一種纖維網間隔的隔熱復合膜及其用途的制作方法

專利名稱：一種纖維網間隔的隔熱復合膜及其用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及人體或環境溫度隔熱與防護的輕薄柔性復合膜材料技術，尤其涉及一種纖維網間隔的隔熱復合膜，該隔熱復合膜可適用于消防、軍事、探險、工業等高、低溫場合特殊場合的人體防護和環境隔熱。
背景技術：
溫場條件下的人體防護是防護材料研究中最基本的內容，大多高性能柔性防護材料的研究與專利也起始于一般的高或低溫環境(溫度在_250°C 250°C，如太空中的冷與輻射熱環境，極地或火山探險等活動中的冷、或熱環境，工業加工車間的高或低溫環境)的特殊場合。

由于膜結構材料的柔韌性好、重量輕、可復合性強，可以將剛性變為柔性的特征，可以高效并有針對性地利用材料，因此近些年來，在此領域中的新材料、新技術、新工藝不斷出現，相關的基礎性和應用基礎性研究亦多有進行，這極大地拓展了膜材料在高、低溫等苛刻條件下的適用性與使用。以往性能單一與低下的單層聚合物膜已較多地被多層或多層復合膜替代。多層復合膜能充分利用其各層的特點，控制層間的作用與功能，彌補各自的缺點，從而得到設計或應用所需的功能和結構。高、低溫環境下使用的柔性材料首先要解決對高、低溫(_250°C 250°C )條件的承受能力；然而在此苛刻條件下，高聚物柔性材料極易發生疲勞和破壞。當高溫時，材料會熱降解、無序化和軟化，由此使材料結構變化，產生疲勞；當低溫時，材料變脆、斷裂。因此在該環境下對防護材料提出了極高的要求。其一防護材料必須耐高溫和低溫；其二要有很好的反射和隔絕熱輻射功能；其三在高、低溫環境中保持原有性狀。對高、低溫條件下應用的柔性隔熱膜材料，近年來有較多的專利和研究。中國空間技術研究院江經善研究員在宇航材料工藝(2000,30(4))發表的論文“多層隔熱材料及其在航天器上的應用”中，采用多層雙面鍍鋁聚酯薄膜分別間隔疏松纖維制品(如纖維紙、纖維氈、纖維布等)和滌綸網復合制得多層隔熱材料，作為航天器表面的多層隔熱材料，以應對航天器表面正對太陽光的+200°C以上的高溫和背對太陽光低至-200°C以下的低溫。所得多層隔熱材料一般能實現從23°C到_196°C的溫差降，雖具有良好的隔熱性能，但使用溫度范圍還較為有限。隔熱復合膜(專利申請號CN201120138328. I)由改性聚乙烯或聚酯支撐保護層、聚氨酯第一粘合層、鋁膜層、聚氨酯第二粘合層及背面保護層粘結復合而成，作為建筑用隔熱材料使用，但使用溫度僅限于50°C左右，不適宜在低溫或更高溫度下使用。環保型隔熱復合膜(專利申請號CN200420021118.4)由牛皮紙層、復合氣泡層、反光層從上至下依次疊放復合而成；牛皮紙表面粗糙，易于與建筑物等表面粘合；復合氣泡層氣泡內的空氣不能與外界氣體形成對流，而且反光層可將太陽光反射回去，因而復合膜具有有效的防輻射、隔熱作用。該專利也是作為建筑用隔熱材料使用，不適宜在低溫或更高溫度下使用。保溫隔熱復合膜(專利申請號CN200920027882. 5)由上下兩層表面膜和中間的隔熱填充膜經粘結或縫合復合而成，其中表面膜可以為塑料膜、尼龍膜、橡膠膜或纖維制品等，隔熱填充膜為網格狀膜、海綿狀膜或絮狀膜等。雖應用較為廣泛，但其隔熱性能極為有限。隔熱膜及其制備方法(專利申請號CN200910164971. 9)中，隔熱膜由多層同向設置的，由聚酰亞胺或碳纖維膜基材層和多孔ニ氧化硅氣凝膠層組成的隔熱單元經高溫膠層粘結復合而成；所得隔熱膜可用于300°C以上的高溫環境條件下的熱隔絕。隔熱膜雖然具有良好的耐高溫性能和隔熱效果，但膜比較厚重，而且對于250°C的高溫條件存在冗余。介觀尺度片狀蛭石和耐高溫聚合物隔熱復合膜的制備方法(專利申請號CN200810039655. 4)中，采用碳鏈長度為12 36烷基季銨鹽化合物對經研磨后粒徑小于10 μ m蛭石進行有機膨脹改性后，用高壓微射流均質機處理制得介觀尺度片狀蛭石；選擇耐高溫聚合物材料聚芳醚砜或者雜萘聯苯聚醚砜酮作為連續相，通過超聲波細胞粉碎等方法使無機片狀蛭石微晶均勻分散于有機高分子聚合物材料中，經干法和濕法成膜制得。所得產品其導熱系數極低(O. 038 O. 047W/m ·Κ)，具有很好的隔熱性能；所得復合膜還可以緊密包覆在芳砜綸等纖維織物表面，提高其耐明火、熱隔絕性能，特別是熱隔絕性能，可用 于可安全出入火場的消防服或作戰服的外層材料。該專利在有機高分子材料中摻雜介觀尺度無機耐高溫蛭石材料制得耐高溫聚合物隔熱復合膜，雖具有良好的熱隔絕性能，但其在低溫環境的穩定性和耐久性未有報道。隔熱復合膜(專利申請號CN200510024710. 9)是本專利申請人以前的發明專利，采用由高強低導熱系數的高聚物基膜、高反射性能的金屬層、高隔熱性的氧化金屬層和低導熱性可熱粘合的高聚物外覆膜復合而成的結構實現高低溫環境下(-150 120°C )的高效、輕質、柔性多功能熱防護。該專利所得隔熱復合膜雖具有良好的高低溫環境使用性，但其使用溫度范圍較為有限。隔熱保溫柔軟薄型復合織物(專利申請號CN200410066650. 2)也是本專利申請人以前的發明專利，一面采用耐高、低溫的高性能的涂層織物，另一面采用柔軟、舒適、防霜、防凝露的涂層織物，中間采用多層隔熱的高聚物與金屬復合膜構成的復合織物，多層復合間可帶厚度、尺寸穩定的襯網織物，實現一面可承受高溫、低溫或高、低溫復合作用，一面保持5 35°C近室溫狀態；本發明的復合織物的自然厚度在3 12mm，平方米質量在150 550g/m2，可實現-120 120°C條件下的隔熱與防護。雖適用廣泛，但隔熱效果有限。由以上專利技術可以看出，現有的隔熱復合膜有些雖具有一定的隔熱效果和耐高、低溫性能，但在-250 250°C的高、低溫條件下的承受能力有限，極易發生疲勞和破壞。而實際應用中對高、低溫環境下防護材料已提出輕質、柔性和高效防護的要求。低密度纖維網作為間隔材料使用，可與兩面的夾層形成密閉的靜止空氣層，從而實現良好的隔熱效果；而在其中摻雜金屬短纖維，可增強熱量在其中的快速擴散和均布。有關纖維網作為間隔材料的技術和應用以及金屬短纖在其中的應用未見有相關報道。

發明內容
本發明的ー個目的是提供ー種耐高低溫、輕質、柔軟的纖維網間隔的隔熱復合膜。本發明的另一目的是提供ー種上述隔熱復合膜的用途。為了達到上述目的，本發明的原理是綜合利用鍍金屬高聚物復合膜和摻或不摻金屬短纖維的纖維網的多層組合結構設計實現高低溫環境下的熱隔絕和防護。以鍍金屬高聚物復合膜實現高反射性隔熱并形成低接觸導熱，復合膜本身為密閉不透氣材料，由此實現單層的熱隔絕作用；以摻或不摻金屬短纖維的纖維網控制鍍金屬高聚物復合膜層間距井形成靜止空氣層實現有效的氣體熱隔絕，摻雜得金屬短纖維可增強熱量在纖維網中的快速擴散和均布，從而減少熱量集中或局部過熱。由鍍金屬高聚物復合膜和摻或不摻金屬短纖維的纖維網的多層層合構成系統、高效、輕質、柔性的隔熱復合膜體系。本發明的ー個具體技術方案是提供了一種纖維網間隔的隔熱復合膜，其特征在于包括η層的鍍金屬高聚物復合膜，在相鄰兩層鍍金屬高聚物復合膜的層間設有摻或不摻金屬短纖維的間隔纖維網，η為2 20。優選地，還包括位于最遠離高溫源或低溫源的一層的用于封蓋的常用織物。優選地，所述常用織物為棉織物、滌綸織物、或滌棉織物中的ー種。優選地，所述鍍金屬高聚物復合膜的厚度為8 60μ m，其為在由滌綸、聚酰亞胺 或錦綸組成的第一高聚物基膜的表面鍍上金屬鍍層的薄膜，該金屬鍍層為鋁鍍層、鋁合金鍍層或金鍍層中的ー種。優選地，在所述的薄膜上再覆ー層與所述第一高聚物基膜同物質組成的第二高聚物基膜，從而形成由第一高聚物基膜、金屬鍍層及第ニ高聚物基膜構成的三明治結構。優選地，所述的金屬短纖維為不銹鋼短纖維、銅短纖維、鋼短纖維、或鋁合金短纖維中的ー種，所述的金屬短纖維與所述間隔纖維網的摻入比為I 10%，通過所述金屬短纖維增強熱量在纖維網中的快速擴散和均布，從而減少熱量集中或局部過熱；當所述間隔纖維網摻所述金屬短纖維時，所述鍍金屬高聚物復合膜采用所述的三明治結構，以防熱導通。優選地，所述纖維網的纖維為棉、毛、滌綸、錦綸、或芳綸短纖維中的ー種，其平方米質量在10 30g/m2。優選地，該隔熱復合膜通過多層粘合或縫制形成的，其為一面可承受-250 250°C的高或低溫作用，一面保持5 40°C常態溫度的、完全密閉、隔熱、保暖的柔軟隔熱復合膜。優選地，該隔熱復合膜的自然厚度為4 20mm，實際壓緊厚度為I 5mm，平方米質量在40 600g/m2。本發明的另ー個技術方案是提供了ー種上述的纖維網間隔的隔熱復合膜的應用，其特征在于可単獨用于或與其他材料復合用于高、低溫場合的人體防護和環境隔熱。本發明針對-250 250°C的高、低溫環境條件下熱防護材料的需求和材料特征，運用多層組合結構設計綜合利用鍍金屬高聚物復合膜和摻或不摻金屬短纖維的纖維網制備隔熱功能復合膜，并從材料的熱反射和傳導隔熱、能量在內部的擴散和均布，以及膜本身的力學穩定性出發，解決了隔熱復合膜材料的柔性、輕質和耐高、低溫功能的優化組合。與現有技術相比，本發明具有如下優點1、隔熱復合膜為多層復合結構，構成簡單；2、功能合理、完整鍍金屬高聚物復合膜實現高反射性隔熱，摻或不摻金屬短纖維的纖維網控制鍍金屬高聚物復合膜層間距并形成靜止空氣熱隔絕，摻雜的金屬短纖維可實現熱量在纖維網內的快速擴散和均布，避免局部過熱發生；3、隔熱復合膜隔熱性能和耐高、低溫性能優良，而且結構輕巧、柔軟，易于攜帶、儲運、折疊、壓實，易于使用和運動中的彎曲與變形；4、組合成形方便，只需粘合或縫合成形，適用領域廣。


圖I是纖維網間隔的隔熱復合膜的層狀結構示意圖。圖中1-鍍金屬高聚物復合膜，面向高溫或低溫環境；2_間隔纖維網；3_金屬短纖維；4_常用織物；n-鍍金屬高聚物復合膜的層數。
具體實施例方式為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發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利要求書所限定的范圍。
結合圖I所示的結構層次與排列，本發明提供的纖維網間隔的隔熱復合膜是由2 20層的鍍金屬高聚物復合膜I和其層間摻或不摻金屬短纖維3的間隔纖維網2層合構成的隔熱復合膜，或在最后一層以常用織物4替代鍍金屬高聚物復合膜I封蓋。隔熱復合膜通過多層粘合或縫制制得，其一面可承受-250 250°C的高或低溫作用，一面保持5 40°C的常態溫度。其中，常用織物4為棉織物、滌綸織物、或滌棉織物中的一種。鍍金屬高聚物復合膜I的厚度為8 60 μ m，其為在由滌綸、聚酰亞胺或錦綸組成的第一高聚物基膜的表面鍍上金屬鍍層的薄膜，該金屬鍍層為鋁鍍層、鋁合金鍍層或金鍍層中的一種。還可以，在所述的薄膜上再覆一層與所述第一高聚物基膜同物質組成的第二高聚物基膜，從而形成由第一高聚物基膜、金屬鍍層及第二高聚物基膜構成的三明治結構。金屬短纖維3為不銹鋼短纖維、銅短纖維、鋼短纖維、或鋁合金短纖維中的一種，所述的金屬短纖維3與所述間隔纖維網2的摻入比為I 10%，通過所述金屬短纖維3增強熱量在纖維網2中的快速擴散和均布，從而減少熱量集中或局部過熱；當所述間隔纖維網2摻所述金屬短纖維3時，所述鍍金屬高聚物復合膜I采用所述的三明治結構，以防熱導通。纖維網2的纖維為棉、毛、滌綸、錦綸、或芳綸短纖維中的一種，其平方米質量在10 30g/m2。下述具體實施例I 4是選擇不同的鍍金屬高聚物復合膜材料、纖維網、金屬短纖維和封蓋織物，不同的層數、自然厚度、壓緊厚度和平方米質量，以及不同的加工成形工藝，實際制備本發明所述的纖維網間隔的隔熱復合膜，并對所得隔熱復合膜在高、低溫條件下的復合膜內表面穩態溫度進行實測和外觀評價，結果詳見下表及以下表述。實施例I采用本發明的纖維網間隔的隔熱復合膜的層次結構和如下表的材料和加工工藝，并采用本發明所制得的隔熱復合膜，將其置于220°C高溫條件下，實測的復合膜內表面穩態溫度如下表實施例I欄所示。實際目測觀察，表面完好無損。由此證明該復合膜耐高溫性能優良。實施例2
采用本發明的纖維網間隔的隔熱復合膜的層次結構和如下表的材料和加工エ藝，并采用本發明所制得的隔熱復合膜，將其置于250°C高溫條件下，實測的復合膜內表面穩態溫度如下表實施例2欄所示。實際目測觀察，表面完好無損。由此證明該復合膜耐高溫性能優良。實施例3采用本發明的纖維網間隔的隔熱復合膜的層次結構和如下表的材料和加工エ藝，并采用本發明所制得的隔熱復合膜，將其置于-240°C低溫條件下，實測的復合膜內表面穩態溫度如下表實施例3欄所示。實際目測觀察，表面完好無損。由此證明該復合膜耐低溫性能優良。實施例4采用本發明的纖維網間隔的隔熱復合膜的層次結構和如下表的材料和加工エ藝，并采用本發明所制得的隔熱復合膜，將其置于-180°C低溫條件下，實測的復合膜內表面穩態溫度如下表實施例4欄所示。實際目測觀察，表面完好無損。由此證明該復合膜耐低溫性能優良。纖維網間隔的隔熱復合膜的構成與實測結果

權利要求
1.一種纖維網間隔的隔熱復合膜，其特征在于包括η層的鍍金屬高聚物復合膜(1)，在相鄰兩層鍍金屬高聚物復合膜(I)的層間設有摻或不摻金屬短纖維(3)的間隔纖維網(2)，n 為 2 20。
2.如權利要求I所述的一種纖維網間隔的隔熱復合膜，其特征在于還包括位于最遠離高溫源或低溫源的一層的用于封蓋的常用織物(4)。
3.如權利要求2所述的一種纖維網間隔的隔熱復合膜，其特征在于所述常用織物(4)為棉織物、滌綸織物、或滌棉織物中的一種。
4.如權利要求I所述的一種纖維網間隔的隔熱復合膜，其特征在于所述鍍金屬高聚物復合膜(I)的厚度為8 60 μ m，其為在由滌綸、聚酰亞胺或錦綸組成的第一高聚物基膜的表面鍍上金屬鍍層的薄膜，該金屬鍍層為鋁鍍層、鋁合金鍍層或金鍍層中的一種。
5.如權利要求4所述的一種纖維網間隔的隔熱復合膜，其特征在于在所述的薄膜上再覆一層與所述第一高聚物基膜同物質組成的第二高聚物基膜，從而形成由第一高聚物基膜、金屬鍍層及第二高聚物基膜構成的三明治結構。
6.如權利要求5所述的一種纖維網間隔的隔熱復合膜，其特征在于所述的金屬短纖維(3)為不銹鋼短纖維、銅短纖維、鋼短纖維、或鋁合金短纖維中的一種，所述的金屬短纖維(3)與所述間隔纖維網(2)的摻入比為I 10%，通過所述金屬短纖維(3)增強熱量在纖維網(2)中的快速擴散和均布，從而減少熱量集中或局部過熱；當所述間隔纖維網(2)摻所述金屬短纖維(3)時，所述鍍金屬高聚物復合膜(I)采用所述的三明治結構，以防熱導通。
7.如權利要求I所述的一種纖維網間隔的隔熱復合膜，其特征在于所述纖維網(2)的纖維為棉、毛、滌綸、錦綸、或芳綸短纖維中的一種，其平方米質量在10 30g/m2。
8.如權利要求I所述的一種纖維網間隔的隔熱復合膜，其特征在于該隔熱復合膜通過多層粘合或縫制形成的，其為一面可承受-250 250°C的高或低溫作用，一面保持5 40°C常態溫度的、完全密閉、隔熱、保暖的柔軟隔熱復合膜。
9.如權利要求I所述的一種纖維網間隔的隔熱復合膜，其特征在于該隔熱復合膜的自然厚度為4 20mm,實際壓緊厚度為I 5mm,平方米質量在40 600g/m2。
10.一種如權利要求I所述的纖維網間隔的隔熱復合膜的應用，其特征在于可單獨用于或與其他材料復合用于高、低溫場合的人體防護和環境隔熱。
全文摘要
本發明涉及一種纖維網間隔的隔熱復合膜及其用途，該隔熱復合膜是由2～20層的鍍金屬高聚物復合膜和其層間摻或不摻金屬短纖維的間隔纖維網層合而成。其特征在于隔熱復合膜為一面可承受-250～250℃的高或低溫作用，一面保持5～40℃常態溫度的多層復合隔熱、保暖結構材料，其自然厚度為4～20mm，實際壓緊厚度為1～5mm；平方米質量在40～600g/m2，為完全密閉、粘合或縫制的隔熱、保暖、柔軟的層合隔熱復合膜。可單獨或與其他材料復合用于消防、軍事、探險、工業等高、低溫場合的人體防護和環境隔熱。
文檔編號B32B15/02GK102815047SQ20121029318
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者于偉東, 杜趙群, 郝立才, 王魯州 申請人:東華大學