專利名稱：一種相變功能復(fù)合氈及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能、可循環(huán)使用的絕熱相變復(fù)合氈及復(fù)合氈的制備方法，屬于人體或環(huán)境溫度隔熱與防護的智能復(fù)合材料技術(shù)。
背景技術(shù)：
火場等高溫或高熱環(huán)境均存在絕熱耐久的要求，因此長時間防火絕熱織物的開發(fā)一直是研究的前沿課題?？椢锏慕^熱耐久最直接的體現(xiàn)為在長時間暴露于高溫或高熱環(huán)境時保證人體安全，即人體不發(fā)生皮膚燒傷或灼傷。相變材料PCM(Phase Change Material)由于其相變過程可實現(xiàn)對環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)，從而具有良好的隔熱延時效果，故而在防火絕熱紡織品中得到較為廣泛的應(yīng)用。對于相變功能紡織品，近年來有較多的研究和專利。如可降溫多層結(jié)構(gòu)消防員防 護服裝(專利號為CN201020509142. 8)采用多層結(jié)構(gòu)的服裝本體和若干個裝有可重復(fù)吸熱和放熱的凝膠狀蓄冷劑的蓄冷降溫袋實現(xiàn)消防環(huán)境中的熱防護，其中蓄冷劑為潛熱值在200kJ/kg以上的高比熱的功能性高分子材料；所制服裝可有效降低消防員穿著防護服進行較長時間作業(yè)時產(chǎn)生的生理熱應(yīng)激，但蓄冷劑直接密封在蓄冷降溫袋中，其防火絕熱效果有限?；馂?zāi)安全防護服面料(專利號為CN201020267605. 4)采用從外至內(nèi)的阻燃防火層、防水透汽層和隔熱層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中隔熱層由無紡布層與含有相變微膠囊的泡沫層粘結(jié)而成，相變物質(zhì)為相變溫度在30 80°C的直鏈烷烴有機物，阻燃防火層與防水透汽層之間設(shè)有鎳-鈦形狀記憶合金彈簧。該發(fā)明所用相變材料PCM的相變溫度太低，相變耗能偏低，吸熱延時效果有限。智能調(diào)溫紡織品(專利號為CN200710057493. 2)將醇類PCM嵌入到導熱系數(shù)較高的二氧化硅三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠中而制成納米至微米級的復(fù)合相變材料，然后將復(fù)合PCM涂層在紡織面料的表面而制成；其中復(fù)合相變材料的性能穩(wěn)定且具有較高的相變焓(56 196kJ/kg)及適宜的調(diào)溫區(qū)間(13 45°C )。該發(fā)明所得調(diào)溫紡織品僅適用于50°C以下的環(huán)境條件，無法在火場高溫條件下使用。含相變材料微膠囊的紡織布料及包裝材料(專利號為CN200610035883. 5)是通過點綴絲印技術(shù)，將由相變溫度為-50 150°C的微米或納米粉體相變材料制得的微膠囊相變材料涂層到布料或包裝材料上制得。產(chǎn)品可用作諸如煉鋼、消防等特種行業(yè)的特殊功能服裝或用于保溫的包裝材料等。該發(fā)明所得材料由于相變微膠囊中PCM效率偏低而導致材料隔熱功能有限。相變耐高溫輸送帶(專利號為CN200810136563. 8)是將納米硅/醇相變物質(zhì)添加到輸送帶內(nèi)膠帶的配方中，實現(xiàn)膠帶耐熱溫度可調(diào)，并實現(xiàn)輸送帶250 500°C的耐溫功能。雖有較高的耐高溫性能，但仍不能在火場高溫環(huán)境下長時間使用。由以上專利技術(shù)可以看出，所得紡織制品或材料雖然均具有一定的隔熱效果和相變調(diào)溫性能，但所用相變材料還僅限于低溫范圍(30 150°C )，而且主要是通過將相變材料包封在直徑10. Oym內(nèi)的微膠囊載體系統(tǒng)中而后應(yīng)用于紡織制品，這在很大程度上影響了相變材料功效的發(fā)揮和長時間的實用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種輕質(zhì)、柔性、絕熱效果優(yōu)良、智能的非織造復(fù)合氈。本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述復(fù)合氈的制備方法。為了達到上述目的，本發(fā)明的原理是將相變粉末通過振動分散和控溫熔融粘附在耐高溫非織造氈中纖維上，使相變粉末在非織造氈中呈梯度分布并粘附在其中的纖維上形成固定，當該復(fù)合氈受到高于其中相變材料激發(fā)溫度的高溫高熱作用時，便可發(fā)生相變而大量吸熱限溫，起到良好的隔熱和延時升溫效果，從而實現(xiàn)對火場高溫高熱環(huán)境的隔絕和耗散。本發(fā)明的一個具體技術(shù)方案是提供了一種相變功能復(fù)合氈，其特征在于包括由·耐高溫纖維制成的非織造氈，在耐高溫纖維上粘附有相變粉末。優(yōu)選地，在所述非織造氈的下部襯有底布。優(yōu)選地，所述底布是用與所述非織造氈相同的耐高溫纖維或耐溫性能更優(yōu)的耐高溫纖維制成；所述底布為非織造布或為機織布，其密度要大于所述非織造氈，以防止未粘附的所述相變粉末丟失和增強所制成的相變功能復(fù)合氈。優(yōu)選地，所述耐高溫纖維為無機耐高溫纖維，或為芳香族耐高溫纖維。優(yōu)選地，所述無機耐高溫纖維為玻璃纖維或玄武巖纖維。優(yōu)選地，當所述耐高溫纖維為無機耐高溫纖維時，所述相變粉末是在50 600°C可發(fā)生固-液相變的粉末材料，該粉末材料由無毒、無揮發(fā)和無腐蝕性的物質(zhì)產(chǎn)生；當所述耐高溫纖維為芳香族耐高溫纖維時，所述相變粉末是在50 320°C可發(fā)生固-液相變的粉末材料，以免纖維本身熱降解損傷。本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供了一種上述的的相變功能復(fù)合氈的制備工藝，其特征在于將相變粉末均勻地撒在非織造氈上，通過同步抖動和加熱控制，使進入非織造氈的相變粉末在不同的纖維層中熔融并粘附在非織造氈的耐高溫纖維上，形成相變粉末呈自然梯度分布的相變功能復(fù)合氈。優(yōu)選地，所述的相變功能復(fù)合氈的厚度為彡1_，平方米重量在彡80g/m2。本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供了上述的的相變功能復(fù)合氈的應(yīng)用，其特征在于所述相變功能復(fù)合氈可單獨單層使用或多層使用，也可作為復(fù)合隔熱材料的某一功能層使用；使用時，可以相變粉末分布多的一側(cè)面向高溫熱源，從而達到快速激發(fā)限溫和逐步吸熱耗能延時升溫的功效；亦可以將相變粉末分布少的一側(cè)面向高溫熱源，可以達到逐步向內(nèi)激發(fā)耗熱降溫并逐漸增強相變吸熱量，以實現(xiàn)對人體或環(huán)境的智能高效防護。本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供了一種上述的相變功能復(fù)合氈的用途，其特征在于用于高溫或強熱流火場條件下的人體防護服和環(huán)境隔熱材料。本發(fā)明提供的相變功能復(fù)合氈主要是通過將相變材料粉末分散并粘附在耐高溫非織造氈內(nèi)部的微小孔洞中，再加底布或不加底布復(fù)合而成，其中相變材料在非織造氈中呈梯度分布，充分利用高溫相變材料的高吸收耗熱性能，實現(xiàn)對火場等高溫或高熱環(huán)境的隔絕和耐久以及對人體的智能高效防護。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括如下優(yōu)點I、相變功能復(fù)合氈為單層復(fù)合結(jié)構(gòu)，相變材料在氈內(nèi)呈梯度分布，高相變粉末含量面對火焰時，可快速感應(yīng)激發(fā)消耗熱能限溫并逐步向內(nèi)激發(fā)耗熱限溫；低相變粉末含量面對火焰時，能逐步向內(nèi)激發(fā)耗熱降溫并逐漸增強相變耗熱量，達到對高溫或高熱環(huán)境的熱能耗散和逐步降溫的絕熱效果，是極為重要的智能、安全和高效的熱防護基材。2、相變功能復(fù)合氈中的相變粉末是通過達到其相變溫度點成為液體時，固定在氈中纖維上，可使相變粉末的分布狀態(tài)穩(wěn)定，從而克服相變粉末的移動、集聚引起的分布不勻，大大提聞吸熱和隔熱效能。3、由于下襯高密底布，可保證在單獨使用時的增強和防止相變材料粉末的丟失。4、相變功能復(fù)合氈加工制備工藝簡單，可實現(xiàn)氈耐高溫、高熱沖擊和隔熱的耐久性。 5、相變功能復(fù)合氈具有輕質(zhì)、柔性、智能、高溫熱穩(wěn)定性優(yōu)良、可重復(fù)使用的特點可單獨單層或多層使用，也可作為復(fù)合隔熱材料的某一功能層使用，調(diào)節(jié)和改變隔熱功能方便、快捷。


圖I為相變功能復(fù)合氈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為制備工藝的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如圖I所示，為本發(fā)明提供的一種相變功能復(fù)合氈，其特征在于包括由耐高溫纖維制成的非織造氈1，在耐高溫纖維上粘附有相變粉末2。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)需要，在非織造氈I的下部襯底布3。所述底布3是用與所述非織造氈相同的耐高溫纖維或耐溫性能更優(yōu)的耐高溫纖維制成；所述底布3為非織造布或為機織布，其密度要大于所述非織造氈1，以防止未粘附的所述相變粉末2丟失和增強所制成的相變功能復(fù)合氈。非織造氈I中的耐高溫纖維為無機耐高溫纖維，例如玻璃纖維或玄武巖纖維，或為任意一種芳香族耐高溫纖維。當所述耐高溫纖維為無機耐高溫纖維時，所述相變粉末是在50 600°C可發(fā)生固-液相變的粉末材料，該粉末材料由無毒、無揮發(fā)和無腐蝕性的物質(zhì)產(chǎn)生；當所述耐高溫纖維為芳香族耐高溫纖維時，所述相變粉末是在50 320°C可發(fā)生固-液相變的粉末材料，以免纖維本身熱降解損傷。結(jié)合圖2，本發(fā)明還提供了一種上述的相變功能復(fù)合氈的制備工藝，其特征在于將相變粉末2均勻地撒在非織造氈I上，通過同步抖動和加熱控制，使進入非織造氈I的相變粉末2在不同的纖維層中熔融并粘附在非織造氈I的耐高溫纖維上，形成相變粉末2呈自然梯度分布的相變功能復(fù)合氈。相變功能復(fù)合氈的厚度為> 1mm，平方米重量在> 80g/m2o在使用時，所述相變功能復(fù)合氈可單獨單層使用或多層使用，也可作為復(fù)合隔熱材料的某一功能層使用；使用時，可以相變粉末2分布多的一側(cè)面向高溫熱源，從而達到快速激發(fā)限溫和逐步吸熱耗能延時升溫的功效；亦可以將相變粉末2分布少的一側(cè)面向高溫熱源，可以達到逐步向內(nèi)激發(fā)耗熱降溫并逐漸增強相變吸熱量，以實現(xiàn)對人體或環(huán)境的智能高效防護。下述具體實施例I 5是選擇不同的纖維材料、相變粉末和底布，不同的厚度和平方米質(zhì)量，實際制備本發(fā)明所述的相變功能復(fù)合氈，并對所得復(fù)合氈在不同高溫條件下的內(nèi)側(cè)即反面限定最高溫度及其持續(xù)最長時間進行實測，詳見下表。實施例I采用本發(fā)明的相變功能復(fù)合氈的層次結(jié)構(gòu)和如下表的材料，并采用本發(fā)明所述的制備方法所制得的相變功能復(fù)合氈，將其置于650°C高溫熱源條件下，實測的內(nèi)側(cè)即反面限·定的最高溫度及其持續(xù)最長時間如下表實施例I欄所示。實際目測觀察，表面完好無損，相變材料無熔融滴落，揉搓和彎折無明顯脆化點或裂紋。由此證明該變功能復(fù)合氈防火絕熱性能穩(wěn)定。實施例2采用本發(fā)明的相變功能復(fù)合氈的層次結(jié)構(gòu)和如下表的材料，并采用本發(fā)明所述的制備方法所制得的相變功能復(fù)合氈，將其置于700°C高溫熱源條件下，實測的內(nèi)側(cè)即反面限定的最高溫度及其持續(xù)最長時間如下表實施例I欄所示。實際目測觀察，表面完好無損，相變材料無熔融滴落，揉搓和彎折無明顯脆化點或裂紋。由此證明該變功能復(fù)合氈絕熱性能優(yōu)良。實施例3采用本發(fā)明的相變功能復(fù)合氈的層次結(jié)構(gòu)和如下表的材料，并采用本發(fā)明所述的制備方法所制得的相變功能復(fù)合氈，將其置于650°C高溫熱源條件下，實測的內(nèi)側(cè)即反面限定的最高溫度及其持續(xù)最長時間如下表實施例I欄所示。實際目測觀察，表面完好無損，相變材料無熔融滴落，揉搓和彎折無明顯脆化點或裂紋。由此證明該變功能復(fù)合氈絕熱性能優(yōu)良。實施例4采用本發(fā)明的相變功能復(fù)合氈的層次結(jié)構(gòu)和如下表的材料，并采用本發(fā)明所述的制備方法所制得的相變功能復(fù)合氈，將其置于700°C高溫熱源條件下，實測的內(nèi)側(cè)即反面限定的最高溫度及其持續(xù)最長時間如下表實施例I欄所示。實際目測觀察，表面完好無損，相變材料無熔融滴落，揉搓和彎折無明顯脆化點或裂紋。由此證明該變功能復(fù)合氈絕熱性能優(yōu)良。實施例5采用本發(fā)明的相變功能復(fù)合氈的層次結(jié)構(gòu)和如下表的材料，并采用本發(fā)明所述的制備方法所制得的相變功能復(fù)合氈，將其置于650°C高溫熱源條件下，實測的內(nèi)側(cè)即反面限定的最高溫度及其持續(xù)最長時間如下表實施例I欄所示。實際目測觀察，表面完好無損，相變材料無熔融滴落，揉搓和彎折無明顯脆化點或裂紋。由此證明該變功能復(fù)合氈絕熱性能優(yōu)良。
相變功能復(fù)合氈的構(gòu)成和實際隔熱效果表
權(quán)利要求
1.一種相變功能復(fù)合氈，其特征在于包括由耐高溫纖維制成的非織造氈(1)，在耐高溫纖維上粘附有相變粉末(2)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種相變功能復(fù)合氈，其特征在于在所述非織造氈(I)的下部襯有底布(3)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種相變功能復(fù)合氈，其特征在于所述底布(3)是用與所述非織造氈相同的耐高溫纖維或耐溫性能更優(yōu)的耐高溫纖維制成；所述底布(3)為非織造布或為機織布，其密度要大于所述非織造氈(I)，以防止未粘附的所述相變粉末(2)丟失和增強所制成的相變功能復(fù)合氈。
4.如權(quán)利要求I所述的一種相變功能復(fù)合氈，其特征在于所述耐高溫纖維為無機耐高溫纖維，或為芳香族耐高溫纖維。
5.如權(quán)利要求4所述的一種相變功能復(fù)合氈，其特征在于所述無機耐高溫纖維為玻璃纖維或玄武巖纖維。
6.如權(quán)利要求4所述的一種相變功能復(fù)合氈，其特征在于當所述耐高溫纖維為無機耐高溫纖維時，所述相變粉末是在50 600°C可發(fā)生固-液相變的粉末材料，該粉末材料由無毒、無揮發(fā)和無腐蝕性的物質(zhì)產(chǎn)生；當所述耐高溫纖維為芳香族耐高溫纖維時，所述相變粉末是在50 320°C可發(fā)生固-液相變的粉末材料，以免纖維本身熱降解損傷。
7.—種如權(quán)利要求I所述的的相變功能復(fù)合氈的制備工藝，其特征在于將相變粉末(2)均勻地撒在非織造氈⑴上，通過同步抖動和加熱控制，使進入非織造氈⑴的相變粉末(2)在不同的纖維層中熔融并粘附在非織造氈(I)的耐高溫纖維上，形成相變粉末(2)呈自然梯度分布的相變功能復(fù)合氈。
8.如權(quán)利要求7所述的一種相變功能復(fù)合氈的制備工藝，其特征在于所述的相變功能復(fù)合租的厚度為≥1_，平方米重量在≥80g/m2。
9.一種如權(quán)利要求I所述的相變功能復(fù)合氈的應(yīng)用，其特征在于所述相變功能復(fù)合氈可單獨單層使用或多層使用，也可作為復(fù)合隔熱材料的某一功能層使用；使用時，可以相變粉末(2)分布多的一側(cè)面向高溫熱源，從而達到快速激發(fā)限溫和逐步吸熱耗能延時升溫的功效；亦可以將相變粉末(2)分布少的一側(cè)面向高溫熱源，可以達到逐步向內(nèi)激發(fā)耗熱降溫并逐漸增強相變吸熱量，以實現(xiàn)對人體或環(huán)境的智能高效防護。
10.一種如權(quán)利要求I所述的相變功能復(fù)合氈的用途，其特征在于用于高溫或強熱流火場條件下的人體防護服和環(huán)境隔熱材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相變功能復(fù)合氈及制備工藝，該復(fù)合氈是由耐高溫纖維非織造氈和粘附于纖維上的相變粉末或再加底布復(fù)合制得。其制備方法是將相變粉末均勻地撒在非織造氈上，通過同步抖動和加熱控制，使進入非織造氈的相變粉末在不同的纖維層中熔融并粘附在纖維上，形成相變粉末呈自然梯度分布的復(fù)合氈。復(fù)合氈的厚度為≥1mm，平方米重量在≥80g/m2，可單獨使用，也可作為復(fù)合隔熱材料的某一層。由于該復(fù)合氈在火場高溫高熱作用時，其中相變材料可發(fā)生相變而大量吸熱限溫，起到良好的隔熱和延時升溫效果，可用于消防、軍事、探險、安全逃生、工業(yè)等高溫特殊場合的各體防護和環(huán)境隔熱。
文檔編號D06M23/00GK102787508SQ201210293198
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者于偉東, 杜趙群, 王魯州, 郝立才 申請人:東華大學