纺织材料在安全防护产品设计中的应用及发展

科技时尚趋势2: 环保材料在时尚设计中的应用，如可循环利用的纺织品。 #生活知识# #科技生活# #科技时尚趋势#

        乔显友
        青岛即发集团检测中心    山东青岛    266200
        摘要：随着国家对安全防护产业政策扶持力度的不断加大，安全防护领域必将迎来更大的发展机遇。高性能纺织材料因柔软且具有可纺性在安全防护产品设计当中得到了广泛应用，安全防护纺织品已经与人们日常生活及工作的很多方面密切联系在一起。改革开放40年的快速发展为我国安全防护用纺织品的研发和应用提供了巨大的推动力，并取得了骄人的成绩。但在部分高性能纤维研发、产品加工关键技术及质量评价标准体系建设方面仍然落后于美、日、欧等发达国家，这就导致了我国自主研发的安全防护用纺织品缺乏国际竞争力。所以，我国安全防护用纺织品行业跻身世界一流的发展任重而道远，需要广大科研工作者共同努力不断进行创新。与此同时，安全防护用纺织品的多功能一体化、舒适化及智能化将是未来该领域的发展重点。
        关键词：纺织材料；安全防护；产品设计应用及发展
        1安全防护用纺织材料性能要求
        1.1耐久性好
        该性能直接决定材料制品的使用寿命，其对于需要长时间使用的制品来说至关重要。尤其是在特殊环境下，材料性能的耐久性关系到使用者的生命安全。例如在消防服装的设计中，纺织材料的阻燃隔热效果越持久，消防员在救援抢险过程中安全越能得到保障。除此之外，消防服装在使用过程中也要洗涤，这就需要材料具有一定的耐水洗性。具有一定的可纺性。纺织材料的可纺性为实现安全防护用产品的多样化设计提供了可能。
        1.2性能稳定
        材料性能得以长时间保持稳定是其应用价值的一个重要的基础条件，同时，这也是材料制品具有良好功能的保证。例如在热防护纺织品的设计过程中，纺织材料就必须具有良好的热稳定性，这样才能保证制品穿着者在高温状态下免受伤害。
        1.3可实现批量生产
        材料的产业化生产不仅是技术成熟的体现，还是降低生产成本的重要途径之一。例如孕妇穿着的防电磁辐射服装，其最初由于镀银纤维加工技术不成熟导致生产成本较高，严重影响了防电磁辐射孕妇装的推广应用。随着纺织加工技术的发展，价格低廉且性能稳定的镀银纤维已实现大批量生产，防电磁辐射服装的售价因大幅降低也被广大孕妇所接受。
        2纺织材料在安全防护用产品设计中的应用
        2.1外来冲击防护类纺织品
        防弹衣、防刺服及防切割手套是常见的外来冲击防护类纺织单品，其选用材料的核心指标是高强度。锦纶是最早应用在防弹衣设计中的纺织材料，但由于其强力相对较低仍无法有效保护穿着者应对子弹来袭所造成的伤害。20世纪60年代，美国杜邦公司开发了一种新型高强芳纶纤维——凯夫拉，该纤维由于优异的综合性能开始逐渐取代防弹用锦纶，大幅度提高了防弹衣的防弹效果，直到目前其仍然是防弹衣设计选用的首选纤维材料。此外，高强高模聚乙烯纤维凭借其较小的密度0.97g/cm3成为了轻质防弹衣设计用纺织材料的“宠儿”。现代防刺服最初的设计灵感来源于古代的盔甲，其材料选择经历了由金属薄片→金属丝→高分子柔性纤维的过程。金属丝加工成小圈结构后相互套在一起形成锁子甲。该设计较金属薄片而言质量降低且具有一定的灵活性，但也存在加工难度较大、穿着不舒适的问题。芳纶纤维与织物结构的结合为现代防刺服的设计提供了更多的选择，研究人员将芳纶纤维与热塑性树脂结合成毡片、芳纶机织物涂覆金刚砂、芳纶织成多层结构等都被证明具有优异的防刺功能，而且柔性得到了明显的提升。防切割手套所用材料主要也是芳纶纤维和高强高模聚乙烯纤维，但由于应用场景与防弹和防刺存在一定差异，常将这两种纤维与其它纤维进行混合使用，这不仅可满足防刺和防切割的需要，而且可明显降低生产成本。

        2.2阻燃隔热类防护纺织品
        阻燃隔热类防护纺织品的主要代表是消防服，其设计既需要保证消防员在救援过程中身体不受热伤害，还要实现一定的穿着舒适性。目前消防服普遍采用四层织物的设计思路。其中防护层因直接与火焰接触需要具有较好的阻燃性，美国等西方发达国家常用聚苯并咪唑纤维作为材料，我国则广泛应用间位芳纶，前者的耐光性有待提高，而后者的热稳定性则弱于聚苯并咪唑纤维；防水透气层设计主要为防止水汽渗透到消防服内部影响消防员身体所产生热量的散失。该层常用聚四氟乙烯、聚氨酯和聚偏氟乙烯等为材料的多微孔膜，其中聚四氟乙烯膜因优异的防水透气性和耐高温表现成为了应用最为广泛的材料，新型国产消防服用聚四氟乙烯膜可实现油脂的自动调节，有效改善了消防服的防水透气性因产品多次使用后出现明显下降的现象。该材料综合性能基本接近美国生产的同类产品，处于世界先进水平；隔热层是为了隔绝外部环境向消防员身体传递热量，因为火灾现场环境的温度处于一个很高的水平，大量热能在源源不断的向周围扩散。该层主要由耐高温纤维经针刺或水刺制备得到的毡布构成，常用纤维是芳纶。目前，国内的消防服设计趋势是将隔热层和舒适层进行合并以简化服装的结构设计，一定程度上也减轻了消防服的重量，降低消防员穿着过程中的能量损耗；舒适层贴近消防员的身体，一般需要具备良好的吸湿性。这是因为消防员在救援过程中身体会产生大量气态汗，其有部分会变成液态汗存在于身体和消防服之间的空间内而严重影响消防员的舒适性，所以，舒适层的材料经常选用经阻燃处理后的棉和黏胶纤维。
        2.3生物防护类纺织品
        生物防护类纺织品主要涉及医疗防护和生化防护两个方面。前者主要为防止病毒对医疗人员和病人产生侵害，主要的产品有手术服、口罩、隔离衣、病人服及住院床上用品等。我国目前常以棉、涤纶及涤棉混纺为材料制成的机织物或无纺布。棉作为天然纤维素纤维，其柔软且亲肤性好，但传统机织棉布防护效果相对较差，同时也易在洗涤过程中感染其它病毒。经防水、防油及防血处理后的医用非织造布不仅展示出了良好的隔离病毒效果，还可有效降低病毒的交叉感染，目前全球大部分医院选择的都是该类产品，尤其是价格低廉的一次性无纺布。除此之外，我国还开发了一种以涤纶长丝织物与多孔膜进行复合形成的医疗防护材料。该产品既符合当前医疗防护产品所规定的安全标准又可实现双向隔离病毒的功能。需要指出的是由于医疗防护产品所应有的环境存在差异，其安全防护等级的要求也不尽相同，因此，材料的选择及制品的加工方式也有变化。生化防护主要是防止化学品对人们的侵害，与这些国外企业相比，我国企业需要在产品结构的精细化设计和加工过程中关键技术的掌握方面加大研发投入。从目前的发展趋势看，生化防护产品加工技术、功能的复合化及智能化是未来研究的重点内容。
        结束语
        综上述，随着高性能纤维的不断开发及大范围应用，产业用纺织行业取得了长足的发展。即便是面临当前复杂的经济发展环境，我国产业用纺织行业的增值速度在2019年1～3月仍然达到了9.4%，表现出了较好的发展趋势，而安全防护领域用纺织产品作为其中重要的组成部分，也展示出了较为宽阔的应用空间。尤其在2017年《安全生产标准“十三五”发展规划的通知》实施以后，纺织材料在个体防护装备等安全防护领域中的应用得到进一步的提升，各类安全防护纺织产品大量进入到了消费者市场。同时，消费者生活水平的显著提高也促使其更加关注日常工作和生活中的安全防护，这也是近几年安全防护用纺织品市场得以迅速扩张的一个重要推力。
        参考文献
[1]分析纺织材料在医用纺织品设计中的应用和发展[J].程浩南.??产业用纺织品.?2019(01)
[2]关于消防员灭火防护服面料功能及结构工艺设计分析[J].张蓓蓓,叶远丽,蒋春燕,苏军强.??纺织科技进展.?2018(08)

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