本发明属于复合材料领域，尤其是涉及一种高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料及其制备方法。
背景技术：
1、火灾现场扑救环境因素复杂多变，常面临爆燃火焰灼伤、高温固体接触灼伤等潜在极端威胁，对现有灭火防护服装的隔热防护能力提出了更高要求。芳纶织物作为灭火防护服装的外层织物，具有优异的阻燃和热稳定性，但单一织物结构并不能满足极端环境下的火灾隔热防护需求。因此，将芳纶织物与发泡材料复合成为提高隔热效果并满足实际应用的技术路径。
2、但是，鲜有针对硅胶发泡材料和芳纶织物的复合加工研究，且芳纶纤维表面光滑、界面惰性强，泡沫材料与芳纶织物结合后易发生脱粘现象。申请号为cn2020103338049的中国发明专利申请公开了一种用于织物的分层涂层，该专利将第一凝固剂施加到织物，但是忽略了凝固剂对织物表观质量的不利影响，而泡沫织物复合材料在加工过程应避免发生表观质量变差的现象。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料及其制备方法。
2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
3、一种高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)采用浆料对里经里纬进行上浆，然后进行烘干，得到预处理后的里经里纬，将表经与表纬交织成表层，将预处理后的里经与里纬交织成里层，接结经分别与表纬、里纬交织后得到芳纶织物；
5、(2)将α,ω-二羟基聚硅氧烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、去离子水、铂催化剂与改性无机填料混合搅拌均匀，得到组分a，将α,ω-二羟基聚硅氧烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷与含氢硅油混合搅拌均匀，得到组分b，将组分a与组分b混合搅拌发泡后得到混合液；
6、(3)将所述的混合液在加热的条件下采用刮涂方式涂覆于所述的芳纶织物的单侧表面，然后经加热硫化后得到所述的芳纶复合泡沫材料。
7、所述的芳纶织物采用表里接结组织织造，表里接结组织是使分离的表里两层构成一个整体的织物组织，传统的表里接结组织里层的作用是增加织物的厚度，表层的作用是增进织物外观，因此对里层织物的纱线要求不高。本发明所述的芳纶复合泡沫材料一方面通过经纬的设计，使其表面致密，里层织物相对稀疏，增加泡沫对织物孔隙的渗透，形成泡沫对里层织物中里经里纬的包覆，另一方面，通过对里经里维纱线的上浆处理，提升其与泡沫材料的结合强度。所述的织物的单位面积质量200-250gsm，所述的织物的里经采用间位芳纶、对位芳纶与芳纶基导电黑丝按照88：10：2混纺，纱线细度为30-35tex，所述的里纬采用纯间位芳纶短纤纱，纱线细度为20-30tex，所述的表经、表纬均采用间位芳纶、对位芳纶与芳纶基导电黑丝按照91：6：3的比例混配，纱线细度为30-35tex，所述的接结经采用100％对位芳纶短纤纱，纱线细度为11-16tex，所述的表经、里经、接结经、表纬、里纬按照4:4:1:4:4配置，所述的接结经密度为10-12根/inch。
8、进一步，所述的步骤(1)中的浆料包括质量比为49.7-49.8:0.4-0.6:49.7-49.8的水性聚氨酯、发泡剂与去离子水；所述的发泡剂为铂催化剂；所述的步骤(1)中的浆料的含固率为12-14％，质量浓度为13％，压浆张力为20-25kn，卷绕张力为2500-2800n；所述的步骤(1)中的烘干步骤的温度为80-100℃。
9、进一步，所述的步骤(2)中的组分a中α,ω-二羟基聚硅氧烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、去离子水、铂催化剂与改性无机填料的质量比为30-35：17-20：1-2：0.1-0.5：5-15；所述的步骤(2)中的组分b中α,ω-二羟基聚硅氧烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷与含氢硅油的质量比为30-35：5-10：0.1-0.2：3-10；所述的步骤(2)中的组分a与组分b的质量比为0.5-2:1。
10、进一步，所述的步骤(2)中的组分a的搅拌步骤的速率为1000-1200转/分钟，时间为10分钟；所述的步骤(2)中的组分b的搅拌步骤的速率为1000-1300转/分钟，时间为10分钟；所述的步骤(2)中的组分a与组分b混合后的搅拌步骤的速率为1000-1300转/分钟，时间为30-80秒。
11、进一步，所述的改性无机填料由包括如下步骤的方法制成：将无机填料干燥后加入到γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中，在室温条件下进行搅拌，反应完成后经过滤、洗涤、烘干后得到所述的改性无机填料。
12、γ-氨丙基三乙氧基硅烷的氨基(-nh2)可与有机硅树脂中的羟基(-oh)极性基团形成氢键；乙氧基(-oet)在水解和缩合反应后会形成硅羟基(-si-oh)与陶瓷化填料表面的羟基发生缩合反应，形成共价的硅氧硅键(si-o-si)；硅烷基(-si)可以通过氨基与有机硅树脂中的官能团发生反应，形成共价键，进一步增强填料与有机硅树脂的结合强度。
13、γ-氨丙基三乙氧基硅烷的氨基(-nh2)和硅羟基(-si-oh)可以与水性聚氨酯中的羟基(-oh)和氨基(-nh2)形成氢键，有助于提高两者的相容性和分散性。水性聚氨酯中通含有未完全反应的异氰酸酯基团(-nco)，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的氨基(-nh2)可以与这些异氰酸酯基团发生反应，形成脲键(-nh-co-nh-)，从而形成共价键，显著提高填料与聚氨酯基体之间的结合强度。
14、γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙氧基(-oet)在水解后形成的硅羟基(-si-oh)可以与陶瓷化填料表面的羟基(-oh)发生缩合反应，形成si-o-si共价键，形成的硅氧硅网络可以与水性聚氨酯的聚合物链通过化学键结合，从而增强界面结合强度。
15、无机填料经γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的作用是改善无机填料在发泡混合液中的分散，作为连接有机硅树脂泡沫大分子与聚氨酯涂层的桥梁，在增加泡沫自身强度的同时，改善泡沫与织物的界面结合，提升剥离强度。
16、进一步，所述的干燥步骤的温度为80-120℃；所述的搅拌步骤的时间为2-5小时；所述的烘干步骤的温度为100-120℃。
17、进一步，所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶液由质量比为0.5-1：95-100：5-10的γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇与0.1-0.5wt％的氨水混合而成；所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷为无机填料质量的0.3-5％；所述的无机填料为气凝胶、可膨胀性石墨或陶瓷化填料中的至少一种。
18、通过控制发泡材料原料配制中2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷的添加量，控制发泡速率，以适应衔接硅橡胶泡沫与织物的复合工艺；通过改性无机填料调节泡沫对织物的渗透，增强泡沫强度和耐热性。
19、进一步，所述的步骤(3)中的加热步骤的温度为25-80℃；所述的步骤(3)中的刮涂步骤的刮刀与芳纶织物之间的距离为1-10mm，混合液与织物的接触时间为40-90秒。
20、进一步，所述的步骤(3)中的加热硫化步骤的温度为100-150℃，时间为1-2小时。
21、通过控制织物表面的加热温度(25-80℃)来调节硅橡胶与织物间的结合强力和泡孔梯度结构；通过控制刮刀与织物间距离(1-10mm)控制表面均匀程度和产品厚度。控制a、b组分的搅拌时间(30-80秒)以及泡沫与织物的接触时间(40-90秒)，完成对里经里纬层的渗透和结合，实现最佳外观质量；由接近织物表面到远离织物表面，泡孔尺寸逐渐增加，以保证最佳梯度结构隔热效果，完成复合发泡后置于温度为100-150℃条件下，加热硫化1-2小时，制得芳纶复合发泡材料，分别对其在高温热平板接触和高温热对流条件下的隔热防火性能进行应用效果表征。
22、一种使用所述的制备方法制得的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料。
23、相对于现有技术，本发明具有以下优势：
24、本发明所述的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料在保证复合后织物外观质量的同时，提升硅胶泡沫与芳纶织物的界面结合强度，制备高隔热防护复合材料。
1.一种高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的浆料包括质量比为49.7-49.8:0.4-0.6:49.7-49.8的水性聚氨酯、发泡剂与去离子水；所述的发泡剂为铂催化剂；所述的步骤(1)中的浆料的含固率为12-14％，质量浓度为13％，压浆张力为20-25kn，卷绕张力为2500-2800n；所述的步骤(1)中的烘干步骤的温度为80-100℃。
3.根据权利要求1所述的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的组分a中α,ω-二羟基聚硅氧烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、去离子水、铂催化剂与改性无机填料的质量比为30-35：17-20：1-2：0.1-0.5：5-15；所述的步骤(2)中的组分b中α,ω-二羟基聚硅氧烷、端乙烯基聚二甲基硅氧烷、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷与含氢硅油的质量比为30-35：5-10：0.1-0.2：3-10；所述的步骤(2)中的组分a与组分b的质量比为0.5-2:1。
4.根据权利要求1所述的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的组分a的搅拌步骤的速率为1000-1200转/分钟，时间为10分钟；所述的步骤(2)中的组分b的搅拌步骤的速率为1000-1300转/分钟，时间为10分钟；所述的步骤(2)中的组分a与组分b混合后的搅拌步骤的速率为1000-1300转/分钟，时间为30-80秒。
5.根据权利要求3所述的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述的改性无机填料由包括如下步骤的方法制成：将无机填料干燥后加入到γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中，在室温条件下进行搅拌，反应完成后经过滤、洗涤、烘干后得到所述的改性无机填料。
6.根据权利要求5所述的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述的干燥步骤的温度为80-120℃；所述的搅拌步骤的时间为2-5小时；所述的烘干步骤的温度为100-120℃。
7.根据权利要求5所述的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶液由质量比为0.5-1：95-100：5-10的γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇与0.1-0.5wt％的氨水混合而成；所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷为无机填料质量的0.3-5％；所述的无机填料为气凝胶、可膨胀性石墨或陶瓷化填料中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的加热步骤的温度为25-80℃；所述的步骤(3)中的刮涂步骤的刮刀与芳纶织物之间的距离为1-10mm，混合液与织物的接触时间为40-90秒。
9.根据权利要求1所述的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的加热硫化步骤的温度为100-150℃，时间为1-2小时。
10.一种使用权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得的高粘合强度隔热芳纶复合泡沫材料。
