纺织学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (11): 116-121.doi: 10.13475/j.fzxb.20200304706

• 染整与化学品 • 上一篇    下一篇

石墨烯气凝胶复合防火面料防护性能的影响因素

孟晶1, 高珊1, 卢业虎1,2()   

  1. 1.苏州大学 纺织与服装工程学院, 江苏 苏州 215006
    2.吴江万旺纺织有限公司, 江苏 苏州 215226
  • 收稿日期:2020-03-17 修回日期:2020-08-03 出版日期:2020-11-15 发布日期:2020-11-26
  • 通讯作者: 卢业虎
  • 作者简介:孟晶(1997—),女,硕士生。主要研究方向为功能服装开发。
  • 基金资助:
    苏州市科技计划重点产业技术专项资助项目(SYG201812);中国博士后基金面上项目(2020M671605);中国纺织工业联合会科技指导性项目(2019020)

Investigation on factors influencing thermal protection of composite flame retardant fabrics treated by graphene aerogel

MENG Jing1, GAO Shan1, LU Yehu1,2()   

  1. 1. College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou, Jiangsu 215006, China
    2. Wujiang Wanwang Textile Co., Ltd., Suzhou, Jiangsu 215226, China
  • Received:2020-03-17 Revised:2020-08-03 Online:2020-11-15 Published:2020-11-26
  • Contact: LU Yehu

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摘要：

为进一步提高热防护服的综合性能,满足增加防护性和降低热应激的需求,构建了石墨烯气凝胶复合面料系统。通过不同的评价指标,在低辐射热环境下探讨了制备过程中氧化石墨烯水溶液的质量分数、石墨烯气凝胶的厚度、石墨烯气凝胶中是否添加碳纤维3个因素对复合面料系统热防护效果的影响。实验结果表明,与对照组相比,加入石墨烯气凝胶的复合面料系统有较好的热防护性能,可将人体产生热损伤的时间延长165%~318%,将产生二级烧伤时间延长87%~225%,将面料系统最大温差降低35.6%~63.9%;温升12 ℃的时间、温升24 ℃的时间和面料系统最大温差3个影响因素之间存在交互作用,而指标面料系统到达最高温度的时间在3个因素之间不存在交互作用,碳纤维因素主效应显著。

关键词: 石墨烯气凝胶, 热防护服, 热防护性能, 碳纤维, 复合面料

Abstract:

To improve the comprehensive performance of thermal protective clothing and meet the needs of increasing thermal protection and reducing heat stress, a graphene aerogel composite fabrics system was developed. Based on different evaluation indices, the effects of mass fraction of graphene oxide solution during preparaton, thickness, and carbon fiber content of graphene aerogel on thermal protection of composite fabric system were investigated in a low radiation condition. The results show that the composite fabric system with graphene aerogel provides better thermal protective performance, with the time required to cause skin damage extending 165%-318%, the time required to generate skin burn prolonging for about 87%-225%, and the maximum temperature rise reducing 35.6%-63.9%. There are interactions among the three influencing factors for the indices time for temperature rise of 12 ℃, time for temperature rise of 24 ℃ and the maximum temperature rise. Whilst the time to reach maximum temperature has no interaction with the three factors, the effect of carbon fiber content is significant.

Key words: graphene aerogel, thermal protective clothing, thermal protective performance, carbon fiber, composite fabric

中图分类号: 

  • TS941.73

表1

面料的基本性能"

面料层 成分 组织
结构		 面密度/
(g·m-2)		 厚度/
mm
防火外层 芳纶1313/芳纶
1414(98/2)		 斜纹 193.7 0.49
防水透气层 100%芳纶1313和
聚四氟乙烯膜		 层压 108.3 0.70
隔热层 100%芳纶1313毡
和基布		 针刺 200.0 0.43

表2

实验设计表"

氧化石墨
质量分数/%		 石墨烯气
凝胶厚度/
mm		 样品编号
石墨烯气凝胶中
不添加碳纤维		 石墨烯气凝胶中
添加碳纤维
5 6 1# 2#
8 3# 4#
10 5# 6#
7 6 7# 8#
8 9# 10#
10 11# 12#
10 6 13# 14#
8 15# 16#
10 17# 18#

表3

因素主体间效应检验"

源 温升12 ℃的
时间(t12)P值		 温升24 ℃的
时间(t24)P值
氧化石墨烯质量分数 0.380 0.106
石墨烯气凝胶厚度 0.000** 0.009**
是否添加碳纤维 0.000** 0.327
质量分数×碳纤维 0.000** 0.002**
质量分数×厚度 0.026* 0.018*
碳纤维×厚度 0.674 0.100
质量分数×厚度×碳纤维 0.058 0.096

图1

有无碳纤维情况下面料系统的升温时间比较"

图2

不同氧化石墨烯质量分数下面料系统升温时间比较"

图3

不同石墨烯气凝胶厚度下面料系统升温时间比较"

图4

面料系统最大温差比较"

图5

面料系统到达最高温度的时间"

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