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一种空气呼吸器用阻燃隔热胶材料及其制备方法

申请号 CN202311784718.X 申请日 2023-12-23 公开(公告)号 CN117774461A 公开(公告)日 2024-03-29
申请人 上海诚格安全装备集团有限公司; 发明人 高强;
摘要 本 申请 涉及空气呼吸器用 硅 胶材料的领域,具体公开了一种空气呼吸器用阻燃 隔热 硅胶材料及其制备方法。一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,包括依次设置的:外层,基材为硅胶、阻燃剂;功能层,为双层编织复合结构,其双层结构之间形成有多个气腔;内层,基材为玻璃 纤维 。本申请的一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,其经检测后的余焰时间可达到0s,250℃ 温度 保温20min后的冷面温度低至30℃左右,具有优异的阻燃、隔热性的优点,可应用于空气呼吸器中,减少穿戴者 皮肤 在高温下灼伤的情况发生。其制备方法为:在内层表面涂覆胶粘剂,将功能层与胶粘剂贴合,压合,向功能层表面上浇筑外层材料,加热硫化,冷却,即得。该制备方法具有简单高效的优点。
权利要求

1.一种空气呼吸器用阻燃隔热胶材料,其特征在于,包括依次设置的:
外层,基材为硅胶、阻燃剂;
功能层,为双层编织复合结构,其双层结构之间形成有多个气腔;
内层,基材为玻璃纤维
2.根据权利要求1所述的一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,其特征在于:所述双层编织复合结构包括表层和里层,所述表层与外层相贴合,所述里层与内层相贴合,所述气腔边沿的表层与里层通过双面纬编交织固定。
3.根据权利要求2所述的一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,其特征在于:所述里层表面设置有隔热层,所述隔热层位于里层和内层之间;
所述隔热层的制备原料包括六晶须。
4.根据权利要求3所述的一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,其特征在于,所述隔热层由如下重量百分比的组分组成:
六钛酸钾晶须9‑11%;
N,N‑二甲基甲酰胺15‑25%;
分散剂 2‑3%;
无机粘合剂 余量。
5.根据权利要求4所述的一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,其特征在于:所述六钛酸钾晶须的加入量为隔热层总质量的10%。
6.根据权利要求4所述的一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,其特征在于,所述隔热层的制备方法为:将六钛酸钾晶须分散在N,N‑二甲基甲酰胺中,再加入分散剂,混合;将所得混合物加入到无机粘合剂中,混合,即得。
7.根据权利要求1所述的一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,其特征在于:所述外层的制备原料包括如下重量分数的组分:
甲基乙烯基硅橡胶100份;
磷酸铵阻燃剂20‑30份;
γ‑甲基丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷0.6‑1份;
含氢硅油1.3‑1.7份;
聚醚改性二甲基硅氧烷0.1‑0.3份;
铂金催化剂1.8‑2.2份。
8.根据权利要求7所述的一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,其特征在于,所述外层的制备原料还包括如下重量分数的组分:
向日葵花粉5‑8份。
9.一种权利要求1‑8任一项所述的空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、准备外层、功能层和内层;
S2、在内层表面涂覆胶粘剂,将功能层与胶粘剂贴合放置,压合,得到双层材料;
S3、向功能层远离内层的表面上浇筑外层材料,加热硫化,冷却,即得空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料。

说明书全文

一种空气呼吸器用阻燃隔热胶材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本申请涉及空气呼吸器用硅胶材料的领域,更具体地说,涉及一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 正压式空气呼吸器广泛应用于消防、化工、船舶、石油、冶炼、仓库、试验室、矿山等部,供消防员或抢险救护人员在浓烟、毒气、蒸汽或缺等各种环境下安全有效地进行灭火,抢险救灾和救护工作。
[0003] 空气呼吸器的组成部分包括口鼻罩。口鼻罩一般以硅胶为基材,能够与面部紧密贴合提高气密性,同时需要具有较优的阻燃性,使制得的空气呼吸器满足标准《XF124‑2013正压式消防呼吸器》的规定。目前存在一种阻燃硅胶材料,其由硅胶层、编织层和玻璃纤维层复合得到,其中编织层以硅胶包覆纤维丝为原料经纺丝后编织得到。
[0004] 上述的硅胶材料虽具有较优阻燃性能,但在实际消防救援过程中,消防员有时需要穿越火场,皮肤在长时间的高热环境下容易被灼伤,从而导致降低救援效率、产生昏厥等现象,因此对空气呼吸器用的硅胶材料也有具备一定隔热性的要求。发明内容
[0005] 为了提高阻燃硅胶的隔热性能,本申请提供一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料及其制备方法。
[0006] 第一方面,本申请提供一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,采用如下的技术方案:一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,包括依次设置的:
外层,基材为硅胶、阻燃剂;
功能层,为双层编织复合结构,其双层结构之间形成有多个气腔;
内层,基材为玻璃纤维。
[0007] 通过采用上述技术方案:硅胶材料包依次设置的外层、功能层和内层。其中外层赋予材料较优的阻燃效果;功能层受热后,位于气腔内的气体会快速膨胀,但受限于其位于双层结构之间因此流通性较差,导致气腔鼓起,从而发挥良好的隔热性能,提高材料的隔热效果;内层借助玻璃纤维本身的热阻碍性,对温度的传播进行阻碍,进一步提高材料的隔热效果。
[0008] 经检测,本申请所制硅胶材料的余焰时间为1s,具有优异的阻燃性能,满足使用需要;当未采用功能层时,硅胶材料的冷面温度为98℃,采用功能层后,硅胶材料的冷面温度降至55℃,提高了隔热效果。
[0009] 可选的,所述双层编织复合结构包括表层和里层,所述表层与外层相贴合,所述里层与内层相贴合,所述气腔边沿的表层与里层通过双面纬编交织固定。
[0010] 通过采用上述技术方案:通过双面纬编交织固定连接表层和里层,表层和里层之间的气腔在受热下鼓起,起到隔热效果。
[0011] 可选的,所述里层表面设置有隔热层,所述隔热层位于里层和内层之间;所述隔热层的制备原料包括六晶须。
[0012] 通过采用上述技术方案:六钛酸钾晶须具有高红外反射率和负的温度系数,赋予隔热层反射红外辐射的能,且六钛酸钾晶须含有洞状结构,因此具有结构隔热性,从而很好的提高隔热层的耐热、隔热性能。
[0013] 经检测,当未设置隔热层时,所制硅胶材料的冷面温度为55℃,而设置有隔热层后,所制硅胶材料的冷面温度降至45‑47℃,提高了硅胶材料的隔热效果。
[0014] 可选的,所述隔热层由如下重量百分比的组分组成:六钛酸钾晶须9‑11%;
N,N‑二甲基甲酰胺15‑25%;
分散剂2‑3%;
无机粘合剂余量。
[0015] 通过采用上述技术方案:当各组分用量处于上述范围内时,所制隔热层的隔热效果较佳,很好的提高硅胶材料的隔热性能。
[0016] 可选的,所述六钛酸钾晶须的加入量为隔热层总质量的10%。
[0017] 通过采用上述技术方案:当六钛酸钾晶须的加入量为隔热层总质量的10%时,所制硅胶材料的隔热性能最佳。
[0018] 可选的,所述隔热层的制备方法为:将六钛酸钾晶须分散在N,N‑二甲基甲酰胺中,再加入分散剂,混合;将所得混合物加入到无机粘合剂中,混合,即得。
[0019] 通过采用上述技术方案:步骤较少,工艺简单高效,有利于工业化放大规模制备隔热层。
[0020] 可选的,所述外层的制备原料包括如下重量分数的组分:甲基乙烯基硅橡胶100份;
磷酸铵阻燃剂20‑30份;
γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.6‑1份;
含氢硅油1.3‑1.7份;
聚醚改性二甲基硅氧烷0.1‑0.3份;
铂金催化剂1.8‑2.2份。
[0021] 通过采用上述技术方案:复配硅橡胶和阻燃剂,制得具有阻燃效果的外层,赋予硅胶材料一定的阻燃性能。经检测,硅胶材料的余焰时间仅为1s,满足使用需要。
[0022] 可选的,所述外层的制备原料包括如下重量分数的组分:向日葵花粉5‑8份。
[0023] 通过采用上述技术方案:经检测,未就加入向日葵花粉时,所制硅胶材料的余焰时间为1s,冷面温度为40℃;而加入有向日葵花粉时,所制硅胶材料的余焰时间降至0s,阻燃性能提高,冷面温度降至29‑33℃,隔热效果提高,分析其原因可能在于:一方面向日葵花粉中含有大量的多酚类物质,能够捕获羟基自由基,阻止燃烧的连反应;另一方面,聚磷酸铵与向日葵花粉中的,二者在高温条件下反应制得聚磷酸钙,聚磷酸钙为一种陶瓷材料,附着在硅胶表面后起到较佳的防火阻燃、隔热效果。
[0024] 第二方面,本申请提供一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料的制备方法,采用如下的技术方案:一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、准备外层、功能层和内层;
S2、在内层表面涂覆胶粘剂,将功能层与胶粘剂贴合放置,压合,得到双层材料;
S3、向功能层远离内层的表面上浇筑外层材料,加热硫化,冷却,即得空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料。
[0025] 通过采用上述技术方案:步骤较少,工艺简洁高效,有利于工业化放大规模制备硅胶材料。且所制硅胶材料具有优异的阻燃、隔热性能。
[0026] 综上所述,本申请具有以下有益效果:1、本申请以外层、功能层和内层组成复合结构,其中外层以硅胶和阻燃剂为基材,具有一定的阻燃效果;功能层的含有气腔,当气腔受热时发生鼓起起到隔热效果;内层以玻璃纤维为基材,进一步提高隔热效果;使得所制硅胶材料经灼烧后余焰时间为1s以内,在
250℃、20min的加热条件下,冷面温度在55℃以下,阻燃隔热效果较优,可应用于空气呼吸器中,在高温环境下有效保护佩戴者皮肤不受灼伤;
2、本申请在功能层和内层之间设置有隔热层,由于隔热层中的六钛酸钾晶须赋予隔热层一定的反射红外辐射的能力和隔热性能,提高硅胶材料的隔热效果;
3、本申请在外层材料中同时使用聚磷酸铵阻燃剂和向日葵花粉,二者反应得到陶瓷材料——聚磷酸钙,附着在外层表面,进一步提高硅胶材料的阻燃、隔热效果。

具体实施方式

[0027] 以下结合实施例对本申请作进一步详细说明;本申请中甲基乙烯基硅橡胶采自山东大易化工有限公司,型号为DY‑V110‑2;聚磷酸铵阻燃剂山东泰星新材料股份有限公司,型号为HT‑208;
含氢硅油采自浙江沃兴曼新材料科技有限公司,型号202;聚醚改性二甲基硅氧烷采自山东登诺新材料科技有限公司,型号DN369D;铂金催化剂采自深圳市天启新材料科技有限公司,型号SK‑P030;向日葵花粉采自西安全奥生物科技有限公司,货号QAD‑0955。
[0028] 制备例1‑3一种外层材料,各组分及其相应的重量如表1所示,并通过如下步骤制备获得:
塑炼:将甲基乙烯基硅橡胶于常温条件下进行塑炼,搅拌10分钟;
混炼:将聚磷酸铵阻燃剂和γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入密炼后的物料中进行混合,并于120℃下混炼1个小时,冷却至室温;
开炼:向冷却后的物料中加入含氢硅油、聚醚改性二甲基硅氧烷、铂金催化剂,于
18℃下开炼15分钟,即得基层材料。
[0029] 制备例4‑6一种外层材料,与制备例2的区别之处在于,再开炼的过程中:向冷却后的物料中加入含氢硅油、聚醚改性二甲基硅氧烷、铂金催化剂时,还加入有向日葵花粉,各组分及其相应的如表1所示。
[0030] 表1制备例1‑6中各组分及其重量(kg)实施例1
一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,包括依次设置的:
外层,由制备例1制得;
功能层,为CN114277580A对比例1的多功能双层面料,具有双层编织复合结构,其双层结构之间形成有多个气腔,双层编织复合结构包括表层和里层,气腔边沿的表层与里层通过双面纬编交织固定;
2
内层,为玻璃纤维布,克重900g/m ,厚度2mm,密度20*20,耐火温度650℃,采自廊坊德源节能科技有限公司。
[0031] 一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料的制备方法为:S1、将内层表面涂覆胶粘剂(胶粘剂厚度为0.2μm),将功能层的里层与胶粘剂相贴合,进行压合,得到双层材料;
S2、将外层材料浇筑在功能层远离内层的表层上,控制外层厚度为1mm;进行加热,于150℃下烘烤8min硫化,自然冷却至常温,即得阻燃隔热硅胶材料。
[0032] 胶粘剂采自山东嘉德包装材料有限公司,型号为PJ‑221。
[0033] 对比例1一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,与实施例1的区别之处在于,不采用功能层,即:在内层表面上浇筑制备例1的外层材料,控制外层厚度为1mm;进行加热,于150℃下烘烤8min硫化,自然冷却至常温,即得阻燃隔热硅胶材料。
[0034] 实施例2‑4一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,与实施例1的区别之处在于,功能层由CN114277580A对比例1的多功能双层面料为基材,其里层远离表层的侧面喷涂有隔热涂料,控制涂布厚度为0.5μm,在160℃下烘干5min,形成隔热层,得到。
[0035] 隔热涂料各组分及其相应的重量如表2所示,并通过如下步骤制备获得:向N,N‑二甲基甲酰胺中加入六钛酸钾晶须,搅拌混合20min,再加入分散剂,搅拌混合40min,得到分散液;将分散液加入到无机粘合剂中,在1500r/min的转速下混合60min,静置30min,即得。
[0036] 六钛酸钾晶须采自武汉克米克生物医药技术有限公司,型号ln‑89;无机粘合剂为高温无机粘合剂,采自北京志盛威华化工有限公司,型号ZS‑1071;分散剂采自广州梵泰新材料科技有限公司,型号为E525。
[0037] 表2实施例2‑4中隔热涂料各组分及其重量(kg)实施例5‑9
一种空气呼吸器用阻燃隔热硅胶材料,与实施例3的区别之处在于,外层的使用情况参照下表,但外层的厚度不变。
[0038] 表3实施例5‑9中外层的使用情况表实施例 5 6 7 8 9
外层的制备例 2 3 4 5 6
性能检测
对实施例和对比例中制得的阻燃隔热硅胶材料进行如下性能检测,检测结果记录在表4中。
[0039] 检测方法1、阻燃性能:根据GB/T 5169.17‑2017中的方法进行检测,在第五次施加火焰后,记录其余焰时间(GB/T 5169.17‑2017规定的余焰时间),时间越短表明阻燃效果越好。
[0040] 2、隔热性能:在高温电炉中放置阻燃隔热硅胶材料且硅胶材料与柜门平行,硅胶材料位于炉膛内且与柜门的间距为3cm;硅胶材料将高温电炉内部空腔划分为靠近炉膛的加热区和远离炉膛的隔热区。在硅胶材料两面各固定有一个温度传感器,以加热区传感器的温度为硅胶材料热面温度,以隔热区传感器的温度为冷面温度,在250℃、20min的条件下进行检测,分别记录热面温度和冷面温度,计算二者差值,差值越大表明隔热效果越好。
[0041] 表4性能检测结果参照表4可知,实施例1‑9中的硅胶材料的余焰时间为1s,具备较优的阻燃性能,满足使用需要。
[0042] 实施例1中因采用功能层,检测所得冷面温度为55℃,而未采用功能层时的冷面温度显著提升至98℃,表明功能层显著提升了硅胶材料的隔热性能。
[0043] 实施例2‑4与实施例1的区别之处在于,在功能层表面设置有隔热层,硅胶材料的冷面温度进一步降至45‑47℃;分析其原因在于:隔热层中的六钛酸钾晶须赋予隔热层反射红外辐射的能力,且其含有风洞状结构,具有结构隔热性,提高功能层的耐热、隔热性能,进而提高硅胶材料的隔热性能。
[0044] 实施例5‑6与实施例3的区别之处在于,外层的各组分用量不同,冷面温度较低,硅胶材料的隔热效果较佳。
[0045] 实施例7‑9与实施例5的区别之处在于,外层的制备过程中还加入有向日葵花粉,所制硅胶材料的余焰时间相较于未添向日葵花粉时的1s降至0s,冷面温度由40℃降至29‑33℃,分析其原因可能在于:
向日葵花粉中的多酚类物质捕获自由基,阻燃燃烧的连锁反应,提高阻燃效果;且聚磷酸铵与向日葵花粉中的钙在高温下反应得到聚磷酸钙,聚磷酸钙为一种陶瓷材料,附着在硅胶表面起到提升阻燃和隔热的效果。
[0046] 本具体实施例仅仅是对本申请的解释,其并不是对本申请的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。