CN102783740A

CN102783740A - 一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物及用途

Info

Publication number: CN102783740A
Application number: CN2012102931210A
Authority: CN
Inventors: 于伟东; 郝立才; 杜赵群; 刘晓艳
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2032-08-16
Also published as: CN102783740B

Abstract

本发明涉及一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物及用途，其由至少一组面向火焰的高反射率金属箔、支撑金属箔的非织造布、带有相变粉末的非织造毡并逐一向内层合而成，再加最里层阻燃织物构成防火绝热复合织物，或不加阻燃织物的复合织物，而与其他形式的耐温隔热材料直接层合。该复合织物，可通过多组层合使阻燃织物的外侧保持在50℃以下的人体皮肤安全温度。其自然厚度为5～30mm，实际压紧厚度为3～15mm；单组平方米重量在100～400g/m²，为完全密闭、缝制粘合的，适用于500～1000℃的高温和火场中的防护和隔热材料，可用于消防、军事、探险、工业等高温特殊场合的人体防护和环境隔热。

Description

一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物及用途

技术领域

本发明涉及一种人体或环境温度隔热与防护的轻薄柔性复合材料技术，尤其涉及一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物及该复合织物的用途，是消防、军事、探险、工业等特殊场合的人体防护和环境隔热的重要材料。

背景技术

火场等高温特殊场合(如探险、明火高温施工、战争等)的主导传热方式为辐射热。资料表明，明火火场的温度为60～1100℃，热流中辐射热所占的比例为50～60％，辐射热通量的峰值集中在167.5kW/m²～226.1kW/m²。辐射热是以电磁波的形式传播，故而人体在明火高温强辐射热环境中暴露时，辐射热通量很容易超过人体生理正常平衡过程的承受能力，从而造成人体皮肤烧伤甚至死亡。因此，消防类防明火绝热织物不仅要轻质、柔软和无移动障碍等，而且本身要耐火、耐高温、高强，且具有优良的抗辐射热渗透性能，以实现多明火火源或强辐射热源的高效隔绝及对人体的安全有效防护。

对于抗辐射热渗透的消防类热防护材料，近年来有较多的研究和专利。如消防员隔热防护服面料(专利号CN200920211471.1)由铝箔、PET聚酯膜和芳纶纤维平纹机织基布组成，其中铝箔为7μm厚的压延铝箔；该发明取得良好的辐射热发射效果，但由于厚度和PET聚酯膜热稳定性的限制，其在明火火场中的热防护效果甚为有限。抗热辐射耐高温阻燃防护服面料(专利号CN200920309275.8)采用由内向外的耐热、阻燃织物纤维层、胶粘剂层和抗热辐射的防护层的复合结构，其中抗热辐射防护层为20～25μm的聚酯镀铝膜；该发明的防护服面料具有较好的抗热辐射性，且质轻、耐高温、收缩率小，但单聚酯镀铝膜不仅耐高温性能极为有限，而且隔热性低下。

铝箔防火隔热手套(专利号CN201020276197.9)由耐焰层、隔热层和内里层组成的多层复合织物制成。其中耐焰层由铝箔层和以芳纶与抗静电棉按Ripstop规律混纺编织的织物层复合而成；隔热层采用永久性阻燃无纺布。手套降低了与热源接触的危险，增强了对高温的隔离防护，但辐射热防护性能较差。具有反射层、辐射层多重结构的隔热涂层织物(专利号CN201020253770.4)，由基布和涂覆在基布上的隔热浆料制得，其中隔热浆料为辐射功能层和含中空玻璃微球的反射功能层的两层结构。涂层织物通过反射层的反射功能后再通过辐射层的辐射功能可实现良好的防火隔热效果。

抗热辐射耐高温面料(专利号CN201020644530.7)，由外向内分别为厚度为20-25μm的耐高温的聚酯镀铝薄膜防护层、厚度为2-6μm的聚氨酯胶粘剂胶黏层和硅酸铝纤维层复合而成。这种面料主要是针对辐射热防护，聚酯镀铝薄膜虽具有一定的高温稳定性，但在面对火场高温强热流环境时很容易被熔融破坏。消防服用阻燃相变隔热层织物(专利号CN201010233816.0)，是将由50～90％的芳纶1313纤维、5～20％的碳纤维及0～30％的阻燃粘胶纤维组合而成的非织造纤维毡浸入制得的阻燃相变燃微胶囊工作液中，经二浸二轧工艺加工制备而成。所得织物虽具有较好的阻燃和调温性能，但由于相变微胶囊的限制难于在高温火场环境下使用。

抗热辐射阻燃防护服面料(专利号CN201010299299.7)从外到内依次由高温隔离纤维织物层、抗热辐射防护层、耐热阻燃纤维织物层和隔热层复合而成，但其主要是针对辐射热和阻燃，而难以在火场高温环境中长时间安全使用。

抗光热辐射纳米复合织物涂层材料(专利号CN200910181069.8)，通过特殊工艺可在织物表面形成陶瓷光热反射层，纳米钛化合物反射层及稳定层，起到对近红外线与可见光进行反射。测试结果表明复合纳米织物涂层能够反光热辐射可达81％以上。

隔热复合膜(专利号CN200510024710.9)是本专利申请人以前的发明专利，采用由高强低导热系数的高聚物基膜、高反射性能的金属层、高隔热性的氧化金属层和低导热性可热粘合的高聚物外覆膜复合而成的结构实现高低温环境下(-150～200℃)的高效、轻质、柔性多功能热防护，但该专利只是解决隔热。隔热保温柔软薄型复合织物(专利号CN200410066650.2)是本专利申请人以前的发明专利，一面采用耐高、低温的高性能的涂层织物，另一面采用柔软、舒适、防霜、防凝露的涂层织物，中间采用多层隔热的高聚物与金属复合膜构成的复合织物，多层复合间可带厚度、尺寸稳定的衬网织物，实现一面可承受高温、低温或高、低温复合作用，一面保持5～35℃近室温状态；本发明的复合织物的自然厚度在3～12mm，平方米重量在150～550g/m²，可实现-130～120℃条件下的隔热与防护。虽适用广泛，但隔热效果有限。该专利不是防火用途，并且所用聚合物基铝膜的高温稳定性很差，而且制备方法不同。

以上专利技术所制得热防护织物或服装虽具有较好的防火绝热效果，但在实际高温强辐射环境中，仍会在极短时间内形成局部过热而造成人体发生烧伤或灼伤，以及因冲击和刺割造成织物的破坏而热防护体系的失效。其本质是纺织材料面对火场强辐射热流环境的热隔绝性不足。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种对高温和高辐射热环境绝热效果优良、柔性、轻质的防火绝热复合织物。本发明的另一个目的是提供一种上述防火绝热复合织物的应用。

为了达到上述目的，本发明的原理是通过多组高反射金属箔、支撑非织造布、相变材料和耐高温纤维毡的复合结构及其多组层合复合织物，对辐射热的多层反射隔绝以及对剩余热量的导通扩散传递和均布耗散，实现对明火场高温强辐射热环境的隔绝和对人体的安全防护。以多组高热反射性金属箔、支撑金属箔的非织造布和含相变材料的非织造毡的层合复合结构作为对明火高辐射热的多层反射和导通散热与增强功能结构层；以阻燃棉织物或阻燃涤纶织物或Nomex织物作为绝热舒适层，保证人体穿着舒适；以上述功能层复合而成的织物作为多层反射和导通的防火绝热防护体系。防火绝热复合织物具有轻质、柔性、高强、高温热稳定性和辐射热防护性能优良、可重复使用等特点。此多层反射和导通的防火绝热复合织物各单组面向热源的次序为高反射金属箔、支撑金属箔的非织造布、含相变材料粉末的非织造毡复合层，以及阻燃织物舒适隔热层、或其他形式的耐温隔热材料层。从而构成系统、高效、轻质、柔性的防火绝热体系并实现对人体的高效安全防护。

本发明的一个具体技术方案是提供了一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，包括至少一组复合层组，在复合层组面向人体方向的一面上层合有耐温隔热材料层，该复合层组包括从面向火焰方向至面向人体方向依次层合的高反射率金属箔、用于支撑金属箔的耐高温非织造布及带有相变粉末的非织造毡。

优选地，所述耐温隔热材料层为阻燃织物。

优选地，所述阻燃织物为阻燃棉织物、阻燃涤纶织物或Nomex纤维织物中的一种。

优选地，所述高反射率金属箔、所述耐高温非织造布、所述非织造毡及所述阻燃织物之间均采用缝合或粘合的方式加工，相邻两组所述高反射率金属箔之间、相邻两组所述耐高温非织造布之间、相邻两组所述非织造毡之间及相邻两组所述阻燃织物之间均采用缝合或粘合的方式加工，从而组成完全密闭的系统。

优选地，所述金属箔可对辐射热实现高反射和对进入热量的快速扩散，其是厚度为5～10μm的纯金属铝箔或铝合金箔；所述耐高温非织造布由玻璃纤维或玄武岩纤维制成。

优选地，所述相变粉末为在200～500℃发生相变的固-液相变材料；所述非制造毡由耐高温纤维制得。

优选地，该防火绝热复合织物的自然厚度为5～30mm，实际压紧厚度为3～15mm；单组平方米重量在100～400g/m²。

优选地，多组所述复合层组层合，从而保证层合后的复合织物的面向人体所在方向一侧保持在50℃以下的人体皮肤安全温度条件下。

优选地，每组所述复合层组内的相变粉末的相变温度为向着人体方向逐层减低。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的多层反射与相变功能的防火绝热复合织物的应用，其特征在于：用于500～1000℃的高温和火场强热流环境条件下使用的隔热防护材料。

本发明针对高温强辐射热火场环境(500～1000℃)下的应用需求，采用多层反射隔绝和导通散热与增强原理，综合利用高反射性金属箔、金属丝、相变材料和耐高温纤维织物进行复合加工，实现对火场强辐射热沿复合织物厚度方向的渗透和传导的有效阻隔，使热防护服靠近人体皮肤测的温度在皮肤安全温度条件下，实现对人体的高效防护。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、复合织物为具有多组反射和导通功能的复合结构，加强了对明火火场高温强辐射环境的多层反射隔绝和导通散热与增强的能力，从而实现对人体的安全有效防护。

2、复合织物功能合理、完整：各功能结构层可实现有效的功能分解和分担，复合织物可根据具体的温度使用条件选择合理的组数和相应的隔热纤维材料。

3、复合织物组合成形方便，只需粘合或缝合成形，适用领域广，可用于火场、战场等抢险救生环境的服装，也可用于航空航天防护材料。

附图说明

图1为多层反射与相变功能的防火绝热复合织物的层状结构示意图。

图中：1-金属箔，面向明火源；2-非织造布；3-非织造毡；4-相变粉末；5-阻燃织物。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明提供了一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，包括一组从面向火焰方向至面向人体方向依次层合的高反射率金属箔1、用于支撑金属箔1的耐高温非织造布2、带有相变粉末4的非织造毡3及耐温隔热材料层。

其中，耐温隔热材料层可以采用阻燃织物5，也可以采用其他形式的耐温隔热材料(例如隔热膜、或隔热板)。阻燃织物5主要是针对经其他各结构层对高温火场的分解分担后的剩余高温进行后续隔热降温以保证人体穿着舒适。阻燃织物5为阻燃棉织物、阻燃涤纶织物或Nomex纤维织物中的一种。

金属箔1是厚度为5～10μm的纯金属铝箔或铝合金箔，其可对高温火场的强辐射热实现高反射，且能阻止进入热量的快速扩散和耐受高温火焰的冲击。

用于支撑金属箔1的耐高温非织造布2由玻璃纤维或玄武岩纤维制成。

相变粉末4为在200～500℃发生相变的固-液相变材料，由该固-液相变材料实现对传递到织物内部能量的吸收隔绝和耗散，从而实现对火场高温强热流的温度截止和热能耗散。

非制造毡3由耐高温纤维制得，具体纤维类别可根据各组的相变温度在耐高温纤维在安全使用温度以下进行选择。

高反射率金属箔1、耐高温非织造布2、非织造毡3及阻燃织物5之间均采用缝合或粘合的方式加工，相邻两组高反射率金属箔1之间、相邻两组耐高温非织造布2之间、相邻两组非织造毡3之间及相邻两组阻燃织物5之间均采用缝合或粘合的方式加工，从而组成完全密闭的系统。所采用的粘合剂或缝合线均要具有较好的导热性能，以保证复合织物层间传热的导通

该防火绝热复合织物的自然厚度为5～30mm，实际压紧厚度为3～15mm；单组平方米重量在100～400g/m²。

本发明还提供了一种上述的多层反射与相变功能的防火绝热复合织物的应用，所述多层反射与相变功能的防火绝热复合织物通过由外向内的多层的反射和相变吸热，实现对外界明火等高温高热环境的逐层热反射与耗散；若直接使用该多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，采用多组所述多层反射与相变功能的防火绝热复合织物层合，使层合后的复合织物的外侧保持在50℃以下的人体皮肤安全温度条件下。每层多层反射与相变功能的防火绝热复合织物内的相变粉末的相变温度为向着人体方向逐层减低，即第i层的多层反射与相变功能的防火绝热复合织物的相变粉末的相变温度高于第i+1层的多层反射与相变功能的防火绝热复合织物的相变温度；i＝1，2，…n；n为层合组数，一般取值范围为1～8。

本发明提供的一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物用于500～1000℃的高温和火场强热流环境条件下使用的隔热防护材料。

以下结合具体数据来进一步说明本发明。

实施例一

采用本发明的防火绝热复合织物，由一组热反射铝箔、含不锈钢纤维的玄武岩纤维增强复合织物、含在450℃左右发生相变的高温相变材料的玄武岩纤维非织造毡和阻燃棉纤维织物复合而成。其中外层金属铝箔采用厚度为10μm的纯铝箔；不锈钢纤维的直径为15μm，含不锈钢纤维的玄武岩纤维非织造布的厚度为0.26mm，平方米重量为115g/m²；含相变材料粉末的玄武岩纤维非织造毡的压紧厚度为3.43mm，平方米重量为196.2g/m²；内层阻燃棉纤维织物的厚度为0.29mm，平方米重量为88.8g/m²。一组4层反射与导通功能的防火绝热复合织物的压紧厚度为3.98mm，自然厚度为6.52mm，平方米重量为400g/m²；其外侧在600℃明火高温强热流环境下持续5min，可保持内侧温度在50℃以下。

实施例二

采用本发明的防火绝热复合织物，先由热反射铝合金箔、含铜丝的玻璃纤维增强复合织物和前两组含在450℃左右和后两组含在190℃左右发生相变的高温相变材料的玻璃纤维非织造毡这三层复合成各自一组，其中各组中金属铝箔均采用厚度为8μm的铝合金箔；不锈钢纤维的直径为8μm，含不锈钢纤维的玻璃纤维非织造布的厚度为0.33mm，平方米重量为124.4g/m²；含相变材料粉末的玻纤非织造毡的压紧厚度为2.76mm，平方米重量为197.8g/m²；内层阻燃涤纶织物的厚度为0.48mm，平方米重量为120.2g/m²。再由四组此3层复合物层合、再加上阻燃涤纶织物构成的具有反射与导通功能的防火绝热复合织物。该复合织物的压紧厚度为12.84mm，自然厚度为16.25mm，平方米重量为1409g/m²。当其外侧在1000℃的明火高温强热流环境下，可持续6min，并保持内侧温度在45℃以下。

实施例三

采用本发明的防火绝热复合织物，先由热反射铝箔、含不锈钢纤维的玄武岩纤维增强复合织物和前两组含在450℃、当中三组含在310℃、后三组含在190℃左右发生相变的高温相变材料的玻璃纤维非织造毡这三层复合而成各自一组，其中各组中金属铝箔均采用厚度为8μm的纯铝箔；不锈钢纤维的直径为6.5μm，含不锈钢纤维的玄武岩纤维非织造布的厚度为0.23mm，平方米重量为98.6g/m²；含相变材料粉末的玻璃纤维非织造毡的压紧厚度为1.76mm，平方米重量为105.8g/m²，内层可直接用于贴于板材或内衬Nomex纤维织物。本实施例直接对此3层结构的八组进行层合，得到具有反射与导通功能的防火绝热复合织物，其压紧厚度为15.92mm，自然厚度为24.64mm，平方米重量为1635.2g/m²，。当该复合织物的外侧在1000℃的明火高温强热流环境下持续12min，可保持内侧温度在45℃以下。

Claims

1.一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，包括至少一组复合层组，在复合层组面向人体方向的一面上层合有耐温隔热材料层，该复合层组包括从面向火焰方向至面向人体方向依次层合的高反射率金属箔(1)、用于支撑金属箔(1)的耐高温非织造布(2)及带有相变粉末(4)的非织造毡(3)。

2.如权利要求1所述的一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，其特征在于：所述耐温隔热材料层为阻燃织物(5)。

3.如权利要求2所述的一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，其特征在于：所述阻燃织物(5)为阻燃棉织物、阻燃涤纶织物或Nomex纤维织物中的一种。

4.如权利要求2所述的一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，其特征在于：所述高反射率金属箔(1)、所述耐高温非织造布(2)、所述非织造毡(3)及所述阻燃织物(5)之间均采用缝合或粘合的方式加工，相邻两组所述高反射率金属箔(1)之间、相邻两组所述耐高温非织造布(2)之间、相邻两组所述非织造毡(3)之间及相邻两组所述阻燃织物(5)之间均采用缝合或粘合的方式加工，从而组成完全密闭的系统。

5.如权利要求1所述的一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，其特征在于：所述金属箔(1)可对辐射热实现高反射和对进入热量的快速扩散，其是厚度为5～10μm的纯金属铝箔或铝合金箔；所述耐高温非织造布(2)由玻璃纤维或玄武岩纤维制成。

6.如权利要求1所述的一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，其特征在于：所述相变粉末(4)为在200～500℃发生相变的固-液相变材料；所述非制造毡(3)由耐高温纤维制得。

7.如权利要求1所述的一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，其特征在于：该防火绝热复合织物的自然厚度为5～30mm，实际压紧厚度为3～15mm；单组平方米重量在100～400g/m²。

8.如权利要求1所述的一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，其特征在于：多组所述复合层组层合，从而保证层合后的复合织物的面向人体所在方向一侧保持在50℃以下的人体皮肤安全温度条件下。

9.如权利要求8所述的一种多层反射与相变功能的防火绝热复合织物，其特征在于：每组所述复合层组内的相变粉末的相变温度为向着人体方向逐层减低。

10.一种如权利要求1所述的多层反射与相变功能的防火绝热复合织物的应用，其特征在于：用于500～1000℃的高温和火场强热流环境条件下使用的隔热防护材料。