本发明属于功能面料领域，具体地，涉及一种消防服用高阻燃耐高温面料及其制备方法。
背景技术：
消防服是保护活跃在消防第一线的消防队员人身安全的重要装备品之一，它不仅是火灾救助现场不可或缺的必备品，也是保护消防队员身体免受伤害的防火用具。因此，它必须具有耐火性、耐热性和隔热性，还要具有突出的抗冲击性，防止锐利物体的冲击、碰撞等。现有技术中多采用铝箔、聚酯膜和芳纶基布复合制成消防员隔热防护服外层面料，但是在实际生产过程中，铝箔的复合工艺难度较大，既要考虑铝箔的强力，又要考虑芳纶基布的强力。另外，铝箔复合基布外层面料的穿着舒适性较差，这是由于铝箔属非柔性材料，复合在基布上后，整个外层面料手感僵硬，穿在身上时会使得消防员的灭火救援动作变得非常不灵活；而且铝箔为非透气性材料，消防员在战斗过程中身体散发的汗液、水汽被阻隔在隔热层及舒适层，会使得消防员产生闷湿感觉，从而极大地影响消防员的作战效率。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种消防服用高阻燃耐高温面料及其制备方法，该面料为三层面料结构，表层使用改性聚酰胺纤维的双股纱线作为经、纬纱，主要起阻燃作用；中层的经纬纱线同样使用改性聚酰胺纤维的双股纱线，主要起隔热作用；里层贴近皮肤，为舒适层，以羊绒纱线为经纱、大豆蛋白/棉混纺纱线作为纬纱；三层面料的设计使得在阻燃隔热的同时手感相对舒适柔软，具有较高的穿着舒适性；其中，采用的改性聚酰胺纤维在具有普通聚酰胺纤维良好的力学性能的基础上，具有较高的阻燃性能和染色性能，进一步提高了表层和中层面料的阻燃性能和染色性能；另外，制造成的三层面料经过复合气凝胶处理了，不仅能够有效提高面料的支撑性能、抗压能力和防护性能，而且能够提高面料的隔热性能；使最终得到的面料具有较高的阻燃、耐温、隔热、防护性能，适用于消防用防护服。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种消防服用高阻燃耐高温面料，为三层面料，表层使用改性聚酰胺纤维的双股纱线作为表层的经、纬纱；中层的经纬纱线同样使用改性聚酰胺纤维的双股纱线；里层以羊绒纱线为经纱、大豆蛋白/棉混纺纱线作为纬纱；
该高阻燃耐高温面料由如下步骤制成：
步骤s1、将改性聚酰胺纤维纺成双股纱线，表层、中层、里层均采用平纹或斜纹，按照面料规格由半自动织样机织造，得到成型面料；
步骤s2、将naoh、尿素和水按照质量比7:12:81搅拌溶解，形成混合溶液，并将混合溶液的温度控制在12-14℃；按照料液比为3g：100ml将破碎后的医用脱脂棉与混合溶液混合，先500r/min快速搅拌5-6min，形成膨胀黏液，再利用剪切机剪切18-20min，使脱脂棉的纤维素充分溶解，制得混合液；
步骤s3、将上述混合液和绢云母于常温条件下以200r/min匀速搅拌110-120min，混合均匀，得到溶胶；
步骤s4、将步骤s1得到的成型面料置于溶胶中，经过浸轧处理，溶胶通过面料纤维之间的空隙浸透面料，静置2-3h后，将面料取出在冷冻干燥机中干燥24h，得到所述高阻燃耐高温面料。
进一步地，所述改性聚酰胺纤维由如下方法制备：
(1)将己内酰胺和6-氨基己酸按照10:1的质量比混合后加入至反应器中，在氮气条件、200℃条件下预聚2-2.5h；
(2)继续加入间苯二甲酸-5-磺酸钠和氰尿酸三聚氰胺盐，将反应温度逐渐升高至230℃，继续聚合2-3h，得到改性聚酰胺；
(3)将改性聚酰胺纺制成聚酰胺纤维，按照浴比1:20将聚酰胺纤维与水合肼水溶液混合，于90℃反应60-65min，反应结束后取出纤维，并用去离子水洗涤至水溶液呈中性，置于70-75℃烘箱中烘干，得到改性聚酰胺纤维；
进一步地，步骤(3)中水合肼水溶液的质量分数为15％。
一种消防服用高阻燃耐高温面料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、将改性聚酰胺纤维纺成双股纱线，表层、中层、里层均采用平纹或斜纹，按照面料规格由半自动织样机织造，得到成型面料；
步骤s2、将naoh、尿素和水按照质量比7:12:81搅拌溶解，形成混合溶液，并将混合溶液的温度控制在12-14℃；按照料液比为3g：100ml将破碎后的医用脱脂棉与混合溶液混合，先500r/min快速搅拌5-6min，形成膨胀黏液，再利用剪切机剪切18-20min，使脱脂棉的纤维素充分溶解，制得混合液；
步骤s3、将上述混合液和绢云母混合，于常温条件下以200r/min匀速搅拌110-120min，混合均匀，得到溶胶；
步骤s4、将步骤s1得到的成型面料置于溶胶中，经过浸轧处理，溶胶通过面料纤维之间的空隙浸透面料，静置2-3h后，将面料取出在冷冻干燥机中干燥24h，得到所述面料。
进一步地，所述医用脱脂棉与绢云母的质量比为19:1。
本发明的有益效果：
本发明的的面料为三层面料结构，表层和中层均采用改性聚酰胺纤维制成，通过在聚酰胺缩合过程中引入磺酸基团和阻燃剂，磺酸基团能够有效提高纤维的染色能力，并且氰尿酸三聚氰胺盐能够在聚酰胺中产生更多的无定形区域，破坏了链段的规整性，这有利于染料的扩散和吸附，因此，得到的改性聚酰胺具有较高的染色性能；同时，氰尿酸三聚氰胺盐是一种高效的阻燃剂，能够有效提高聚酰胺的阻燃性能；得到的改性聚酰胺纤维在具有普通聚酰胺纤维良好的力学性能的基础上，具有较高的阻燃性能和染色性能；
本发明对成型面料进行了复合气凝胶处理，绢云母的表面富含羟基，能够与纤维素之间通过氢键有效的结合在一起，形成均匀的复合气凝胶结构，复合气凝胶对面料进行浸轧处理，复合气凝胶会以不同大小的块状、颗粒状进入面料纤维间的空隙中，并且，复合气凝胶表面含有的-oh能够与改性聚酰胺纤维上存在的氨基官能团反应，使得复合气凝胶与面料纤维结合紧密，提高耐用以及耐水洗性能，并且，能够使复合气凝胶均匀分布于面料纤维之间，发挥其各项性能；就复合气凝胶而言，纤维素与绢云母之间形成的氢键作用力和具有支撑作用的致密的多孔结构(凝胶结构)能够增强复合气凝胶的压缩性能，进而有效提高面料的支撑性能，提高面料的抗压能力和防护性能；另外，复合气凝胶致密的多孔结构能够有效提高面料的隔热性能；同时，复合气凝胶中良好分散的绢云母是片层状材料，能充分发挥其阻隔作用，防止氧气进入内部，抑制可燃气体和热量的传递，起到很好的阻燃隔热的作用；
本发明的面料为三层面料结构，表层使用改性聚酰胺纤维的双股纱线作为经、纬纱，主要起阻燃作用；中层的经纬纱线同样使用改性聚酰胺纤维的双股纱线，主要起隔热作用；里层贴近皮肤，为舒适层，以羊绒纱线为经纱、大豆蛋白/棉混纺纱线作为纬纱；三层面料的设计使得在阻燃隔热的同时手感相对舒适柔软，具有较高的穿着舒适性；其中，采用的改性聚酰胺纤维在具有普通聚酰胺纤维良好的力学性能的基础上，具有较高的阻燃性能和染色性能，进一步提高了表层和中层面料的阻燃性能和染色性能；另外，制造成的三层面料经过复合气凝胶处理了，不仅能够有效提高面料的支撑性能、抗压能力和防护性能，而且能够提高面料的隔热性能；使最终得到的面料具有较高的阻燃、耐温、隔热、防护性能，适用于消防用防护服。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种消防服用高阻燃耐高温面料，为三层面料，表层主要起阻燃作用，使用改性聚酰胺纤维的双股纱线作为表层的经、纬纱系统；中层主要隔热，经纬纱线同样使用改性聚酰胺纤维的双股纱线；里层贴近皮肤，为舒适层，以羊绒纱线为经纱、大豆蛋白/棉混纺纱线作为里层的纬纱系统；
表、中层面料具有阻燃和隔热的功能性效果，减少高温给人体带来的干扰和危害，里层的面料设计使得三层面料在阻燃隔热的同时手感相对舒适柔软，具有较高的亲肤性；
改性聚酰胺纤维由如下方法制备：
(1)将己内酰胺和6-氨基己酸按照10:1的质量比混合后加入至反应器中，在氮气条件、200℃条件下预聚2-2.5h；
(2)继续加入间苯二甲酸-5-磺酸钠和氰尿酸三聚氰胺盐，将反应温度逐渐升高至230℃，继续聚合2-3h，得到改性聚酰胺；
该步骤中，在聚酰胺熔体缩合过程中加入间苯二甲酸-5-磺酸钠和氰尿酸三聚氰胺盐，间苯二甲酸-5-磺酸钠的加入能够直接参与聚合反应，并引入磺酸基团和羧基官能团，聚酰胺分子链上的羧基会与氰尿酸三聚氰胺盐共轭平面上的n-h反应，使氰尿酸三聚氰胺盐分子接枝于聚酰胺分子链上；
(3)将改性聚酰胺纺制成聚酰胺纤维，按照浴比1:20将聚酰胺纤维与水合肼水溶液(质量分数为15％)混合，于90℃反应60-65min，反应结束后取出纤维，并用去离子水洗涤至水溶液呈中性，置于70-75℃烘箱中烘干，得到改性聚酰胺纤维；
采用水合肼溶液处理聚酰胺纤维，使聚酰胺纤维上的氰基(氰尿酸三聚氰胺盐引入的)参与化学反应，生成-nh2、-c＝n、酰胺等含氮官能团；
得到的改性聚酰胺纤维中引入了磺酸基团，磺酸基团能够有效提高纤维的染色能力，并且氰尿酸三聚氰胺盐能够在聚酰胺中产生更多的无定形区域，破坏了链段的规整性，这有利于染料的扩散和吸附，因此，得到的改性聚酰胺具有较高的染色性能；同时，氰尿酸三聚氰胺盐是一种高效的阻燃剂，能够有效提高聚酰胺的阻燃性能；得到的改性聚酰胺纤维在具有普通聚酰胺纤维良好的力学性能的基础上，具有较高的阻燃性能和染色性能；
该面料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、将改性聚酰胺纤维纺成双股纱线，表层、中层、里层均采用简单的平纹或斜纹，按照面料规格由半自动织样机织造，得到成型面料；
步骤s2、将naoh、尿素和水按照质量比7:12:81搅拌溶解，形成混合溶液，并将混合溶液的温度控制在12-14℃；按照料液比为3g：100ml将破碎后的医用脱脂棉与混合溶液混合，先500r/min快速搅拌5-6min，形成膨胀黏液，再利用剪切机剪切18-20min，使脱脂棉的纤维素充分溶解，制得混合液；
步骤s3、将上述混合液和绢云母(医用脱脂棉与绢云母的质量比为19:1)于常温条件下以200r/min匀速搅拌110-120min，混合均匀，得到溶胶；
步骤s4、将步骤s1得到的成型面料置于溶胶中，经过浸轧处理，溶胶通过面料纤维之间的空隙浸透面料，静置2-3h后，将面料取出在冷冻干燥机中干燥24h，得到所述面料；
绢云母的表面富含羟基，能够与纤维素之间通过氢键有效的结合在一起，形成均匀的复合气凝胶结构，复合气凝胶对面料进行浸轧处理，复合气凝胶会以不同大小的块状、颗粒状进入面料纤维间的空隙中，并且，复合气凝胶表面含有的-oh能够与改性聚酰胺纤维上存在的氨基官能团反应，使得复合气凝胶与面料纤维结合紧密，提高耐用以及耐水洗性能，并且，能够使复合气凝胶均匀分布于面料纤维之间，发挥其各项性能；就复合气凝胶而言，纤维素与绢云母之间形成的氢键作用力和具有支撑作用的致密的多孔结构(凝胶结构)能够增强复合气凝胶的压缩性能，进而有效提高面料的支撑性能，提高面料的抗压能力和防护性能；另外，复合气凝胶致密的多孔结构能够有效提高面料的隔热性能；同时，复合气凝胶中良好分散的绢云母是片层状材料，能充分发挥其阻隔作用，防止氧气进入内部，抑制可燃气体和热量的传递，起到很好的阻燃隔热的作用。
实施例1
改性聚酰胺纤维由如下方法制备：
(1)将己内酰胺和6-氨基己酸按照10:1的质量比混合后加入至反应器中，在氮气条件、200℃条件下预聚2h；
(2)继续加入间苯二甲酸-5-磺酸钠和氰尿酸三聚氰胺盐，将反应温度逐渐升高至230℃，继续聚合2h，得到改性聚酰胺；
(3)将改性聚酰胺纺制成聚酰胺纤维，按照浴比1:20将聚酰胺纤维与水合肼水溶液(质量分数为15％)混合，于90℃反应60min，反应结束后取出纤维，并用去离子水洗涤至水溶液呈中性，置于70℃烘箱中烘干，得到改性聚酰胺纤维。
实施例2
改性聚酰胺纤维由如下方法制备：
(1)将己内酰胺和6-氨基己酸按照10:1的质量比混合后加入至反应器中，在氮气条件、200℃条件下预聚2.5h；
(2)继续加入间苯二甲酸-5-磺酸钠和氰尿酸三聚氰胺盐，将反应温度逐渐升高至230℃，继续聚合3h，得到改性聚酰胺；
(3)将改性聚酰胺纺制成聚酰胺纤维，按照浴比1:20将聚酰胺纤维与水合肼水溶液(质量分数为15％)混合，于90℃反应65min，反应结束后取出纤维，并用去离子水洗涤至水溶液呈中性，置于75℃烘箱中烘干，得到改性聚酰胺纤维。
对比例1
聚酰胺纤维由如下方法制备：
(1)将己内酰胺和6-氨基己酸按照10:1的质量比混合后加入至反应器中，在氮气条件、200℃条件下预聚2h；
(2)继续加入间苯二甲酸-5-磺酸钠和氰尿酸三聚氰胺盐，将反应温度逐渐升高至230℃，继续聚合2h，得到改性聚酰胺；
(3)将改性聚酰胺纺制成聚酰胺纤维。
对比例2
普通聚酰胺纤维。
对实施例1-2和对比例1-2制得的纤维做如下性能测试：
采用单丝强伸仪测试纤维的断裂强度和断裂伸长率；采用1g/l的阳离子染液测试纤维的上染率；通过测试极限氧指数(loi％)和离火自熄时间测试纤维的阻燃性能；测试结果如下表：测试结果如下表1所示：
表1
由上表1可知，实施例1-2制得的改性聚酰胺纤维的断裂强度为2.59-2.61cn·dtex-1，断裂伸长率为18.2-18.5％，相较于对比例2，说明本发明制得的改性聚酰胺纤维保持了聚酰胺纤维原有的高力学性能；实施例1-2制得的纤维的对阳离子燃料的上染率为92.3-95.5％，相较于普通聚酰胺纤维(22.8％)有大幅度提升，说明磺酸基团的引入能够有效提高纤维的染色性能；实施例1-2制得的改性聚酰胺纤维的loi值为27.5-27.6％，离火自熄时间为0，说明本发明制得的改性聚酰胺纤维具有较好的阻燃性能。
实施例3
一种消防服用高阻燃耐高温面料由如下步骤制成：
步骤s1、将实施例1制得的改性聚酰胺纤维纺成双股纱线，表层、中层、里层均采用平纹或斜纹，按照面料规格由半自动织样机织造，得到成型面料；
步骤s2、将naoh、尿素和水按照质量比7:12:81搅拌溶解，形成混合溶液，并将混合溶液的温度控制在12℃；按照料液比为3g：100ml将破碎后的医用脱脂棉与混合溶液混合，先500r/min快速搅拌5min，形成膨胀黏液，再利用剪切机剪切18min，使脱脂棉的纤维素充分溶解，制得混合液；
步骤s3、将上述混合液和绢云母(医用脱脂棉与绢云母的质量比为19:1)于常温条件下以200r/min匀速搅拌110min，混合均匀，得到溶胶；
步骤s4、将步骤s1得到的成型面料置于溶胶中，经过浸轧处理，溶胶通过面料纤维之间的空隙浸透面料，静置2h后，将面料取出在冷冻干燥机中干燥24h，得到所述面料。
实施例4
一种消防服用高阻燃耐高温面料由如下步骤制成：
步骤s1、将实施例1制得的改性聚酰胺纤维纺成双股纱线，表层、中层、里层均采用平纹或斜纹，按照面料规格由半自动织样机织造，得到成型面料；
步骤s2、将naoh、尿素和水按照质量比7:12:81搅拌溶解，形成混合溶液，并将混合溶液的温度控制在13℃；按照料液比为3g：100ml将破碎后的医用脱脂棉与混合溶液混合，先500r/min快速搅拌6min，形成膨胀黏液，再利用剪切机剪切19min，使脱脂棉的纤维素充分溶解，制得混合液；
步骤s3、将上述混合液和绢云母(医用脱脂棉与绢云母的质量比为19:1)于常温条件下以200r/min匀速搅拌115min，混合均匀，得到溶胶；
步骤s4、将步骤s1得到的成型面料置于溶胶中，经过浸轧处理，溶胶通过面料纤维之间的空隙浸透面料，静置2.5h后，将面料取出在冷冻干燥机中干燥24h，得到所述面料。
实施例5
一种消防服用高阻燃耐高温面料由如下步骤制成：
步骤s1、将实施例1制得的改性聚酰胺纤维纺成双股纱线，表层、中层、里层均采用平纹或斜纹，按照面料规格由半自动织样机织造，得到成型面料；
步骤s2、将naoh、尿素和水按照质量比7:12:81搅拌溶解，形成混合溶液，并将混合溶液的温度控制在14℃；按照料液比为3g：100ml将破碎后的医用脱脂棉与混合溶液混合，先500r/min快速搅拌6min，形成膨胀黏液，再利用剪切机剪切20min，使脱脂棉的纤维素充分溶解，制得混合液；
步骤s3、将上述混合液和绢云母(医用脱脂棉与绢云母的质量比为19:1)于常温条件下以200r/min匀速搅拌120min，混合均匀，得到溶胶；
步骤s4、将步骤s1得到的成型面料置于溶胶中，经过浸轧处理，溶胶通过面料纤维之间的空隙浸透面料，静置3h后，将面料取出在冷冻干燥机中干燥24h，得到所述面料。
对比例3
采用对比例1制得的聚酰胺纤维为原料，其余原料及制备过程不变。
对比例4
采用对比例2的聚酰胺纤维为原料，其余原料及制备过程不变。
对比例5
一种消防服用高阻燃耐高温面料由如下步骤制成：
将实施例1制得的改性聚酰胺纤维纺成双股纱线，表层、中层、里层均采用平纹或斜纹，按照面料规格由半自动织样机织造，得到成型面料。
对实施例3-5和对比例3-5制得的面料做如下性能测试：
按照gb/t3923.1-2013《织物拉伸性能断裂强力和断裂伸长率的测定》测试面料的拉伸断裂强力；参考gb/t3917.3-2009《纺织品织物撕破性能第3部分：梯形试样撕破强力的测定》测试面料的撕裂强力；使用yg815型垂直法织物阻燃性能测试仪测试面料的阻燃性能；按照gb/t24442.2-2009《纺织品压缩性能的测定》测试面料的耐压性能；测试结果如下表2：
表2
由上表2可知，实施例3-4制得的面料的经向拉伸断裂强力为1220-1233n，纬向拉伸断裂强力为1105-1114n，经向撕裂强力为188-121n，纬向撕裂强力为139-142n，相较于对比例4，说明本发明制得的面料保持了原有聚酰胺纤维面料的力学特点，具备优良的力学性能；实施例3-4制得的面料的续燃时间均为0，经向损毁长度为8.7-8.8mm，纬向损毁长度9.1-9.3mm，说明本发明制备的面料具有高阻燃性能；相较于对比例4，说明本发明对聚酰胺纤维进行改性处理，能够有效提升纤维的阻燃性能；实施例3-4制得的面料的压缩功为0.92-0.94j，能量吸收能力为0.32-0.35kj·m-3，相较于对比例5有显著的提升，说明经过复合气凝胶处理后，能够提高面料的抗压能力，提高面料的防护性能；相较于对比例3，说明聚酰胺纤维经过水合肼处理后，能够提高纤维表面氨基的含量，氨基能够与复合水凝胶结合，提高复合水凝胶的对面料的处理效果。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。