一种高隔热性防护服面料及防护服及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高隔热性防护服面料及防护服，所述高隔热性防护服面料依次由阻燃层、隔热层和舒适层组成。本发明高隔热性防护服面料及防护服，通过两层碳化热收缩率比较稳定的产品与阻燃耐高温单丝的连接，起到同克重的两个单层绗缝复合面料的热性能指标相比，提升明显，并且保暖、疏水、排湿，可以改善服用的舒适性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种面料及防护服，尤其涉及一种高隔热性防护服面料及防 护服。

背景技术

消防员灭火防护服是消防员在进行灭火战斗中，用来保护身体不受火焰 及辐射热侵害的专业防护装备，是目前在消防部队中最常用配备，也是使用 频率最高的个人防护装备。

防护服是保护活跃在消防第一线的消防队员人身安全的重要装备品之 一，它不仅是火灾救助现场不可或缺的必备品，也是保护消防队员身体免受 伤害的防火用具，因此，适应火灾现场救助活动的防护服就显得尤为重要。 防护服一般具有多层结构，从外到内依次为阻燃耐火材料层、防水透气层、 隔热层和舒适层。

当前纺织纤维越来越多，功能也多种多样，阻燃耐高温纤维，一般指能 在200度以上，保持长期尺寸稳定性和强度，阻燃氧指数大于28的一类材料， 目前以芳纶1313、芳纶1414、聚酰亚胺、PBI、PBO、kermel为市场应用的 主流，适用于消防和工业的阻燃和热防护的工作场合。由于应对爆燃等极端 环境的测试考验，在实际的市场产品的研发设计中，开发人员会通过观察耐 高温纤维在燃烧测试后的残炭收缩率，进而把耐高温纤维细分为低收缩的耐 高温纤维及高收缩的耐高温纤维。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一 种高隔热性防护服面料及防护服。本发明采用阻燃、单丝纱，结合两层其他 的耐高温单层织物，腾出空间，形成隔热屏障，厚度可以控制调节，疏水性 导湿性透气性好，两层单层织物为阻燃低碳化收缩纤维制成的织物。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种高隔热性防护服面料组合，依次由阻燃层、隔热层和舒适层组成。

所述阻燃层，由下述重量百分比的纤维织造而成：间位芳酰胺纤维 90-96％、对位芳酰胺纤维3-7％、防静电纤维1-5％。

芳纶全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”，英文为Aramidfiber。

芳纶主要分为两种：间位芳酰胺纤维(MPIA)和对位芳酰胺纤维 (PPTA)。

所述间位芳酰胺纤维，可以采用美国杜邦公司牌号为芳纶1313的产品， 商品名为Nomex。

所述对位芳酰胺纤维，可以采用美国杜邦公司牌号为芳纶1414的产品， 商品名为Kevlar。

所述防静电纤维为尼龙复包碳芯纤维，可以采用美国杜邦公司牌号为 P140的产品。

所述隔热层，包括下述原料：双层织物。

优选地，所述隔热层，包括下述重量份的原料：双层织物55-85份、PTFE 膜5-35份。

所述双层织物为双层间隔结构，由耐高温阻燃纤维、防静电纤维和阻燃 单丝采用经编或纬编织造而成。

所述双层织物由内层、外层及连接线组成，内层、外层由耐高温阻燃纤 维纯纺或混纺纱线或长丝组成，内层、外层可采用相同或不同的纤维材料， 两层由连接线连接，连接线为阻燃单丝。

所述内层、外层之间的垂直距离为2mm-10mm之间，优选使用3-8mm

优选地，所述的PTFE膜为聚四氟乙烯膜，厚度为1-5μm，聚四氟乙烯膜 上均匀设有微气孔，微气孔孔径为0.5-3μm，重量为25-35g/m²。

优选地，所述隔热层还包括抗菌乳液0.5-5重量份。

所述抗菌乳液由丙烯酸丁酯95-99wt％和抗菌剂1-5wt％组成。

所述抗菌剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-丁 基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮中的一种或多种的混合物。

优选地，所述抗菌剂由2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-辛基-4-异噻唑啉-3- 酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮混合而成，所述2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、 2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮的质量比为(1-3)： (1-3)：(1-3)。

所述耐高温阻燃纤维，玻璃化温度大于250℃，最好低热收缩，可以采 用间位芳酰胺纤维、对位芳酰胺纤维、POD纤维、PI纤维、PPS纤维、PSA 纤维。

所述阻燃单丝，材质为阻燃涤纶、阻燃PPS、阻燃PVDF，阻燃单丝长 度为2-15mm，优选为3-9mm。

POD纤维，即聚芳恶二唑纤维，其分子主链中苯环和恶二唑五元环交替 排列，是以对苯二甲酸、功能化二酸单体和硫酸肼为单体，以发烟硫酸为溶 剂和脱水剂，在一定的温度条件下缩聚得到，该聚合物溶液无需提纯和净化， 可直接作为纺丝原液，通过湿法纺丝工序得到聚芳恶二唑纤维。

PI纤维，即聚酰亚胺纤维，英文名称：polyimidefiber，又称芳酰亚胺纤 维，arimidfiber。指分子链中含有芳酰亚胺的纤维，包括醚类和酮类，前者 由均苯四甲酸酐与4,4'-二氨基对苯醚溶液缩聚成聚酰胺酸后湿纺和高温环化 而得；后者由二苯基甲酮-3,3',4,4'-四甲酸酐与甲苯二异氰酸酯及4,4'-二亚苯 基甲烷二异氰酸酯进行溶液共缩聚和湿纺而得。

PPS纤维，聚苯硫醚纤维全称为聚苯基硫醚纤维，国外商品名称赖顿 (Ryton)。由聚苯硫醚树脂(PPS)采用常规的熔融纺丝方法，然后在高温 下进行后拉伸、卷曲和切断制得。其短纤维性能：强度2.65-3.08厘牛/分特、 伸长率25-35％，熔点285℃，具有优异的热稳定性和阻燃性，氧指数值34-35， 200℃时强度保持率为60％，断裂伸长无变化；耐化学性仅次于聚四氟乙烯 (PTFE)纤维；有较好的纺织加工性能。制品主要用于高温烟道气和特殊 热介质的过滤，造纸工业的干燥带以及电缆包胶层和防火织物等，其织布可 以制作高级防护服装。

PSA纤维，即芳砜纶纤维，又称聚砜酰胺纤维，简称PSA纤维，商品名 为特安纶(TANLON)。芳砜纶是一种具有特殊结构的芳香族聚酰胺纤维， 学名为聚苯砜对苯二甲酰胺纤维，该纤维由4,4'-二氨基二苯砜，3,3'-二氨基 二苯砜及对苯二甲酰氯的缩聚物制成。芳砜纶纤维在生产时引入了对苯结构 和砜基，使酰胺基和砜基相互连接对位苯基和间位苯基构成线型大分子。由 于大分子主链上存在强吸电子的砜基基团-(SO₂)-，通过苯环的双键共扼作 用，通过苯环的共扼体系，使酰胺基上氮原子的电子云密度显著降低，所以 具有突出的耐热、耐燃性能，其长期使用温度为250℃。经实验证明，芳砜 纶纤维的耐热性、高温尺寸稳定性、耐化学性、吸湿性及染色性能均较为良 好。芳砜纶纤维材料多应用于防护制品、高温过滤材料、摩擦密封材料、电 绝缘材料等领域。

阻燃涤纶，是在熔融纺丝前向涤纶熔体中加入阻燃剂混合，按照常规湿 法纺丝喷丝工艺成型得到。也可以直接购买得到，上海德福伦化纤有限公司 等均有生产。涤纶是我国聚酯纤维的商品名称，它是以精对苯二甲酸(PTA) 或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)为原料经酯化或酯交换和缩 聚反应而制得的成纤高聚物——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，经纺丝和 后处理制成的纤维。阻燃涤纶也可以专利申请号：201410417733.5中实施例1 的方法制备。

所述舒适层，由下述重量百分比的纤维织造而成：间位芳酰胺纤维 40-60％和阻燃黏胶纤维40-60％。

阻燃粘胶纤维，具有良好阻燃效果，同时具有类似于天然棉纤维的特点， 该材料出了具有增强服饰舒适性能外，还具有良好的天然抗静电效果。阻燃 粘胶纤维在熔融纺丝前向粘胶熔体中加入阻燃剂混合，按照常规湿法纺丝喷 丝工艺成型得到。也可以直接购买得到，目前奥地利兰精公司和中国吉林化 纤、唐山三友化工、山东海龙、北京赛欧兰等都有该纤维生产。

优选地，所述阻燃层为混纺机织布，克重为200-220g/m²；所述隔热层的 克重为70-300g/m²；所述舒适层为混纺机织布，克重为110-130g/m²。

具体的，在本发明中：

2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，CAS号：2682-20-4。

2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮，CAS号：26530-20-1。

2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮，CAS号：4299-07-4。

本发明还提供了一种高隔热性防护服，采用上述高隔热性防护服面料按 照常规防护服生产工艺制备而成，也可以采用专利申请号201110285062.8中 实施例1所示的上衣和裤子的尺寸和结构。

本发明所涉及的面料织造方法包括但不限于机织或针织织物。一般的织 物设计和构造是本领域技术人员熟知的方法。

所谓“机织”织物是指，通常在织机上形成的通过径向或纬向交织纱线， 并且使纱线彼此填充或交织以形成任何织物组织(诸如平织、四经破缎纹织、 方平织、缎面织、斜纹织等等)的织物。其中平织和斜纹织是商业中最常使 用的组织，并且许多实施方案中优选的。

所谓“针织”织物直指通常通过使用针将纱线圈互连而形成的织物。许多 情况下，为制得针织织物，将短纤维喂入到将纱线转变成织物的针织机中。 如果需要，可向针织机中提供合股或未合股的多条单纱或股线；常规技术为， 将一束纱线或一束合股纱线同时装入到针织机中并且针织成织物，或直接针 织成衣着制品。在一些实施方案中通过将一种纤维或多种纤维共混物短纱线 与一种或多种其他短纤纱或连续长丝纱线同时喂入，从而将功能性纤维添加 到针织织物中。可调节针织紧密度以满足任何具体的需要。已在列入单面针 织物和毛线圈针织物花纹中发现了防护服性能的非常有效的组合。

本发明的高隔热性防护服面料及防护服，外层的混纺纤维材料经260℃ 热稳定性能试验后，沿经、纬度方向的尺寸变化率＜5％，舒适层经260℃热 稳定性能试验后，沿经、纬度方向的尺寸变化率也＜5％。

防护服所用的三层材料由于都采用以对位芳纶为主的混纺纤维布，所以 在洗涤5次以后经测试，沿经、纬向的尺寸变化率均＜5％。

除了防护服的外层保持原有的阻燃性能外，其隔热层、舒适层的阻燃性 能都有大幅提高，经测试，三层材料的经向、纬向的续燃时间均为0秒，损 毁长度均小于20.0cm，并且无熔融、滴落、脆裂、收缩现象。

防护服整体的热防护性能要求(TPP)值均达30.0以上，整体均无熔融、 滴落、脆裂、收缩现象。

本发明高隔热性防护服面料及防护服，通过两层碳化热收缩率比较稳定 的产品与阻燃耐高温单丝的连接，起到同克重的两个单层绗缝复合面料的热 性能指标相比，提升明显，并且保暖、疏水、排湿，可以改善服用的舒适性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高隔热性防护服面料结构示意图。

图2为高隔热性防护服面料中未覆盖PTFE膜的隔热层。

图3为高隔热性防护服面料中覆盖PTFE膜的隔热层。

图中附图标记：

1-阻燃层、2-隔热层、3-舒适层、21-聚四氟乙烯膜、22-双层织物的外层、 23-双层织物的内层、4-阻燃单丝。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的 较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术 人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是 未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简 单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。

实施例中各原料介绍：

丙烯酸丁酯，CAS号：141-32-2，采用山东开泰石化股份有限公司生产 的丙烯酸丁酯。

间位芳酰胺纤维，采用美国杜邦公司牌号为芳纶1313的产品，商品名为 Nomex。

对位芳酰胺纤维，采用美国杜邦公司牌号为芳纶1414的产品，商品名为 Kevlar。

防静电纤维为尼龙复包碳芯纤维，采用美国杜邦公司牌号为P140的产 品。

POD纤维，即聚芳恶二唑纤维是指由包含恶二唑单元的聚合物构成的纤 维，采用美国授权专利US4202962制备聚芳恶二唑纤维。

阻燃涤纶单丝，参照专利申请号：201410417733.5中实施例1的方法制 备。

阻燃粘胶纤维，采用北京赛欧兰阻燃纤维有限公司生产的硅-氮系阻燃粘 胶纤维。

PSA纤维，即芳砜纶纤维，又称聚砜酰胺纤维，采用专利申请号： 200710038474.5中实施例1的方法制备。

实施例1

如图1和图3所示，高隔热性防护服面料，从外至内，包括一次复合的 阻燃层1、隔热层2和舒适层3。

所述阻燃层1，克重为210g/m²，由下述重量百分比的纤维混纺成纱线采 用常用常规方法机织织造而成：间位芳酰胺纤维93％、对位芳酰胺纤维5％、 防静电纤维2％。

所述隔热层2，克重为180g/m²，包括下述重量份的原料：双层织物70 份、PTFE膜20份。

所述双层织物为双层间隔结构，其中外层22由间位芳酰胺纤维、对位芳 酰胺纤维、防静电纤维按质量为为93:5:2混纺纱线织造，内层23为POD纤 维、防静电纤维按质量为98:2混纺纱线织造，连接线为阻燃涤纶单丝4，上 述材料通过双针床纬编机采用常规间隔结构织造而成，其中内层23、外层22 为常规罗纹结构，外层表面附有PTFE膜21，间隔隔距为3mm。

所述的PTFE膜21为聚四氟乙烯膜，厚度为2.5μm，聚四氟乙烯膜上均 匀设有微气孔，微气孔孔径为0.8μm，重量为30g/m²。

隔热层2的制备方法如下：先在所述的双层织物上，铺设聚四氟乙烯膜 21，然后进行热压，热压温度为200℃，热压压力为3MPa，使聚四氟乙烯膜 粘合在所述的双层织物上，即得隔热层2。

所述舒适层3，由下述重量百分比的纤维混纺成纱线采用常用常规方法 机织织造而成：间位芳酰胺纤维50％和阻燃黏胶纤维50％。

上述阻燃层1、隔热层2、舒适层3结构平铺，采用绗缝工艺连接，得到 实施例1的高隔热性防护服面料。

实施例2

如图1和图2所示，高隔热性防护服面料，从外至内，包括一次复合的 阻燃层1、隔热层2和舒适层3。

所述阻燃层1，克重为210g/m²，由下述重量百分比的纤维混纺成纱线采 用常用常规方法机织织造而成：间位芳酰胺纤维93％、对位芳酰胺纤维5％、 防静电纤维2％。

所述隔热层2仅为双层织物，克重为180g/m²。

所述双层织物为双层间隔结构，其中外层22由间位芳酰胺纤维、对位芳 酰胺纤维、防静电纤维按质量为为93:5:2混纺纱线织造，内层23为POD纤 维、防静电纤维按质量为98:2混纺纱线织造，连接线为阻燃涤纶单丝4，上 述材料通过双针床纬编机采用常规间隔结构织造而成，其中内层23、外层22 为常规罗纹结构，间隔隔距为3mm。

所述舒适层3，由下述重量百分比的纤维混纺成纱线采用常用常规方法 机织织造而成：间位芳酰胺纤维50％和阻燃黏胶纤维50％。

上述阻燃层1、隔热层2、舒适层3结构平铺，采用绗缝工艺连接，得到 实施例2的高隔热性防护服面料。

实施例3

高隔热性防护服面料，从外至内，包括一次复合的阻燃层、隔热层和舒 适层。

所述阻燃层，克重为210g/m²，由下述重量百分比的纤维混纺成纱线采 用常用常规方法机织织造而成：间位芳酰胺纤维93％、对位芳酰胺纤维5％、 防静电纤维2％。

所述隔热层，克重为184g/m²，包括下述重量份的原料：双层织物70份、 PTFE膜20份、抗菌乳液2份。

所述双层织物为双层间隔结构，其中内层、外层均由PSA纤维、防静电 纤维按质量为98:2混纺纱线织造，连接线为阻燃涤纶单丝，上述材料通过双 针床经编机采用常规间隔结构织造而成，其中内层、外层为常规罗纹结构， 外层表面覆盖有PTFE防水透气薄膜，间隔隔距为5mm。

所述的PTFE膜为聚四氟乙烯膜，厚度为2.5μm，聚四氟乙烯膜上均匀设 有微气孔，微气孔孔径为0.8μm，重量为30g/m²。

所述抗菌乳液由丙烯酸丁酯97wt％、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮1wt％、2- 辛基-4-异噻唑啉-3-酮1wt％和2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮1wt％组成(其 中wt％为质量百分比)；将2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-辛基-4-异噻唑啉-3- 酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮加入到丙烯酸丁酯中搅拌混合均匀即得抗 菌乳液。

隔热层的制备方法如下：先在所述的双层织物上，铺设聚四氟乙烯膜， 然后进行热压，热压温度为200℃，热压压力为3MPa，使聚四氟乙烯膜粘合 在所述的双层织物上；再在聚四氟乙烯膜上层，均匀涂布抗菌乳液，然后在 75℃下干燥24小时即得隔热层。

所述舒适层，由下述重量百分比的纤维混纺成纱线采用常用常规方法机 织织造而成：间位芳酰胺纤维50％和阻燃黏胶纤维50％。

上述阻燃层、隔热层、舒适层结构平铺，采用绗缝工艺连接，得到实施 例3的高隔热性防护服面料。

实施例4

与实施例3基本相同，区别仅仅在于：所述抗菌乳液由丙烯酸丁酯97％、 2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮1.5wt％和2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮1.5wt％组 成；将2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮加入到丙烯酸 丁酯中搅拌混合均匀即得抗菌乳液。双层间隔织物间隔隔距为5mm。得到实 施例4的高隔热性防护服面料。

实施例5

与实施例3基本相同，区别仅仅在于：所述抗菌乳液由丙烯酸丁酯97％、 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮1.5wt％和2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮1.5wt％组 成；将2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮加入到丙烯酸 丁酯中搅拌混合均匀即得抗菌乳液。双层间隔织物间隔隔距为5mm。得到实 施例5的高隔热性防护服面料。

实施例6

与实施例3基本相同，区别仅仅在于：所述抗菌乳液由丙烯酸丁酯97％、 2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮1.5wt％和2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮1.5wt％组成；将2- 甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮加入到丙烯酸丁酯中搅拌混合 均匀即得抗菌乳液。双层间隔织物间隔隔距为5mm。得到实施例6的高隔热 性防护服面料。

实施例7

参照专利申请号201110285062.8中实施例1所示的上衣和裤子的尺寸 和结构，分别采用本发明实施例1-6制得的高隔热性防护服面料按照常规防 护服制作工艺，得到实施例1-6高隔热性防护服面料制备而成的高隔热性防 护服。

测试例1

对实施例3-6制得的高隔热性防护服面料，采用国家标准GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》进行抗菌性定量 测试，采用耐洗色牢度试验机洗涤方法，测试水洗30次后织物的抑菌率，大 肠杆菌ATYCC25922、金黄色葡萄球菌ATCC6538，测试结果见表1。

表1：水洗30次后抑菌率测试表

比较实施例3与实施例4-6，实施例3(2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-辛基 -4-异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮复配)抑菌率明显优于实 施例4-6(2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯 并异噻唑啉-3-酮中任意二者复配)。

测试例2

对实施例1和3-6制得的高隔热性防护服面料，进行热防护性能(TPP) 值测试。具体结果见表3。

表3：热防护性能测试结果表

TPP 实施例1 35 实施例3 42 实施例4 38 实施例5 39 实施例6 38

测试例3

对实施例3-6制得的高隔热性防护服面料中的放水透气层进行耐静水压 和热稳定性测试。参照GA10-2002《消防员灭火防护服》(国家公共安全行 业标准)和ZGZ-ZPJY：2009《消防员灭火防护服强制性逐批检验规则》进 行测试，洗涤25次后，防水透气层耐静水压、热稳定性能中的收缩率测试结 果见表1。

表1：耐静水压和热稳定性测试结果表

耐静水压，KPa 收缩率，％ 实施例3 53 0.9 实施例4 49 1.2 实施例5 46 1.2 实施例6 47 1.3

比较实施例3与实施例4-6，实施例3(2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-辛基 -4-异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮复配)防水透气层耐静水 压、热稳定性能中的收缩率明显优于实施例4-6(2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、 2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮中任意二者复配)。