一种高吸水性树脂复合防火服及制作方法与流程

本发明涉及阻燃隔热消防设备，具体涉及一种高吸水性树脂复合防火服及其制作方法。

背景技术：

1、现有技术中，水依然是最常用的灭火剂，具有廉价易得，对环境无污染等优点。但是在防火服领域，使用水作为隔热介质的不多。传统的防火隔热材料，通常都选择铝金属、陶瓷等作为复合材料的基础，利用防火材料自身的防火隔热属性来完成防护任务。但是，这种类型的防护材料的实际隔热效果并不理想，进入火场后强烈的灼热感对穿着者造成很大影响，并且重量非常大，造价昂贵，制作工艺复杂，并不适合日常家庭使用或者在一些并不重要的场合作为常备消防器材配置。

2、高吸水性树脂(super absorbent resin，sar)是一种含有羧基、酰胺基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型和三维网状结构的新型功能高分子材料，以聚丙烯酸钠树脂为代表。它不溶于水，也不溶于有机溶剂，并具有独特的性能-强吸水性和保水性。与传统的吸水材料如海绵、棉花、纤维素及硅胶相比，高吸水性树脂的吸水量大，能迅速吸收几十倍甚至几千倍自身重量的液态水，且保水性强，即使在受热加压下也不易失水，同时又具有高分子材料的一些特性。

3、高吸水性树脂之所以能吸收自身质量几百倍甚至上千倍的水，因为它具备两个条件：一是它具有亲水性基团如羧基、羟基、酰胺基和磺酸基等，使吸水变成可能。二是它具有三维空间网络结构而不溶于水，使吸水变成现实。高吸水性树脂是具有亲水基团并轻度交联的三维网络聚合物，能吸收大量水分而溶胀又能保持住水分不外流，具有吸水倍率高、吸水速率快和保水性能强等优点。将高吸水性树脂，特别是聚丙烯酸类高吸水性树脂的高分子水凝胶应用于消防、应急领域有如下优点：

4、1、在高吸水性树脂中，高分子电解质的侧基遇水后，电离出相应的阴离子亲水基团和阳离子(可动离子)，主链网络骨架上均为带负电的阴离子，不能移动，其间的排斥作用产生网络扩张的动力。阳离子虽具备一定的活动性，但由于受网络骨架相反电荷的吸引、束缚，使其存在于网络中，这样网络内部阳离子浓度大于外部水中阳离子浓度，离子在网络内外产生渗透压，另由于聚电解质本身具有亲水能力很强的基团，水能在很短的时间内大量进入三维网络。在高温条件下，固定有大量自由水的高吸水性树脂有相当大的热容，失水时可消耗大量的热，形成了对热源的有效隔绝，有利于在火势较大的火场中保护人员的安全。

5、2、高吸水树脂吸水后形成一种弹性凝胶，具有优良的化学稳定性、热稳定性和相容性，并且这种凝胶粒子之间是紧密联结在一起的，之间并没有可供空气进入的空隙，可以在水凝胶状态下隔绝火源与空气的接触，保护已经被凝胶覆盖的火场内物体，从而达到完全隔绝火源和人员的效果。并且粘度非常高，具有很好的黏附能力，能够覆盖在物体表面不下落，形成足够的附着厚度，能够有效提高对火场内未燃烧物体的隔热有效性。

6、3、高吸水树脂系高分子粉未，在贮藏、运输等方面安全，贮存(密闭防吸水)稳定性达二年以上，无毒性；在强火中，受热失水后树脂燃烧变成二氧化碳和水，对人、畜无毒；火扑灭后，残留树脂会在数月内自然降解，对人和环境无毒无污染，绿色环保。

7、4、高吸水树脂粉末比重轻，吸水能力极强，可以在极短的时间吸收自身重量300倍以上的水，只需很少的高吸水树脂粉末就可以形成大量的灭火凝胶，灭火防火效果极佳，并且可以持续吸收水分，避免多余水量四处流淌带来的二次破坏，可以在较短时间内吸足水分形成强大的隔绝热源作用。

8、现有技术中，高吸水性树脂灭火剂大部分都是和水混合用于扑灭明火，上述混合方式根本无法在日常家庭中使用，没有用于制造日常火场防护的隔热布料。针对上述问题，现有技术中出现了将粉末状灭火剂应用于防火布料中的技术方案。

9、比如现有技术一公开了一种防火层状物结构，包含有：一第一基层，其是选自纤维布；一高吸水层，其覆设于该第一基层两侧表面中至少一侧表面，该高吸水层是由高吸水性树脂所制成；至少一第二基层，其是选自纤维布，该第二基层通过一结合单元设置于该第一基层具有高吸水层的表面，使该高吸水层夹设于相邻的第一、第二基层之间；藉此，通过高吸水层的高吸水性树脂与水混合后形成含水颗粒的凝胶状保水层，而组构成一隔热、防火效果佳的层状物结构，其中所述的第一、第二基层之间的结合单元是为黏着层，供支撑层状物。但是，这种防护材料对于高吸水性树脂粉末的固定并不理想，尤其是在外层无纺布被高温火焰烧尽后，吸了水的凝胶得不到很好的固定，发生流动或者掉落的情况，造成隔热效果大幅下降。

10、现有技术二中公开了一种防火层体，包含：一个主体部，及多个吸水单元；该主体部包括一层第一基层、一层与该第一基层相间隔设置的第二基层，及多个设置于该第一基层与该第二基层间的独立空间，该主体部的第一基层与第二基层的其中一者的材料为防火材料，且该主体部的第一基层与第二基层的其中另一者是具有透水结构；所述吸水单元容置于所述独立空间中；每一个吸水单元包括材料为吸水性聚合物的吸水层，及一层包覆该吸水层的透水层，该吸水层具有多个吸水性聚合物颗粒，该防火层体还包含一层隔离层，该隔离层设置于该第一基层与该第二基层间，并与该第一基层及该第二基层共同界定出所述独立空间。但是，这种防护材料重点考虑了树脂吸水之前的固定问题，对于高吸水性树脂粉末的固定并不理想，尤其是在外层无纺布被高温火焰烧尽后，吸了水的凝胶得不到很好的固定，发生流动或者掉落的情况，造成隔热效果大幅下降。

11、现有技术三公开了一种防火布料，包括无纺布面料、蓬松布、无纺布底料，无纺布面料、无纺布底料之间夹设有蓬松布，蓬松布上分布有聚丙烯酸钠颗粒，聚丙烯酸钠颗粒固定于无纺布面料、无纺布底料之间，无纺布面料、蓬松布、无纺布底料之间通过胶水粘贴在一起。该发明侧重于粉末在吸水前的分布，利用蓬松布的摩擦力和胶水将树脂粉末固定在面料和底料之间，这种方式会造成粉末颗粒集中于蓬松布的表面，同时透水性下降。该发明没有看到中间层空间网状结构对固定树脂粉末颗粒的重大作用，还是会出现粉末颗粒的不期望迁移，并且粉末颗粒在空间上的分布不理想。在火焰烧穿无纺布外层后，由于没有骨架的支撑，吸水后的树脂粉末颗粒会产生掉落的情况，一旦气密性受到损害，将失去大部分隔热和阻燃的作用。

12、为此我们开发出了第一代复合布料，能够实现高吸水性树脂粉末和水的快速、受控混合，并且能将混合后的凝胶持续稳定地保持在指定位置，尤其是在外层布料被明火烧毁后，还能够将凝胶层较完整的保存在内层布料外侧。由此，我们准备借鉴现有技术将一代复合布料制作成防火服，但研制过程中陆续发现现有防火服结构和我们设想的防火服结构都不能很好解决与复合布料的适配问题。

13、现有技术四公开了一种消防员隔热服，包括消防帽、隔热上衣、隔热裤，所述隔热上衣由反射层、防水透气层、阻燃层、隔热层、舒适层构成，所述反射层由铝箔材料构成、所述防水透气层由聚四氟乙烯材料构成、所述阻燃层由二氧化硅气凝胶构成。在采用该结构进行防护服实验时，铝箔反射层严重影响了复合布料的吸水速度，并且在喷火实验中，复合布料层的烧穿速度反而加快，这是我们没有想到的。此外，整个防火服在火焰直烧的实验中，服内温度和潮湿度上升较为明显。

14、现有技术五公开了一种防水速干的一体式消防防护服，包括上衣和衣袖，上衣的面料由内衬、防水层、加强层、隔热层和阻燃层依次相互复合构成。防水层的材质为全棉细梳布复聚四氟，加强层的材质为凯夫拉聚酯纤维抗扭纤维，隔热层的材质为以阻燃碳纤维为主要成分的隔热棉，阻燃层的材质为以nomex芳纶为主要成分的阻燃面料，当人们在救援过程中遇到高温潮湿环境时，可以对人们进行保护。在采用该结构进行防护服火焰直烧实验，防护服外层还未烧穿，整个防火服内温度已经上升非常明显，并且湿度极大，明显不适合消防员穿着作业。

15、有鉴于此，传统的防护服结构并不能非常好的适配新型复合布料，亟需开发出一种能够适应使用高吸水性树脂复合布料的新结构防火服，能够最大限度发挥复合布料层的隔热优势，减少其受到强烈火焰灼烧或者高温高热时产生的不利影响。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种高吸水性树脂复合防火服，能够实现高吸水性树脂粉末和水的快速混合，并且能将混合后的凝胶在火焰灼烧时持续稳定地保持在指定位置而不被烧穿，并且使得防护服内的环境适合消防员作业。

2、本发明的技术方案是，一种高吸水性树脂复合防火服，由外至内依次包括阻火层，高吸水性树脂复合布料层，蒸汽阻断层和辅助隔热层，阻火层用于阻挡明火直接烧灼高吸水性树脂复合布料层，高吸水性树脂复合布料层包含有高吸水性树脂粉末用于隔绝外界热量，蒸汽阻断层用于阻挡高吸水性树脂复合布料层受热后产生的水蒸汽，辅助隔热层用于阻隔复合布料层产生水蒸汽带来的热量。

3、进一步的，阻火层不包括铝成分，由高硅氧玻璃纤维或芳纶布制成；蒸汽阻断层由防水气密复合布制成；辅助隔热层由预氧丝碳毡制成。

4、进一步的，高吸水性树脂复合布料层包括外层，内层，以及中间层，中间层由立体网状结构构成，立体网状结构包括互相连通的不规则网状容置空间，高吸水性树脂粉末容置于容置空间内，外层和内层采用亲水阻火无纺布材料，其孔径大于120目。

5、进一步的，占高吸水性树脂粉末总重量90％以上的高吸水性树脂粉末颗粒的控制尺寸在90-100目之间，立体网状结构的孔隙大小在与高吸水性树脂粉末颗粒的控制尺寸基本一致。

6、进一步的，中间层的立体网状结构的强度被配置为能够保证立体网状结构8在与外层和内层接合后，还具有至少3mm的厚度。

7、进一步的，外层、内层和中间层通过超声波焊点连接在一起。

8、进一步的，超声波焊点将隔热布料分为若干个相对隔开的独立部分；外层和内层具有竖直导流槽，导流槽由连续超声波焊点形成。

9、进一步的，超声波焊点的焊接粘合强度，设置为在高吸水性树脂粉末吸水后超声波焊点被撑开；连续超声波焊点的焊接粘合强度，设置为在高吸水性树脂粉末吸水后连续超声波焊点不被撑开。

10、进一步的，高吸水性树脂复合布料层和蒸汽阻断层之间还具有设置在高吸水性树脂复合布料层和/或蒸汽阻断层上的蒸汽排出通道；其中，高吸水性树脂复合布料层上的蒸汽排出通道由竖直方向上连续的超声波焊点形成，蒸汽阻断层上的蒸汽排出通道由竖直方向具有连续凸起，或者截面为凹凸状的蒸汽阻断层布料形成。

11、进一步的，高吸水性树脂是聚丙烯酸钠盐共聚物；

12、进一步的，在树脂层理想吸水的工作状态下，聚丙烯酸钠树脂粉末与水的重量比为0.1∶200至0.8∶200之间。

13、此外，本发明还公开了一种高吸水性树脂复合防火服的制作方法，用于制造如前面所述的高吸水性树脂复合防火服，包括如下步骤：

14、a.采用高硅氧玻璃纤维或芳纶布制成阻火层；

15、b.将90％以上待用高吸水性树脂粉末颗粒的尺寸控制在90-100目之间；

16、c.对中间层进行处理，使中间层的立体网状结构8包括互相连通的不规则网状容置空间，立体网状结构的孔隙大小控制在与高吸水性树脂粉末颗粒的尺寸基本一致；

17、d.将中间层临时固定于内层上；

18、e.向中间层添加符合规定颗粒大小的高吸水性树脂粉末，粉末达到预定添加量时停止加料；

19、f.加料过程中水平振动内层，使粉末充分进入立体网状结构互相连通的不规则网状容置空间内；

20、g.对中间层的外表面进行热风处理，使得立体网状结构的网状结构收缩、表面孔隙变小，将粉末相对固定在收缩变形后的容置空间内；

21、h.将外层覆盖在中间层外表面；

22、i.采用超声波焊接将三层布料结构固定连接在一起制成高吸水性树脂复合布料层，其中，外层和内层均设置有由连续超声波焊点形成的导流槽，连续超声波焊点的焊接粘合强度，设置为在高吸水性树脂粉末吸水后连续超声波焊点不被撑开；

23、j.采用棉布和防水复合布制成蒸汽阻断层，并使得蒸汽阻断层截面具有蒸汽排出通道；

24、k.采用预氧丝碳毡制成辅助隔热层；

25、l.由外至内依次将阻火层，高吸水性树脂复合布料层，蒸汽阻断层和辅助隔热层缝制在一起制成防火服。

26、与现有技术相比，本发明的优点体现在：

27、1、复合布料烧穿时间大大延长。在我们的实验中，使用高达1000度以上的火焰直接灼烧，复合布料外层织物迟早会被烧穿。一旦外层无纺布被烧穿，凝胶之间就会因为缺乏束缚造成部分凝胶的掉落，同时也会造成大量热量很短时间内集中灼烧某一小块区域，直接导致这些部位在短时间内被烧穿，进而导致整个防护服防护失败。在增加了外面的阻火层后，火焰不会直接灼烧复合布料层，会将火焰的热量分散开，不会造成热量的集中，有效地延长了复合布料层的烧穿时间，在和复合布料层配合下烧穿时间延长了3倍以上。

28、2、服内作业环境提升明显。如果使用传统的防火服结构和布料类型，加入本发明使用的复合布料层，会因为高温灼烧产生一定量的高温水蒸汽，进而造成密闭的防护服内温度超高，导致消防员失去操作能力。我们针对创新复合布料层的特点，为其打造了专门的防护服结构，外加一层阻火层防止明火直烧，延长烧穿时间；内加复合的蒸汽阻断层和辅助隔热层，充分阻隔烧穿时间变长带来的服内温度持续快速升高，保证消防员可以在一个能承受的作业环境内工作。