附加相变材料的消防服多层织物性能研究

选择自然调温元素相变材料,将其与消防服隔热层复合制备调温织物,并对附加相变材料的消防服多层织物系统的热防护性能及热湿舒适性能进行了研究。结果表明:附加相变材料多层织物系统的热防护性能得到较大提高,总散热量均符合NFPA 1971标准的要求。     

相变材料在消防服中的应用研究进展

在消防救援过程中,消防员依靠消防服保障自身安全,以应对复杂多变的热威胁环境。相变材料作为一种新型蓄热调温材料,其相态可在一定温度范围内发生变化,同时伴随着潜热的吸收和释放,可以抑制服装层间的温度突变。将相变材料应用到消防服中具有极大的发展前景,已受到越来越多学者的关注。相关研究显示:附加相变材料的消防服能够延长皮肤达到二级烧伤的时间,其热防护性能明显提升。基于相变材料的调温原理,介绍相变材料的分类及其与纺织品的结合形式,对附加相变材料的消防服的相关研究进行综述。     

蓄热调温织物低温防护过程的数值模拟

为提升普通织物的低温抵抗性能,将具有蓄热调温功能的相变微胶囊涂覆至织物表面制得蓄热调温织物,通过Fluent 软件对复合织物的低温防护过程进行模拟,在此基础上设置了蓄热调温织物的低温防护试验对模型的模拟精度进行检验,并模拟探究了微胶囊的相变潜热以及其在织物中所占的体积分数对蓄热调温织物低温防护性能的影响。结果表明:数值模拟结果可显示不同时间节点蓄热调温织物的温度场分布情况以及各区域的温度变化趋势,且试验结果与模拟结果的误差小于8.64%,该模拟结果可较为准确地再现蓄热调温织物的低温防护过程;当微胶囊的相变潜热由50 J/g增加至200 J/g时,织物的低温防护时间延长了70.1%;当微胶囊的质量分数由1%增加至5%时,织物的低温防护时间由214 s延长至388 s,同比提升了81.3%。     

蓄热调温纤维用DA@PMMA相变微胶囊的制备及表征

基于正十二醇(DA)相变温度(约22℃)处于人体最佳舒适温度18~28℃范围内,采用DA为相变芯材,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为包封壁材,通过原位聚合法制备蓄热调温纺织品纤维用DA@PMMA相变微胶囊,并对相变微胶囊的形貌、粒径分布、热性能及抗压性进行表征。结果表明:DA@PMMA相变微胶囊粒径分布集中于1.232μm附近;壁材表面光滑致密;相变温度为18.7~25℃,热焓值为92.3 J/g,芯材包封率为84.7%,且具有较好的抗压性;可用于制备蓄热调温纺织品纤维。     

基于相变薄膜的蓄热调温棉织物的制备与性能

以相变蜡和水性聚氨酯为主要组分制备蓄热调温整理液,采用浸轧-烘焙方式制备蓄热调温棉织物。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、光量热差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)、热红外成像仪和智能风格仪表征整理前后棉织物的表面形貌、热性能、调温性能、手感和透气性能。结果表明:经蓄热调温整理液整理后,棉纤维表面附着一层明显的相变薄膜,聚氨酯通过成膜形式包覆相变蜡;蓄热调温棉织物在30.14℃左右存在明显的吸热峰,相变潜热约为19.64 J/g,热稳定性良好,且在26.1℃～27.89℃范围内蓄热调温性能明显;相比于原棉织物,蓄热调温棉织物手感和透气性仍高达17.05 J/g;经5次洗涤后,蓄热调温棉织物的相变潜热略有下降。该蓄热调温棉织物在调温被、调温座垫等领域具有良好的应用前景。     

消防服用织物湿态热防护性能的测试与分析

研究消防服用织物湿态下的热防护性能.选用消防服常用的5种外层织物、1种防水透气层、1种隔热层和4种舒适层织物组合成不同试样.利用热防护性能仪测试外层、舒适层和多层织物试样不同湿态条件下的热能值(kTPP值),并根据水分的不同渗透方向,分析和比较多层织物的热防护性能.结果 表明:含水率的增加能提高各试样的kTPP值,有益于防护服热防护性能的提高;含水率对单层织物的热防护性能的影响大于多层织物;从外层方向加湿的试样,其热防护性能优于从舒适层方向加湿的试样.     

相变调温织物的制备及其性能

将含有固-固相变材料的水性聚氨酯涂层液涂覆在涤棉织物上,制备具有相变调温功能的织物。考察了涂层厚度、羧甲基纤维素(CMC)用量及相变材料用量等对涂层织物透气透湿性能、冷暖感、导热性能及相变性能的影响,并对织物涂层整理工艺进行优化。结果表明,在涂层厚度为50μm,CMC用量为1.2%,焙烘温度为120℃的条件下,织物涂覆量为15 g/m2,透湿量为6 751.65 g/(m2.24 h)。当相变材料含量为50%时,织物的相变温度为39.71℃,相变焓达到51.745 J/g。     

微胶囊相变材料PCM在织物上的应用

相变材料微胶囊PCM采用浸轧法对纯棉和涤纶织物进行整理,用DSC法和织物透气仪测试调温织物的储热和透气性能。最优整理工艺为：采用两次一浸一轧的方式、相变材料微胶囊的用量为250 g/L、烘干温度为110 ℃,烘干时间为120 s。DSC热分析表明：调温织物的升温和降温速率较普通织物显著减缓,具有智能调温功能,且调温织物的透气性有所增加。通过此方法可以制备得到具有调温功能的织物,具备一定的耐洗性能,且在涤纶织物上效果略佳。     

消防服用轻质隔热薄膜的制备及性能研究

探讨消防服用轻质隔热薄膜的制备方法,并测试了其性能。采用成膜法,将气凝胶和微胶囊相变材料与多层织物有效结合。测试分析了气凝胶和微胶囊相变材料含量对薄膜热稳定性能、力学性能、透湿性能和导热系数的影响。结果表明:添加气凝胶和微胶囊相变材料后,薄膜能够耐高温分解,薄膜的力学性能和导热系数降低,透湿性能提高。认为:气凝胶和微胶囊相变材料共同作用对织物热防护性能具有一定协同增强效果,且可降低消防服质量和节约生产成本。     

基于天然相变材料的蓄热调温功能整理剂的开发

采用界面聚合法,以天然相变材料——动物脂肪为芯材,甲苯二异氰酸酯(TDI)和哌嗪(PIP)为壁材单体,制备出一种新型的聚脲相变微胶囊.利用微机差热天平对微胶囊的耐热性能、蓄热性能进行表征.结果表明:在乳化速度为4 000 r/min、乳化时间为120 s、反应温度为60℃、n(PIP)∶n(TDI)=1∶2的条件下,制得的相变微胶囊主要为球形,分散性能良好,平均粒径为12μm左右,相变潜热14.31 J/g,耐热温度达229℃左右.将所制备的微胶囊制成蓄热调温功能整理剂,并应用于棉织物的后整理中,对处理后的织物进行蓄热性能、硬挺度、透气性等性能测试.结果表明:制备的功能纺织品具有良好的透气性和硬挺度,并具有一定的蓄热调温功效.     

聚氨酯/相变蜡蓄热调温功能整理剂的制备及其在棉织物上的应用

针对传统相变微胶囊后整理法制备蓄热调温纺织品时存在制备工序繁杂、效率低等难点,开发了一种简便快捷的后整理法。选用相变蜡、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(OP-10)乳化剂和水性聚氨酯为主要组分,经高剪切乳化制备蓄热调温功能整理剂,利用浸轧—焙烘方式对棉织物进行整理。优化乳化剂用量、相变蜡与聚氨酯配比及焙烘温度,并测定整理后棉织物及背心的蓄热调温性能。结果表明:当OP-10质量分数为5%,相变蜡与聚氨酯的质量比为1.5∶1,焙烘温度150 ℃时,整理剂在纤维表面原位成膜形成包裹纤维的蓄热调温薄膜,从而赋予棉织物蓄热调温功能;整理后棉织物具备蓄热调温功能,由其所制作的背心具有显著的蓄热调温功能。     

蓄温隔热毛纺织品的研制与热性能测试

相变材料是一种能根据外界温度变化,通过吸热、放热的方式自发地改变状态的材料,也是制作调温材料的重要原料。为了研制具有蓄温隔热性能的纺织品,采用微胶囊技术将相变石蜡包覆于密胺树脂中制成相变微胶囊,并利用浸渍的方式将相变微胶囊整理到织物上来制备调温织物。文章探讨了整理剂质量分数对织物调温效果的影响;采用DSC测试分析后整理织物的热效应。研究表明,整理剂质量分数为11.57%的织物较原织物其相变焓较高且能达到较理想的相变温度,调温效果也优良。     

消防服用国产新型织物的热防护性能研究

本文以国产新型阻燃纤维NewStar 和芳砜纶Tanlon 为主要研究对象,综合比较了它们在热防护性能方面的性能表现,同时基于防护服面料的基本要求性能和对织物组合整体热防护性能TPP的测试,研究了外层润湿状态、多层织物系统隔热值等因素对消防服多层织物系统热防护性能的影响,为消防服用国产新型织物的研发和应用提供了基础数据和依据.     

气凝胶材料在消防服中的应用研究进展

为了促进气凝胶材料在消防服领域的应用,提升消防服的综合服用性能,从而推动新型消防服的开发,评估了近年来气凝胶材料应用于消防服的优缺点。分析了气凝胶材料的热学性能,包括隔热性能和热稳定性;从作为涂层材料和直接嵌入多层织物系统2个方面,综述了其在消防服中的应用及研究现状,分析了气凝胶型消防服热防护性能和热湿舒适性能的优劣。最后归纳了气凝胶材料在应用过程中存在的问题,并展望了其未来的应用方向,指出热防护与热舒适的平衡、气凝胶力学性能和热稳定性的提升、气凝胶复合材料的开发与应用有望成为今后的研究趋势。     

消防服用隔热层孔型结构优化与测评

为进一步提高消防服用蜂窝织物的热防护性能,针对隔热层进行蜂窝孔型的结构优化与测评。选取当前典型的消防服各层材料,综合考虑隔热层分层和蜂窝孔型的边长、壁厚等因素,分别对直孔和斜孔设计了6种孔洞尺寸以及1种实心对照组。利用激光切割技术进行13组实验方案制备试样,并采用热防护性能测试仪进行闪火燃烧测试。实验结果表明:蜂窝分层重组可有效提高消防服用蜂窝织物系统的热防护性能;通过非参数相关样本检验,测得不同开孔方式蜂窝织物的热防护性能有着显著性差异,说明斜孔结构比直孔具有更好的热防护性。     

酯化条件对调温纺织品调温性能的影响

采用溶胶-凝胶法将筛选得到的热性能优良的相变材料体系加载到高度微孔结构的凝胶微粒上,研制出热性能优良的复合相变材料,采用原位增长工艺将复合相变材料与纺织品相结合,并分析了陈化温度、陈化时间、相变材料X加入量等酯化条件对调温纺织品调温性能的影响,测试了织物整理前后的物理机械性能,以及水洗后的热性能。得出最佳的酯化条件:陈化温度80℃,陈化时间4min,相变材料X加入量为14g(34.69%)。     

环保型聚脲微胶囊相变材料在棉织物上的应用

探讨环保聚脲微胶囊相变材料用于棉织物整理的工艺及调温效果。采用浸轧法将自制的微胶囊相变材料整理到棉织物上,研究了浸轧方式、微胶囊用量、黏合剂用量和焙烘温度对处理织物增重率、储热性能及耐洗性能的影响,并对整理后织物的表面形貌和调温性能进行了分析。结果表明:调温棉织物较优工艺为采用二浸二轧整理方式,微胶囊用量150g/L,黏合剂用量40g/L,焙烘温度130℃。认为:所制得的调温棉织物对外界温度变化起到了明显的缓冲作用,具有良好的调温功能。     

消防服用织物的阻燃性能及其TPP值

研究了消防服用多层织物系统的阻燃性能及其TPP值。将耐高温阻燃的Nomex、Kermel和芳砜纶织物与PTFE、TPU和三维阻燃间隔织物组合,模拟消防服的层次构成,通过垂直燃烧试验测试分析外层织物的阻燃性能,通过TPP试验测试分析多层织物系统的综合热防护性能。研究得出:热防护性最好的织物组合是芳砜纶、三维阻燃间隔织物和阻燃棉布,其综合热防护性能TPP值为51.9;最适宜用于消防服的织物组合是NomexⅢA、三维阻燃间隔织物和阻燃棉布,其综合热防护性能TPP值达到50.7;将三维阻燃间隔织物用于消防服结构组成,可取得较好的整体热防护效果且可减轻消防员热负荷。     

水分对消防服用织物导热系数及热防护性能的影响

为了研究含水率对消防服用织物导热系数及热防护性能的影响,采用瞬态平面热源法对不同含水量的阻燃外层织物进行导热系数的测试,并将常用消防服各层面料进行配伍组合,润湿舒适层织物模拟消防员汗湿情况,润湿阻燃外层织物模拟消防用水润湿情况,在总热流量达到83kW/m~2的情况下,采用热防护性能测试仪测试铜片热流计累计吸收的热量达到人体二级烧伤时需要的时间,以此判定面料组合的热防护性能。结果表明:a)消防服用织物的导热系数随着其含水率的增大而非线性地增大;b)面料组合的低程度润湿(含水率在32%以下)对面料组合的热防护性能有消极影响。面料组合的含水率为26%时,其热防护性能降到最低。     

消防服外层织物热防护性与舒适性综合评价

为保证消防服具有良好的热防护性能和较好的热湿舒适性能,选取7种消防服用外层织物为研究对象,测试了织物热防护性能及舒适性能相关指标,分析了织物原料及性能参数等因素对热防护性能与舒适性能的影响,并阐述其影响规律;采用模糊综合评判的方法综合评价织物热防护性能与舒适性能。结果表明：织物的热防护性能与其原料组成、织物厚度及紧度相关,舒适性能主要与织物密度、紧度以及织物厚度、面密度有关;在测试的7 种织物中芳纶防静电防护织物的综合性能最佳,而腈纶/ 棉混纺防护织物的性能较差。