本申請涉及阻燃防護材料領域，特別是涉及一種高效阻燃防護復合材料及其制備方法和應用。

背景技術：

近年來各類民用、裝飾用和產業(yè)用纖維以及非織造布的應用領域快速擴大，由于90％以上的纖維制品都具有易燃特性，根據(jù)相關部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國平均每年的大小火災都會給社會造成巨大的經濟損失，同時火災也導致成千上萬的人員由于穿著不當而出現(xiàn)不同程度的燒傷。并且隨著科技的快速發(fā)展，越來越多高溫或超高溫條件下的工作人員，通過穿著隔熱阻燃防護服對其進行安全保護，從而避免熱源對人體造成的傷害。因此，在高溫作業(yè)環(huán)境中，穿著隔熱阻燃防護材料制備的服裝不僅可以保護皮膚免受灼燒，而且可以降低人體皮膚表面的升溫速率，并在災害發(fā)生時提供穿著者反應時間與逃離時間，以避免或減輕熱源對人體的損傷。此類防護材料對阻燃性能和阻燃持久性要求較高，阻燃性能不能因洗滌而降低，而且具備耐磨性、防靜電性、熱防護性、透氣性和透濕性。

因此為特殊行業(yè)的工作者研制一種高阻燃防護復合材料，保障穿著安全性的前提下，進一步提高舒適性和美觀度，具有重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

本申請的目的是提供一種新的結構構造改進的高效阻燃防護復合材料及其制備方法和應用。

本申請采用了以下技術方案：

本申請的一方面公開了一種高效阻燃防護復合材料，該高效阻燃防護復合材料包括sm非織造布層和es摻雜非織造布層，sm非織造布層和es摻雜非織造布層交叉鋪網(wǎng)后復合固結在一起，形成高效阻燃防護復合材料；其中，sm非織造布層由pp紡粘無紡布層和pp熔噴布層組成，pp熔噴布層通過熔噴法形成于pp紡粘無紡布層表面，sm非織造布層和es摻雜非織造布層交叉鋪網(wǎng)時，pp熔噴布層夾于pp紡粘無紡布層和es摻雜非織造布層之間；pp紡粘無紡布層中添加膨脹型石墨阻燃劑；pp熔噴布層中添加聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑和協(xié)效劑賽克；es摻雜非織造布層由es纖維、pet纖維和粘膠纖維的混合纖維經梳理成網(wǎng)制成。其中，協(xié)效劑賽克是指三(2-羥乙基)異氰脲酸酯。

需要說明的是，本申請的高效阻燃防護復合材料，在pp紡粘無紡布層中添加膨脹型石墨阻燃劑，在相同等級的阻燃效果下，膨脹型石墨阻燃劑的用量遠小于普通阻燃劑，阻燃效果好，效率高，避免了因大量阻燃劑的添加影響pp紡粘無紡布層纖維的機械強度和纖維特性。并且，添加膨脹型石墨阻燃劑的pp紡粘無紡布層能夠離火自熄，無析出，不起霜；膨脹型石墨阻燃劑具有非常優(yōu)異的加工熱穩(wěn)定、耐水、耐光老化、無毒、無污染。此外，由于石墨是良好的電導體，使得pp紡粘無紡布層能防止靜電荷的聚集，達到防火防靜電的雙重效果。膨脹型石墨阻燃劑具有豐富的孔結構，因而有優(yōu)良的吸附性能，膨脹型石墨的孔結構有開放孔和封閉孔兩種，孔容積占98％左右，而且以大孔為主，孔徑分布范圍1～10.3nm；由于膨脹型石墨以大孔、中孔為主，具有疏水性，因此將其添加到pp紡粘無紡布層中不僅具有阻燃功效，還具有良好的固液阻隔性。

本申請的高效阻燃防護復合材料，在pp熔噴布層中添加聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑和協(xié)效劑賽克，同樣的，聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑對pp阻燃效果顯著，添加量少，并且在高溫下能很好的與pp熔融在一起，這樣阻燃效果持久，水洗后阻燃劑不容易脫落失效。而es摻雜非織造布層則具有良好的吸濕、透氣、阻燃功效。本申請的高效阻燃防護復合材料，各層相互配合，不僅具有良好的固液阻隔性、阻燃性，還具有良好的透氣性。

優(yōu)選的，pp紡粘無紡布層中，膨脹型石墨阻燃劑的添加量為pp紡粘無紡布層重量的5％；pp熔噴布層中，聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑和協(xié)效劑賽克的添加量分別為pp熔噴布層重量的10％。

優(yōu)選的，pp紡粘無紡布層、pp熔噴布層和es摻雜非織造布層的質量比為45:25:30。

優(yōu)選的，es摻雜非織造布層的纖維的表面具有空穴結構。

優(yōu)選的，pp熔噴布層的纖維細度為1～3μm。

優(yōu)選的，pp熔噴布層的克重為12～15g/m²；pp紡粘無紡布層的克重為18～23g/m²；es摻雜非織造布層的克重為15～20g/m²。

優(yōu)選的，es摻雜非織造布層中，es纖維、pet纖維和粘膠纖維的重量比為30:30:40。

優(yōu)選的，高效阻燃防護復合材料的一個表面為es摻雜非織造布層，另一個表面為pp紡粘無紡布層。

本申請的另一面公開了一種本申請的高效阻燃防護復合材料的制備方法，包括以均聚pp為主要原料，采用紡粘法制備pp紡粘無紡布層，采用熔噴法制備pp熔噴布層，將pp紡粘無紡布層和pp熔噴布層熱軋加固，制成sm非織造布層；同時，以es纖維、pet纖維和粘膠纖維為主要原料梳理成網(wǎng)制成es參雜非織造布層；然后，將sm非織造布層和es參雜非織造布層交叉鋪網(wǎng)，pp熔噴布層位于中間，交叉鋪網(wǎng)后，采用熱風粘合復合固結，制成高效阻燃防護復合材料；其中，制備pp紡粘無紡布層的pp原料中添加有膨脹型石墨阻燃劑，制備pp熔噴布層的pp原料中添加有聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑和協(xié)效劑賽克。

優(yōu)選的，es纖維的芯層為pp，皮層為pe，在熱風粘合復合固結時，所述皮層部分熔融形成蓬松、柔軟、透氣的空穴結構。

優(yōu)選的，熱風粘合復合固結的具體方法為，將交叉鋪網(wǎng)后的纖維網(wǎng)輸送入熱風干燥箱，es纖維的皮層在纖維的交叉點上形成熔融粘合，冷卻后，非交叉點的纖維保持原來的狀態(tài)，使得es參雜非織造布層表面具有蓬松、柔軟、透氣的空穴結構。

本申請的制備方法中，采用梳理法制備es摻雜非織造布層時，纖網(wǎng)中的es纖維、pet纖維與粘膠纖維經開松、梳理、混棉，三種纖維充分混合在一起，再與sm非織造布層交叉鋪網(wǎng)；本申請采用交叉鋪網(wǎng)方式使三層纖維粘合起來，在保障產品縱橫向強力的同時，充分將sm非織造布層與梳理成網(wǎng)的es摻雜非織造布層層疊到一起，在進入熱風機前，下層為pp紡粘無紡布層，中間為pp熔噴布層，上層為梳理成網(wǎng)的es摻雜非織造布層；其中，es纖維的芯層為pp，熔點約170℃左右，皮層為pe，熔點約130℃左右，在熱風粘合復合固結時，低熔點的es纖維皮層組織一部分熔融而起粘結作用，即es纖維的皮層在纖維的交叉點上形成熔融粘合，其余仍保留纖維狀態(tài)，冷卻后，非交叉點的纖維保持原來的狀態(tài)，同時具有熱收縮率小的特征，使得最終產品橫縱向強力達到1:1的效果，既起到了加固三層非織造布的作用，又在es摻雜非織造布層的表面形成不規(guī)則的空穴，使得es摻雜非織造布層表面蓬松、柔軟、透氣。

本申請的有益效果在于：

本申請的高效阻燃防護復合材料，在pp紡粘無紡布層中添加膨脹型石墨阻燃劑，在pp熔噴布層中添加聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑和協(xié)效劑賽克，使得制備的高效阻燃防護復合材料具有良好的阻燃、防水、透氣效果。采用膨脹型石墨阻燃劑，阻燃效果好，且使用量小，避免了阻燃劑添加量過大造成紡絲過程中斷絲、并絲及無法正常紡絲的情況。本申請的高效阻燃防護復合材料，具有良好的透氣性，并且，在纖維表面形成的蓬松、柔軟結構，大大提高了穿著舒適性。

附圖說明

圖1是本申請實施例中高效阻燃防護復合材料的制備工藝流程框圖；

圖2是本申請實施例中高效阻燃防護復合材料的結構示意圖；

其中1為es摻雜非織造布層、2為pp熔噴布層、3為pp紡粘無紡布層。

具體實施方式

本申請的高效阻燃防護復合材料，利用膨脹型石墨阻燃劑的高阻燃性，并且，將不同的阻燃劑的分別添加到pp紡粘無紡布層和pp熔噴布層，阻燃劑添加量小，克服了同時添加時多組分阻燃劑添加量過大，造成紡絲時斷絲、并絲或無法正常紡絲等問題。

本申請的高效阻燃防護復合材料，其pp熔噴布層具有很好的透氣性和蓬松性；并且，在熱風粘合復合固結時，在es摻雜非織造布層的es纖維表面形成空穴結構，使得es參雜非織造布層表面蓬松、柔軟、透氣，保障了良好的控塵力，并達到所需的蓬松手感要求。

本申請的一種實施方式中，高效阻燃防護復合材料為三層復合結構，即在pp紡粘無紡布層和es摻雜非織造布層之間夾設一層pp熔噴布層，并且，優(yōu)選的，pp紡粘無紡布層、pp熔噴布層和es摻雜非織造布層的質量比為45:25:30。三層相互配合，使得本申請的高效阻燃防護復合材料具有良好的固液阻隔性、阻燃性和透氣性。

需要說明的是，本申請采用的膨脹型石墨阻燃劑，在高溫時急劇膨脹，以此窒息火焰，并且，其生成的石墨膨體材料覆蓋在基材表面，隔絕了熱能輻射和氧的接觸，同時在膨脹過程中大量吸收熱，降低了體系的溫度。此外，膨脹型石墨阻燃劑夾層內部的酸根在膨脹時釋放出來，也促進了基材的炭化，形成堅固的碳層。而本申請采用的聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑是一類以磷、氮元素交替排列而成，具有穩(wěn)定的磷氮骨架結構的化合物。聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑獨特的磷、氮雜化結構和高的磷、氮含量使之具有良好的熱穩(wěn)定性和阻燃性；具有無鹵、燃燒時發(fā)煙量少、阻燃效率高、不產生有毒和腐蝕性氣體等優(yōu)點。聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑體系是以聚氨基環(huán)三磷腈為酸源和氣源，三(2-羥乙基)異氰尿酸酯為碳源的膨脹型阻燃劑體系，其中，三(2-羥乙基)異氰尿酸酯簡稱賽克，賽克兼有氣源的作用。聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑體系主要是在凝聚相產生阻燃作用，聚氨基環(huán)三磷腈高溫受熱分解后，產生磷酸、偏磷酸、聚磷酸等膦酸類化合物，使pp脫水、炭化，并且高溫分解產生的nh3、co2、n2等惰性氣體使炭化層膨脹進而形成膨脹的炭層，此層通過隔熱隔氧及阻止可燃氣體的進入，從而產生阻燃作用。

本申請的高效阻燃防護復合材料的制備方法中，熔噴法、紡粘法、復合固結等都是常規(guī)的技術手段，本申請的關鍵在于阻燃劑的添加量小，阻燃效果持久優(yōu)異，并且阻燃劑及協(xié)效劑加入到不同的pp無紡布層。

本申請的高效阻燃防護復合材料，復合使用膨脹型石墨阻燃劑和聚氨基環(huán)三磷腈阻燃劑，不僅進一步提高了防護復合材料的阻燃效率，而且具備無殘焰、不陰燃、無熔滴滴落等優(yōu)點，并且高效阻燃防護復合材料具有非常好的強力、耐磨性、透氣性、表面防水性等。

下面通過具體實施例和附圖對本申請作進一步詳細說明。以下實施例僅對本申請進行進一步說明，不應理解為對本申請的限制。

實施例

本例按照圖1工藝流程，進行高效阻燃防護復合材料的制備。阻燃劑是通過小螺桿加入，與原料在熔融區(qū)混合，屬于直接添加母粒法，無紡布制備屬于直接紡絲成網(wǎng)法。本例制備pp紡粘無紡布層的聚丙烯的熔指為38g/10min，采用紡粘法生產克重為20g/m²的pp紡粘無紡布層，在pp紡粘無紡布層的聚丙烯中添加膨脹型石墨阻燃劑。pp熔噴布層采用熔融指數(shù)為1500g/10min的聚丙烯切片制備，其中添加協(xié)同阻燃劑體系，即聚氨基環(huán)三磷腈和賽克，聚氨基環(huán)三磷腈和賽克混合后通過小螺桿加入，采用熔噴法制備克重為12g/m²的pp熔噴布層。先將pp紡粘無紡布層和pp熔噴布層熱軋粘合加固，制成sm非織造布層。膨脹型石墨阻燃劑和協(xié)同阻燃劑體系的用量如表1所示。

里層采用梳理成網(wǎng)的es摻雜非織造布層，es摻雜非織造布層由es纖維、pet纖維和粘膠纖維的混合纖維經梳理成網(wǎng)制成，其中膠黏纖維、滌綸纖維的纖維細度為9d，es纖維細度為4d，es纖維、pet纖維和粘膠纖維的重量比為30:30:40，es摻雜非織造布層的克重為16g/m²。

將sm非織造布層和es參雜非織造布層交叉鋪網(wǎng)，pp熔噴布層位于中間，交叉鋪網(wǎng)后，采用熱風粘合復合固結，制成本例的三層結構的高效阻燃防護復合材料，如圖2所示，pp紡粘無紡布層3和es摻雜非織造布層1位于表面，pp熔噴布層2夾設于兩者之間。其中，熱風粘合復合固結的熱風干燥箱設定熱風溫度105℃。

本例采用極限氧指數(shù)(縮寫loi)和垂直燃燒試驗來評價所制備的高效阻燃防護復合材料。極限氧指數(shù)按照國家標準gb/t5455-1997進行測試，垂直燃燒按照國家標準gb/t5455-2014方法測試，判斷標準按照國家標準gb20286-2006阻燃織物部分判定。本例的極限氧指數(shù)試樣尺寸300mm×80mm，試樣5塊，所用儀器為青島山紡儀器生產的m606極限氧指數(shù)測定儀。垂直燃燒試樣尺寸300mm×89mm，縱向取3塊樣，橫向取2塊樣，采用條件b進行樣布處理，所用儀器青島山紡儀器生產的m601垂直燃燒儀。

另外，對本例制備的高效阻燃防護復合材料進行物理性能測試，測試項目包括高效阻燃防護復合材料的強力、耐磨性、透氣性、沾水性、耐水性等。其中，強力測試包括斷裂強力和撕破強力，斷裂強力和斷裂伸長率測試按照并且按照標準iso9073-3紡織品—非織造布試驗方法“第三部分:斷裂強力及斷裂伸長的測定”進行測試；撕破強力按照iso9073-4紡織品—非織造布試驗方法“第四部分：撕破強力測試”進行測試。耐磨按照astmd4966-98織物耐磨性試驗方法“馬丁代爾磨損試驗儀法”進行耐磨等級測試。透氣性測試參考標準gb/t5453-1997進行。沾水性，又稱表面抗?jié)裥裕瑓⒖糶b/t4745-1997進行沾水等級測試。耐水性按照aatcc127進行測試，以靜水壓表征。

斷裂強力、伸長率試樣尺寸200mm×50mm試樣16塊，其中橫縱向各取8塊樣，所用儀器為萊州電子儀器廠生產的yg065c電子強力機。撕破強力試樣尺寸為梯形取樣板短邊25mm、長邊100mm、高度75mm、切口長度15mm，橫縱向各取8塊樣，所用儀器為萊州電子儀器廠生產的yg065c電子強力機。耐磨試樣尺寸180×180mm試樣5塊，所用儀器為馬丁代爾耐磨儀yg(b)401e。透氣性試樣尺寸為100mm×100mm的試樣5塊，所用儀器是yg461型織物透氣性儀。沾水性試樣尺寸300×300mm的試樣5個，使用淋水裝置進行測試。耐水性試樣尺寸180mm×180mm試樣5個，所用儀器為yg812db靜水壓儀。

本例按照表1的設計，制備了一系列不同阻燃劑添加量的高效阻燃防護復合材料，共計14個高效阻燃防護復合材料，測試14個高效阻燃防護復合材料的阻燃性能，并選取其中部分進行物理性能測試，高效阻燃防護復合材料的氧指數(shù)測定和垂直燃燒試驗結果如表1所示，物理性能測試結果如表2所示。

表1不同阻燃劑用量的高效阻燃防護復合材料阻燃性能測試結果

表1中，膨脹石墨、聚氨基環(huán)三磷腈和賽克的“％”均為重量百分比，即該阻燃劑所對應的無紡布層的重量百分比，例如膨脹石墨的百分比為pp紡粘無紡布層重量的百分比，聚氨基環(huán)三磷腈和賽克的百分比為pp熔噴布層重量的百分比。

表2不同阻燃劑用量的高效阻燃防護復合材料物理性能測試結果

表2中的試驗編號對應表1中的試驗編號。

由表1的實驗數(shù)據(jù)可知，當pp紡粘層膨脹型石墨添加量為5％，pp熔噴層中聚氨基環(huán)三磷腈和賽克添加量分別為10％時，所制備的高效阻燃防護復合材料，其loi＞32％，并且垂直燃燒續(xù)燃時間小于或等于4s，陰燃時間小于或等于3s，最低可以達到陰燃時間為0，損毀長度小于或等于32mm，燃燒滴落物未引起脫脂棉燃燒和陰燃；按照gb20286-2006中織物阻燃部分判斷，產品的阻燃性能達到阻燃1級級別，滿足阻燃防護材料的要求。

由表2的實驗數(shù)據(jù)可見，隨著阻燃劑添加量的增加，產品的物理性能出現(xiàn)下降趨勢。但在優(yōu)選阻燃劑添加量下，即膨脹型石墨添加量為5％，pp熔噴層中聚氨基環(huán)三磷腈和賽克添加量分別為10％時，高效阻燃防護復合材料的橫縱向強力比值約1:1，橫縱向強力值均超過70n/5cm，橫縱向伸長率達到40％以上，撕破強力大于55n/5cm；材料的耐磨等級達到4級，透氣性達到270mm/s，進行表面沾水測試達到4級，用靜水壓儀對材料進行耐水性實驗，材料的靜水壓值達到40cmh2o，與未添加阻燃劑材料相比，產品的物理性能下降較小，滿足對非織造材料機械性能的要求。因此，本例優(yōu)選的在pp紡粘無紡布層中添加pp紡粘無紡布層重量5％的膨脹型石墨，在pp熔噴布層中添加pp熔噴布層重量10％的聚氨基環(huán)三磷腈和10％的賽克，由此制備的高效阻燃防護復合材料阻燃效果佳，且機械性能影響最小，經濟效益最好。

以上內容是結合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本申請的保護范圍。