一种阻燃降温非织造布及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种阻燃降温非织造布及其制备方法和应用，属于功能性非织造布。

背景技术：

1、芳纶纤维具有优异的本质阻燃性、化学稳定性和机械性能，被广泛应用于消防防护、工业防护以及航天航空等领域。目前，芳纶水刺非织造布因其兼具阻燃、隔热和透气等性能应用于消防员灭火防护服隔热层材料，但其缺乏主动降温能力。超吸水纤维是一种具有亲水基团和轻度交联空间网络结构的功能纤维，其吸水倍率可达自身重量的70-200倍，主要利用吸水-保水-蒸发散热的原理来实现降温。公开号为cn104172619a的专利申请公开了一种超吸水纤维冷却衣，通过在内外层衣料之间设置超吸水纤维无纺布夹层（超吸水纤维重量25-30%，涤纶75%-70%），可实现降温6-8℃。

2、然而，目前技术仍存在以下不足，现有芳纶阻燃非织造布功能单一，缺乏主动降温能力，无法有效改善消防员在高温作业环境下的热舒适性；辐射降温技术通过在纤维中添加无机纳米粒子，利用材料对太阳光的高反射率和对红外辐射的高反射率实现被动降温，目前该类产品多以涤纶、锦纶纤维为主，不具备阻燃性能，无法满足消防等严苛环境的使用要求；现有超吸水纤维降温产品降温功能单一，主要以来水分蒸发实现降温，缺乏与辐射降温等其他方式的协同作用，超吸水纤维降温产品大多以粘胶纤维为载体，不具备阻燃性能；梯度结构设计多用于过滤和导湿等应用领域，皮芯复合纤维被用于制备单一功能性纤维，未有将辐射降温功能赋予芳纶皮层、同时以超吸水纤维为芯层，并将不同皮层/芯层体积比的纤维在非织造布厚度方向上进行梯度化分布配置的技术方案。

3、综上所述，现有技术中尚缺乏一种能够同时实现辐射降温、蒸发降温和阻燃防护三重功能，且各功能在材料厚度上呈梯度分布的非织造布。针对上述技术问题，本发明提供了一种梯度结构皮芯复合纤维的阻燃降温非织造布及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明针对现有芳纶阻燃非织造布缺乏主动降温能力、辐射降温产品不具备阻燃性能、蒸发降温产品功能单一且无法满足严苛环境应用要求等技术问题，本发明提供了一种阻燃降温非织造布及其制备方法和应用，通过采用皮层为含辐射降温无机纳米粒子的芳纶、芯层为超吸水纤维的皮芯复合纤维，并在非织造布厚度方向上构建皮层体积分数从下表层至上表层递增的梯度结构，使得辐射降温与蒸发降温在空间上形成上辐射、下蒸发的功能分离与协同增效，同时在预湿状态下实现总降温贡献率≥83%、最大降温幅度≥12℃、降温持续时间≥125分钟的优异降温效果，并兼具阻燃b级性能，有效满足了消防防护、高温作业等领域的迫切需求。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种阻燃降温非织造布的制备方法，所述制备方法为：

3、s1、分别制备至少两种不同皮层与芯层体积比例的皮芯复合纤维；制备所述皮芯复合纤维的皮层使用的原料为含有辐射降温无机纳米粒子的芳纶纺丝溶液，制备芯层使用的原料为超吸水纤维纺丝原液；

4、s2、将步骤s1制得的不同皮层与芯层体积比例的皮芯复合纤维分别进行梳理成网，形成单层纤网，然后将各单层纤网按照皮层与芯层体积比从大到小的顺序自上而下依次叠合，形成在厚度方向上具有皮层体积分数梯度结构的多层复合纤网；

5、s3、将步骤s2制得的多层复合纤网进行水刺加固处理，经干燥、卷绕成型，得到所述阻燃降温非织造布。

6、进一步地，步骤s1中，所述芳纶纺丝溶液中的芳纶为间位芳纶或对位芳纶；

7、所述超吸水纤维纺丝原液中的超吸水纤维为聚丙烯酸系超吸水纤维或聚丙烯酸钠系超吸水纤维；

8、所述芳纶纺丝溶液的静态黏度为4000-5000 poise，所述超吸水纤维纺丝原液的静态黏度为11000-12000 poise，且皮层的芳纶纺丝溶液的静态黏度低于芯层的超吸水纤维纺丝原液的静态黏度。

9、进一步地，步骤s1中，所述辐射降温无机纳米粒子为二氧化钛、氧化锌、氮化硅、二氧化硅、氧化铝中的至少一种；

10、所述辐射降温无机纳米粒子的粒径为0.03-25μm，所述辐射降温无机纳米粒子在芳纶纺丝溶液中的掺杂质量分数为30%-70%。

11、进一步地，步骤s1中，所述皮层与芯层的体积比为5:5~7:3，采用同轴纺丝工艺，通过控制皮层纺丝液和芯层纺丝液的供料速率比来调节皮层与芯层的体积比。

12、进一步地，步骤s2中，所述在厚度方向上具有皮层体积分数梯度结构是指：皮层体积分数沿非织造布厚度方向从下表层至上表层呈阶梯式递增；其中，下表层的皮层体积分数为50%-55%，上表层的皮层体积分数为65%-70%，且上表层皮层体积分数大于下表层皮层体积分数。

13、进一步地，步骤s2中，所述单层纤网的层数为2-5层；

14、步骤s3中，所述非织造布的面密度为80-250g/m2，厚度为0.5-3mm。

15、进一步地，步骤s3中，所述水刺加固的水刺压强为3-10mpa，水刺道数为5-7道；所述干燥的烘干温度为100-130℃，烘干时间为2-5min。

16、本发明还公开了一种阻燃降温非织造布，所述阻燃降温非织造布由本发明所述制备方法制得。

17、进一步地，所述皮层体积分数vc(z)沿厚度方向呈幂函数规律变化，由下表层z=0的vc(min)逐渐递增至上表层z=h的vc(max)，满足下式：

18、vc(z) = vc(min) + (vc(max) - vc(min))·(z/h)n；

19、其中，vc(max)=0.7，vc(min)=0.5，梯度指数n=1-3。

20、本发明还公开了一种阻燃降温非织造布的应用，所述阻燃降温非织造布在制备消防防护装备、高温作业防护服或户外降温纺织品中应用。

21、本发明的有益效果是：

22、本发明通过皮芯复合纤维实现了辐射降温和蒸发降温两种降温方式的协同作用，实现了阻燃和降温功能的一体化。皮层辐射降温芳纶纤维利用辐射降温无机纳米粒子对太阳光和对红外辐射的高反射率实现辐射降温，芯层超吸水纤维利用其吸水-保水-蒸发散热的原理实现蒸发降温，同时皮层芳纶具有本质阻燃性，赋予非织布的阻燃性。

23、本发明通过不同皮芯体积比的皮芯复合纤维在非织造布厚度方向上进行了梯度化分布配置，该梯度结构使非织造布在不同温湿度环境下自动呈现出功能互补特性，其降温效果是两种机制在厚度方向上形成明确的空间分布与动态协同的结果，具体表现为当环境温度≥35℃，处于高温强日照环境下，上表层高比例的辐射降温芳纶发挥主导作用，上表层的高发射率皮层将吸收的太阳辐射热量通过8-13μm大气窗口高效向外太空发射，辐射降温贡献率可达55%以上，此时以辐射降温为主导；当环境温度≥35℃，相对湿度≤40%rh的高温干燥环境下，空气水蒸气分压力极低，与下表层超吸水纤维所蓄水分的饱和蒸气压形成巨大压差，驱动水分快速蒸发并带走大量潜热，蒸发降温贡献率可达8%-25%以上，此时以蒸发散热降温为主。该梯度结构构建了“上辐射、下蒸发”功能体系，能够根据环境条件自动切换主导降温模式，另一种降温模式仍持续辅助功能提供补充，实现更好的应用效果。

24、本发明采用同轴纺丝工艺、梳理成网、多层叠合和水刺加固等成熟工艺制备产品，工艺流程简洁，适合工业化生产。