CN115652652A - 一种烟气过滤型阻燃保暖絮片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阻燃保暖织物，尤其是涉及一种烟气过滤型阻燃保暖絮片及其制备方法，该烟气过滤型阻燃保暖絮片由本质阻燃纤维和低熔点纤维交织形成后，纤维间搭接多孔聚酰亚胺薄膜；所述的本质阻燃纤维的质量分数为90‑95％；所述的低熔点纤维的质量分数为5‑10％。与现有技术相比，本发明解决了现有的抗严寒消防服无法有效拦截小粒径烟气导致消防员皮肤会被灼伤和腐蚀的问题，实现了>0.5μm粒径的烟气过滤效率≥95％。

Description

一种烟气过滤型阻燃保暖絮片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃保暖织物，尤其是涉及一种烟气过滤型阻燃保暖絮片及其制备方法。

背景技术

火灾产生的烟气中包含有各种有毒气体，其中粒径约0.5-10μm的烟气会由于分子扩散作用而穿透常规消防服，并附着于人体皮肤，这可能对消防员的皮肤产生灼伤和腐蚀。

抗严寒消防服是保护寒冷环境下消防员及其他相关行业从事人员人身安全的重要装备之一，其需具有优异的阻燃性、保暖性和强韧性。现有抗严寒消防服多选用阻燃纤维絮片作为核心保暖层，纤维间丰富的大孔(>50μm)结构无法有效拦截火灾产生的有毒烟气分子，因此，开发具有烟气过滤功能的阻燃絮片材料可以在火灾环境中有效保护消防员的全身皮肤。

中国专利CN110644143B、CN201304298Y公开了具有过滤性能的絮片及其制备方法和用途，其主要由熔喷或针刺纤维棉组成，过滤性能优异，但厚度小，难以形成蓬松的絮片结构，整体保暖性能差，无法作为抗严寒消防服的材料。中国专利CN208740139U公开了一种保暖多层结构消防员防护服装，其采用PTFE膜作为防水透湿层，虽然丰富的微孔结构对烟气具有一定拦截作用，但由于厚度薄，对高温烟气的拦截率低，难以真正保护消防员的安全。

中国专利CN104562434A公开了一种芳砜纶永久阻燃隔热保暖絮片，其原料由下述重量份的组分组成：PSA纤维90-100份，低熔点纤维0-10份；所述原料制成纤网后，经过阻燃粘合剂溶液处理后得到所述芳砜纶永久阻燃隔热保暖絮片。该专利虽然采用了蓬松的大孔结构实现有效隔热，但正由于是大孔结构，其对小粒径的烟气分子不具有良好的阻隔作用，燃烧产生的高温烟气仍然能够通过扩散作用穿透该絮片，导致皮肤的灼烧或腐蚀。

因此需要开发具有烟气过滤功能的阻燃保暖絮片。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种烟气过滤型阻燃保暖絮片及其制备方法，解决了现有的抗严寒消防服无法有效拦截小粒径烟气导致消防员皮肤会被灼伤和腐蚀的问题，实现了>0.5μm粒径的烟气过滤效率≥95％。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明第一方面公开了一种烟气过滤型阻燃保暖絮片，该烟气过滤型阻燃保暖絮片由本质阻燃纤维和低熔点纤维交织形成后，纤维间搭接多孔聚酰亚胺薄膜；

所述的本质阻燃纤维的质量分数为90-95％；所述的低熔点纤维的质量分数为5-10％。

优选地，所述的烟气过滤型阻燃保暖絮片的克重为40-500g/m²，压缩弹性回复率≥92％，导热系数≤0.05W/(m·K)；续燃时间≤2s，损毁长度≤50mm；260℃、5min下的热收缩率≤10％，无熔融；粒径>0.5μm的烟气过滤效率≥95％。

该条件下的阻燃保暖絮片制成的织物穿着轻盈、舒适，具有良好的保温性能和阻燃性能，并能够实现粒径>0.5μm的烟气的有效拦截。

优选地，所述的本质阻燃纤维为芳香族聚酰亚胺纤维、含砜基的芳香族聚合物纤维和聚苯硫醚纤维中的一种或几种。

优选地，所述的本质阻燃纤维的细度为1-10D，长度为38-64mm。

优选地，所述的低熔点纤维为低熔点聚酯纤维和聚丙烯/聚乙烯复合纤维中的一种或两种。

优选地，所述的低熔点纤维的熔点为100-150℃，细度为1-20D，长度为38-64mm。

优选地，所述的多孔聚酰亚胺薄膜的厚度为50-600nm、孔径为0.1-4μm。

本发明第二方面公开了一种制备如上任一所述的烟气过滤型阻燃保暖絮片的方法，包括如下步骤：

S1：开松混合：将本质阻燃纤维和低熔点纤维按比例混合后开松；

S2：梳理：将步骤S1开送后的混合纤维形成筵棉喂入梳理机梳理成纤网；

S3：铺网：将步骤S2得到的纤网折叠并铺设形成絮片半成品；

S4：成孔：向步骤S3得到的絮片半成品喷洒聚酰亚胺铸膜液，通过控制铸膜液流量、粘度和喷头压力调节聚酰亚胺薄膜含量及分布；

S5：烘干：将步骤S4中喷洒聚酰亚胺铸膜液后的絮片半成品烘干；

S6：冷却定型：通过风冷将步骤S5中烘干的絮片半成品冷却定型；

S7：烫光：对步骤S6中定型后的絮片半成品进行表面烫光；

S8：收卷切边：对步骤S7中烫光后的絮片半成品进行后处理，得到所述的烟气过滤型阻燃保暖絮片。

优选地，步骤S4及步骤S5中，所述的聚酰亚胺铸膜液由如下方法制得：

将聚酰亚胺和表面活性剂溶解于二氯甲烷中，并充分搅拌使聚合物完全溶解，随后静置消泡，得到所述的聚酰亚胺铸膜液。

优选地，所述的表面活性剂为双十二烷基二甲基溴化胺，聚酰亚胺铸膜液中聚酰亚胺质量分数为0.1-10wt％，表面活性剂的质量分数为0.01-0.05wt％。

优选地，所述的搅拌为分级搅拌4-6h，使聚合物完全溶解。

优选地，所述的静置消泡的时间为6-18h。

该阻燃保暖絮片可应用于如抗严寒消防服以及类似的环境中，以在实现保暖的基础上，能够有效拦截环境中的小粒径(0.5-10μm)烟气，进而能够保护人员的人身安全。

优选地，步骤S4中，铸膜液的喷洒通过控制流量(0.3-2.5L/min)、粘度(20-2000cps)和喷头压力(0.2-50MPa)，以调节聚酰亚胺薄膜含量及分布。

优选地，步骤S5中，所述的烘干为在湿度为60-90％，温度为100-150℃的连续烘箱内进行烘干。

优选地，步骤S8中，所述的后处理包括切边、计数、剪裁和卷曲等步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明选用本质阻燃纤维和低熔点纤维做絮片原材料，其中低熔点纤维在制备过程中熔融形成纤维间粘结点，在本质阻燃纤维间形成有效搭接，赋予材料优异的回弹性，本质阻燃纤维具有优异的耐高温性能，其可在高温服役环境下保持优异的热稳定性。由此制备的阻燃保暖絮片具有优异的蓬松结构，其纤维间交织形成丰富的大孔(>50μm)结构无法有效拦截火灾产生的有毒烟气分子(粒径>0.5μm)，因此，我们进一步利用成孔技术在纤维间搭接孔径为0.1-4μm的聚酰亚胺多孔膜，进而形成的丰富纳米-微米孔结构可以实现对烟气分子的有效拦截，同时聚酰亚胺优异的耐高温性保持材料在高温服役环境下结构稳定。

本发明的絮片克重为40-500g/m²，压缩弹性回复率≥92％，导热系数≤0.05W/(m·K)，续燃时间为≤2s，损毁长度≤50mm，热收缩率(260℃，5min)≤10％，无熔融，烟气(粒径>0.5μm)过滤效率≥95％；其制成的织物穿着轻盈、舒适，具有良好的保温性能和阻燃性能，并能够实现粒径>0.5μm的烟气的有效拦截。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。

如下实施例中若未作特别说明，则所用试剂可选本领域技术人员能够常规购得的市售产品，所用手段可为本领域中的常规手段。

实施例1

一种烟气过滤型阻燃保暖絮片及其制备方法，具体为：称取并开包90wt％聚酰亚胺纤维(细度为3D、长度为51mm)和10wt％的聚丙烯/聚乙烯复合纤维(熔点为110℃、细度为3D、长度为51mm)，通过开松混合和双锡林双道夫双杂乱梳理机梳理后形成均匀的定量纤网，经过铺网形成厚度为20mm，宽度为3000mm的絮片(铺网速度为25m/min，纤网输出速度为5m/min)，将获得的絮片直接输送至喷淋仓中，喷淋仓盛放含3wt％聚酰亚胺与0.02wt％双十二烷基二甲基溴化胺的二氯甲烷溶液(铸膜液)，喷淋头按照流量为0.5L/min，压力为2MPa对絮片进行铸膜液喷洒，喷洒后的纤网经过湿度为85％，温度为120℃的连续烘箱完成烘干，纤网经过强制风冷，上吹下吸，快速冷却定型后烫光、收卷切边。

最终得到的烟气过滤型阻燃保暖絮片重为230g/m²，聚酰亚胺孔径为0.6μm，压缩弹性回复率为95.2％，导热系数为0.035W/(m·K)；续燃时间为1s，损毁长度6.2mm，无熔融(GB/T 5455-2014)；热收缩率(260℃，5min)横向为5.6％，纵向为8.2％(GB 8965.1-2020)；烟气(粒径>0.5μm)过滤效率为99.2％。

实施例2

一种烟气过滤型阻燃保暖絮片及其制备方法，具体为：称取并开包95wt％芳纶(细度为2D、长度为51mm)和5wt％的聚丙烯/聚乙烯复合纤维(熔点为110℃、细度为3D、长度为51mm)，通过开松混合和双锡林双道夫双杂乱梳理机梳理后形成均匀的定量纤网，经过铺网形成厚度为20mm，宽度为3000mm的絮片(铺网速度为25m/min，纤网输出速度为5m/min)，将获得的絮片直接输送至喷淋仓中，喷淋仓盛放含2wt％聚酰亚胺与0.02wt％双十二烷基二甲基溴化胺的二氯甲烷溶液(铸膜液)，喷淋头按照流量为0.8L/min，压力为2MPa对絮片进行铸膜液喷洒，喷洒后的纤网经过湿度为75％，温度为120℃的连续烘箱完成烘干，纤网经过强制风冷，上吹下吸，快速冷却定型后烫光、收卷切边。

最终得到的烟气过滤型阻燃保暖絮片重为240g/m²，聚酰亚胺孔径为0.9μm，压缩弹性回复率为96.1％，导热系数为0.032W/(m·K)；续燃时间为1s，损毁长度9.5mm，无熔融(GB/T 5455-2014)；热收缩率(260℃，5min)横向为6.2％，纵向为9.1％(GB 8965.1-2020)；烟气(粒径>0.5μm)过滤效率为97.8％。

实施例3

一种烟气过滤型阻燃保暖絮片及其制备方法，具体为：称取并开包50wt％聚酰亚胺纤维(细度为1.5D、长度为51mm)和7wt％的聚丙烯/聚乙烯复合纤维(熔点为110℃、细度为3D、长度为51mm)，通过开松混合和双锡林双道夫双杂乱梳理机梳理后形成均匀的定量纤网，经过铺网形成厚度为20mm，宽度为3000mm的絮片(铺网速度为25m/min，纤网输出速度为5m/min)，将获得的絮片直接输送至喷淋仓中，喷淋仓盛放含4wt％聚酰亚胺与0.01wt％双十二烷基二甲基溴化胺的二氯甲烷溶液(铸膜液)，喷淋头按照流量为0.4L/min，压力为2MPa对絮片进行铸膜液喷洒，喷洒后的纤网经过湿度为85％，温度为130℃的连续烘箱完成烘干，纤网经过强制风冷，上吹下吸，快速冷却定型后烫光、收卷切边。

最终得到的烟气过滤型阻燃保暖絮片重为2350g/m²，聚酰亚胺孔径为0.4μm，压缩弹性回复率为95.5％，导热系数为0.036W/(m·K)；续燃时间为1s，损毁长度7.1mm，无熔融(GB/T 5455-2014)；热收缩率(260℃，5min)横向为5.2％，纵向为5.1％(GB 8965.1-2020)；烟气(粒径>0.5μm)过滤效率为99.7％。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烟气过滤型阻燃保暖絮片，其特征在于，该烟气过滤型阻燃保暖絮片由本质阻燃纤维和低熔点纤维交织形成后，纤维间搭接多孔聚酰亚胺薄膜；

所述的本质阻燃纤维的质量分数为90-95％；所述的低熔点纤维的质量分数为5-10％。

2.根据权利要求1所述的一种烟气过滤型阻燃保暖絮片，其特征在于，所述的烟气过滤型阻燃保暖絮片的克重为40-500g/m²，压缩弹性回复率≥92％，导热系数≤0.05W/(m·K)；续燃时间≤2s，损毁长度≤50mm；260℃、5min下的热收缩率≤10％，无熔融；粒径>0.5μm的烟气过滤效率≥95％。

3.根据权利要求1所述的一种烟气过滤型阻燃保暖絮片，其特征在于，所述的本质阻燃纤维为芳香族聚酰亚胺纤维、含砜基的芳香族聚合物纤维和聚苯硫醚纤维中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的一种烟气过滤型阻燃保暖絮片，其特征在于，所述的本质阻燃纤维的细度为1-10D，长度为38-64mm。

5.根据权利要求1所述的一种烟气过滤型阻燃保暖絮片，其特征在于，所述的低熔点纤维为低熔点聚酯纤维和聚丙烯/聚乙烯复合纤维中的一种或两种。

6.根据权利要求5所述的一种烟气过滤型阻燃保暖絮片，其特征在于，所述的低熔点纤维的熔点为100-150℃，细度为1-20D，长度为38-64mm。

7.根据权利要求1所述的一种烟气过滤型阻燃保暖絮片，其特征在于，所述的多孔聚酰亚胺薄膜的厚度为50-600nm、孔径为0.1-4μm。

8.一种制备如权利要求1-7任一所述的烟气过滤型阻燃保暖絮片的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：开松混合：将本质阻燃纤维和低熔点纤维按比例混合后开松；

S2：梳理：将步骤S1开送后的混合纤维形成筵棉喂入梳理机梳理成纤网；

S3：铺网：将步骤S2得到的纤网折叠并铺设形成絮片半成品；

S4：成孔：向步骤S3得到的絮片半成品喷洒聚酰亚胺铸膜液；

S5：烘干：将步骤S4中喷洒聚酰亚胺铸膜液后的絮片半成品烘干；

S6：冷却定型：通过风冷将步骤S5中烘干的絮片半成品冷却定型；

S7：烫光：对步骤S6中定型后的絮片半成品进行表面烫光；

S8：收卷切边：对步骤S7中烫光后的絮片半成品进行后处理，得到所述的烟气过滤型阻燃保暖絮片。

9.根据权利要求8所述的一种烟气过滤型阻燃保暖絮片的制备方法，其特征在于，步骤S4及步骤S5中，所述的聚酰亚胺铸膜液由如下方法制得：

将聚酰亚胺和表面活性剂溶解于二氯甲烷中，并充分搅拌使聚合物完全溶解，随后静置消泡，得到所述的聚酰亚胺铸膜液。

10.根据权利要求9所述的一种烟气过滤型阻燃保暖絮片的制备方法，其特征在于，所述的表面活性剂为双十二烷基二甲基溴化胺，聚酰亚胺铸膜液中聚酰亚胺质量分数为0.1-10wt％，表面活性剂的质量分数为0.01-0.05wt％。