一种热敏智能膨胀纱线、基于它的熔融金属飞溅防护机织物及其制备方法和应用与流程

本发明属于特种纺织技术与个人安全防护装备，具体涉及一种热敏智能膨胀纱线、基于它的熔融金属飞溅防护机织物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在钢铁冶金、有色金属铸造、重型焊接及玻璃制造等工业领域，作业人员常暴露于高温熔融金属（如铁水、钢水、铝水、铜水）飞溅的风险中。此类飞溅物温度极高，通常超过500℃，甚至达1500℃以上，且兼具高热焓、高流速和强粘附性，一旦接触人体皮肤会造成极其严重的深度烧伤。因此，开发高性能的熔融金属飞溅防护面料是保障产业工人生命安全的关键。

2、理想的防护面料需要在常态下保持高孔隙率以允许热量和湿气散发以维持热舒适性，同时在瞬间遭遇高温熔融金属时孔隙率低、甚至无孔以形成不可渗透的屏障。现有技术手段主要集中于两个方向：一是静态多层叠合技术，采用耐高温纤维（如芳纶、预氧丝）制成多层机织物或无纺布，通过增加厚度和面密度来延长热量穿透时间。例如，采用芳纶机织物外层、芳纶针刺毡中间层和阻燃棉内层的三明治结构，并通过绗缝或粘合固定。此种方式虽有一定防护效果，但牺牲了透气性和灵活性，导致热应激反应强烈。二是表面涂层与后整理技术，在织物表面涂覆铝膜以反射辐射热，或进行疏金属整理以减少粘附。但涂层会完全封闭织物孔隙，加剧闷热感，且存在耐磨性差、易脱落、不耐洗涤等问题，性能衰减迅速。

3、少数研究尝试将相变材料微胶囊植入织物以缓冲热量，或使用遇火膨胀型涂层/薄膜。这些材料主要针对火焰或辐射热，对兼具高热焓、高流速和粘附特性的熔融金属飞溅防护效果有限，且响应机制多为一次性或不可逆。目前市场上缺乏一种能够专用于熔融金属飞溅场景的、具有自适应能力的纤维材料。现有高性能纤维（如芳纶、pbi）虽耐高温，但其形态尺寸稳定，无法根据威胁等级动态改变织物结构。因此，开发一种具备感知、判断、响应能力，能够实现遇强热则自强的主动智能防护面料，成为突破当前技术瓶颈的必然方向。

技术实现思路

1、为克服上述技术缺陷，本发明提供一种热敏智能膨胀纱线、基于它的熔融金属飞溅防护机织物及其制备方法和应用。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的目的之一在于提供一种热敏智能膨胀纱线，所述热敏智能膨胀纱线由耐热连续相a、主膨胀相b和二级膨胀触发剂c通过复合纺丝而成；耐热连续相a选自耐热聚合物，主膨胀相b选自具有亲水-热响应链段的嵌段共聚物，二级膨胀触发剂c选自化学发泡剂、脱水炭化膨胀类、热分解型成气物质和低熔点共晶盐混合物中的至少一种。

4、进一步限定，所述热敏智能膨胀纱线中耐热连续相a含量为55-70wt%（以纱线中固体组分a+b+c的总质量为基准），二级膨胀触发剂c含量为主膨胀相b质量的5-40%（即mc/mb=5-40%）。

5、进一步限定，耐热聚合物包括聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑中的至少一种。

6、进一步限定，具有亲水-热响应链段的嵌段共聚物包括聚醚酯-酰胺、热塑性聚氨酯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

7、进一步限定，二级膨胀触发剂c中还包括成核剂、阻燃协效剂中的至少一种。

8、进一步限定，化学发泡剂包括微胶囊化的偶氮二甲酰胺、4,4’-氧代双苯磺酰肼中的至少一种，脱水炭化膨胀类包括聚磷酸铵（app）、季戊四醇（per）、三聚氰胺（mel）中的至少一种，低熔点共晶盐混合物包括硝酸钾、亚硝酸钠中的至少一种。

9、进一步限定，所述热敏智能膨胀纱线为皮芯结构或海岛结构。

10、更进一步限定，皮芯结构中芯层由耐热连续相a组成，皮层由主膨胀相b和二级膨胀触发剂c组成。

11、更进一步限定，海岛结构中连续相为耐热连续相a，分散相由主膨胀相b和二级膨胀触发剂c组成。

12、进一步限定，所述热敏智能膨胀纱线中还包含热致变色指示剂。

13、本发明的目的之二在于提供一种热敏智能膨胀纱线的制备方法，所述制备方法按以下步骤进行：

14、s1、纺丝液的准备：将耐热连续相a配制成耐热纺丝液，将主膨胀相b和二级膨胀触发剂c配制成膨胀纺丝液；

15、s2、复合纺丝：采用皮芯型或海岛型复合纺丝设备，将耐热纺丝液与膨胀纺丝液按预设的体积比从同轴喷丝孔挤出，形成具有复合结构的初生纤维；

16、s3、凝固与成型：使初生纤维依次通过第一凝固浴和第二凝固浴进行分级凝固与成型，其中第一凝固浴的温度为0-15℃，用于使耐热连续相a凝固；第二凝固浴的温度为20-40℃，用于使主膨胀相b凝固；

17、s4、牵伸处理：对凝固后的纤维进行多级热牵伸，总牵伸倍率为2.0-5.0；

18、s5、热定型处理：在低于所述二级膨胀触发剂c的膨胀温度tβ至少30℃的温度下，优选为（tβ-50℃）至（tβ-30℃）的温度区间，对牵伸后的纤维进行热定型，以锁定纤维初始形态。

19、进一步限定，s1中耐热纺丝液固含量为15-25wt%，膨胀纺丝液固含量为25-35wt%。

20、进一步限定，s1中耐热纺丝液与膨胀纺丝液的挤出体积比为（55-70）:（30-45）。

21、进一步限定，s5中tβ=180-350℃，热定型温度优选为tβ-50℃至tβ-30℃的温度区间。tβ是指化学发泡剂的分解温度、脱水炭化膨胀类物质的反应活化温度或低熔点共晶盐的熔点。

22、本发明的目的之三在于提供一种基于热敏智能膨胀纱线的熔融金属飞溅防护机织物，所述机织物是由机织方式一体成型的三层结构，表层由经低表面能物质处理的纱线织造而成，里层由阻燃纱线织造而成，中间功能层以上述热敏智能膨胀纱线作为经线和/或纬线织造而成。

23、进一步限定，低表面能物质为含氟或含硅化合物，处理方式为浸渍。

24、进一步限定，阻燃纱线选自粘胶纤维、芳砜纶纤维、聚苯并咪唑纤维中的一种或它们与天然纤维的混纺纱。

25、进一步限定，中间功能层组织结构采用蜂巢组织、纬二重组织、透孔组织或纬浮长线较长的组织。

26、进一步限定，表层组织结构采用缎纹或斜纹组织，里层组织结构采用平纹或变化平纹组织。

27、进一步限定，所述机织物层间整合采用三层接结组织，通过接结经纱或接结纬纱将三层紧密联结。

28、本发明的目的之四在于提供一种基于热敏智能膨胀纱线的熔融金属飞溅防护机织物的制备方法，包括以下步骤：

29、在织机上，按照预设的三层织物组织图进行一体织造，然后对织造后的坯布进行热定型和功能整理。

30、进一步限定，织造过程中，环境温度控制在15-30℃，相对湿度控制在45-65%。

31、进一步限定，热定型温度低于tβ。

32、本发明的目的之五在于提供一种基于热敏智能膨胀纱线的熔融金属飞溅防护机织物在制备冶金、铸造、焊接行业的高温作业防护服装、防护围裙、防护手套或防护毯中的应用。

33、本发明与现有技术相比，优势在于：

34、（1）本发明首次提出并实现了遇强热，则剧烈膨胀以主动封堵的防护技术。面料不再是静态的牺牲层，而是在危急时刻能自我加固的智能系统。其防护强度与威胁强度正相关，从根本上杜绝了安全隐患。

35、（2）本发明实现了双级响应与动态舒适性管理，通过一级可逆溶胀（tα）和二级剧烈膨胀（tβ）的巧妙设计，面料智能地适应了两种典型工况，日常高温作业时，兼顾基础防护与散热透湿；危急瞬间，则切换至最高防护等级。从而在根源上解决了防护与舒适的固有矛盾。

36、（3）本发明提供了损伤可视化与可追溯性，剧烈的二级膨胀往往伴随纱线结构的不可逆变化（如发泡后的多孔结构、炭化物的形成）。这使遭受过超限热冲击的织物区域会留下永久性的硬化、形变或颜色变化（若添加指示剂）。这为安全巡检、装备状态评估和及时更换提供了直观、可靠的热历史视觉标志，提升了安全管理水平。

37、（4）本发明从智能高分子的合成与纺丝，到复杂的多层机织结构设计，形成了一条完整、自主的技术链。一体织造的结构无脱层风险，热敏智能膨胀纱线的功能不依赖于易损耗的后整理涂层，因此产品具有优异的耐洗涤性、耐老化性和长寿命。

38、（5）本发明通过调整热敏智能膨胀纱线中触发剂的类型、含量和响应温度tβ，可以定制适用于不同熔融金属（钢、铁、铝、铜）熔点、不同工业场景的防护面料。