶是将白炭黑与涤纶均匀混合后，于260-270℃下真空熔融，保温13-15min，经干法纺丝制得。
2.根据权利要求1所述的一种防护服面料，其特征在于：包括以下重量份的原料制成：间位芳纶60-75份、钛白粉改性氨纶17-25份、白炭黑改性涤纶17-25份、富强纤维10-18份、竹炭纤维3-10份、聚酰亚胺纤维13-17份。
3.根据权利要求2所述的一种防护服面料，其特征在于：所述钛白粉的添加量为所述氨纶的重量的2.7%-4%。
4.根据权利要求3所述的一种防护服面料，其特征在于：所述湿法纺丝的纺丝温度为50-60℃。
5.根据权利要求2所述的一种防护服面料，其特征在于：所述白炭黑的添加量为所述涤纶的重量的2.7%-4%。
6.根据权利要求5所述的一种防护服面料，其特征在于：所述干法纺丝的纺丝温度为40-50℃。
7.一种权利要求1-6任一项所述防护服面料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备内层纤维：将富强纤维与竹炭纤维混纺，制得内层纤维；
（2）制备中层纤维：将聚酰亚胺纤维与内层纤维混纺，聚酰亚胺纤维安全包裹内层纤维，纱支为16-18Tex，制得中层纤维；
（3）制备外层纤维：将间位芳纶、钛白粉改性氨纶、白炭黑改性涤纶和中层纤维混纺，间位芳纶、改性氨纶和改性涤纶完全包裹中层纤维，纱支为23-25Tex，制得外层纤维；
（4）纺织：将外层纤维纺织成布料，制得防护服面料。
8.一种防护服，其特征在于：包括隔热层，所述隔热层由上述权利要求1-6任一项所述防护服面料制成。
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