耐明火绝热复合织物的设计与表征

论文摘要

本课题主要在分析、比较了多种反射材料,耐高温材料和蓄热材料的基础上,设计研制出一种耐高温绝热复合织物,这对于消防、军事应用的防火织物来说,是一种新结构材料,在防火隔热的结构设计上,也是一种新的提升。防火织物作为防护服的一个重要组成部分,一直受到重视。以往因受多种因素制约,防火服只是在热辐射防护方面有所革新,但并不能真正接触高温明火并承受住高温的考验和保护人体。近年来,随着芳纶纤维的应用,一些新的防火服出现使用Nomex等面料。这些织物,在面对300℃～400℃的火焰冲击或800℃～1000℃的热源辐射时,可以维持一段时间,但是接触到600℃甚至以上的明火时就很快熔穿,失去使用价值。在这样的背景下,本课题多方面搜寻资料,自主研发出新型,可耐800℃高温火焰冲击、持续8min不解体的高性能隔热(绝热)材料。在对现代消防服、工业用隔热材料和航空航天用隔热材料进行分析后,采用多层复合织物。其基本结构;①热反射层;采用镀铝膜反射辐射热,有效降低了织物所接受的热流量;②铝膜支撑层;采用石棉面料或玄武岩面料,在支撑铝膜的同时,起到一定的隔热效果;③蓄热层;采用相变材料,将热量尽可能快地吸收。以防止高热量对织物结构造成破坏;④隔热层;采用石棉面料或玄武岩面料,将相变材料没有吸收掉的热量尽可能隔绝。为表述所设计制备的多层复合织物的隔热、防火性能,设计制造了织物隔热性能的测试实验设备。根据面料厚度的不同,制备了多种规格的织物,在重点测试了样品织物的隔热性能基础上,比较,选择了隔热效果最为优良的织物规格,并对织物遇热前后的力学性能进行了一定的表征。结果表明;①石棉面料织物在800℃明火冲击下,纤维吸附水析出蒸发,织物大约能保持6min的稳定隔热效果,当结晶水和结构水开始析出后,石棉面料开始解体,织物隔热效果下降,最终织物熔穿解体;②玄武岩面料织物在800℃明火冲击下,面料没有明显失重现象,织物大约能保持8min的稳定隔热效果,之后玄武岩晶体分解,织物隔热效果急剧下降,织物解体;③石棉、玄武岩复合织物的隔热效果相比石棉略为优异,但是石棉失水后分解造成织物整体的破坏,对隔热性能影响很大。综上所述,课题最终选择了玄武岩面料作为织物的主体面料。并比较得到2.56mm厚度织物隔热效果最为优良。在测试力学性能的基础上,证明该规格织物至少能保证8min的有效使用时间。仍存在的问题;①铝膜的使用温度过低,在实验中,一旦织物内部不能有效导热,铝膜就有可能过热熔融;②多层面料之间存在热阻现象,有导热滞后的因素,尤其在火焰冲击,人体运动的过程中,织物内部各层之间存在导热情况不稳定的非稳态导热情况,这都有可能造成热量不能及时被相变材料吸收,造成铝膜过热熔融;③六钛酸钾的使用存在难题,六钛酸钾作为耐热温度1300℃的优良反射材料,至今无法加工成膜,如果能将其用作织物的表层反射材料,相信织物的隔热性能将提升到更高的温度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研发现状
• 1.2 研究中的主要问题和研究意义
• 1.3 本课题的研究目的及研究内容
• 第2章 传热机理探讨及热流量计算
• 2.1 热流传递特点分析
• 2.2 织物承受的热流量计算
• 2.3 理论计算对设计与选材的意义
• 2.4 本章小结
• 第3章 材料选择及织物设计
• 3.1 耐高温隔热材料性能分析及选择
• 3.2 热反射层材料性能分析及选择
• 3.3 蓄热材料机理及选择
• 3.4 织物结构设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 织物制备与测量装置搭建
• 4.1 多层织物组合
• 4.2 相变材料添加及镀铝膜方法
• 4.3 测量装置搭建
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 织物绝热性能测试
• 5.2 面料力学性能测试
• 5.3 镀铝膜后织物防辐射性能测试
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文目录