優(yōu)普泰新研發(fā)產(chǎn)品在《產(chǎn)業(yè)用紡織品》雜志刊登“降溫背心的關(guān)鍵技術(shù)和新型研究”
《產(chǎn)業(yè)用紡織品》雜志主要刊登國內(nèi)外各種產(chǎn)業(yè)用紡織品和非織造布的綜述；科研、生產(chǎn)技術(shù)報告；國內(nèi)外有關(guān)新產(chǎn)品、新材料、新技術(shù)、新設(shè)備報導(dǎo)；有關(guān)專利、標(biāo)準(zhǔn)和測試方法介紹；國內(nèi)外有關(guān)動態(tài)、市場信息和新聞簡訊。
深圳優(yōu)普泰近期發(fā)表了一篇《降溫背心的關(guān)鍵技術(shù)和新型研究》的論文，刊登在《產(chǎn)業(yè)用紡織品》雜志2018年特種紡織品?？?。為了讓降溫背心能更好地達(dá)到降溫效果，從而能在消防員滅火服、消防員隔熱服、消防員避火服等熱防護(hù)服搭配著使用，提高特種作業(yè)人員的安全系數(shù)，深圳優(yōu)普泰對該方面進(jìn)行了深入研究，現(xiàn)已取得技術(shù)上的突破性進(jìn)展。
本文介紹了降溫背心的幾種質(zhì)量技術(shù)路線，指出了其各自的關(guān)鍵技術(shù)，及存在的優(yōu)缺點，提出了新型降溫背心研究方案，及適用領(lǐng)域和未來展望。可移步到《產(chǎn)業(yè)用紡織品》雜志2018年特種紡織品專刊上的108~109頁閱讀，也可繼續(xù)閱讀本文。
【關(guān)鍵詞】降溫背心制冷技術(shù)相變儲能纖維
1 前言
目前市場上的消防員滅火防護(hù)服、消防員避火服、消防員隔熱服等熱防護(hù)服裝，其作用是保護(hù)消防員身體免受外界火源、高熱、輻射等各種傷害。然而，由于高防護(hù)性能的要求，熱防護(hù)服在將外界熱危害阻隔在外的同時，也阻礙了人體蒸發(fā)散熱，給作業(yè)人員帶來嚴(yán)重的熱應(yīng)力[1]，受熱應(yīng)力的影響，人體會產(chǎn)生一系列熱疾病，如抽筋、虛脫、熱枯竭及熱中風(fēng)等，如果沒有及時的治療和冷卻，最終可能會導(dǎo)致死亡。因而應(yīng)該采取有效的措施來降低熱應(yīng)激對消防員的影響，以保證消防員的職業(yè)安全與健康。降溫系統(tǒng)應(yīng)用于防護(hù)服中時其中的一項有效措施。
2 降溫背心的分類
人體的散熱途徑有4類：傳導(dǎo)、對流、輻射和蒸發(fā)。能夠解決上述因素的任何一種途徑均可能用于開發(fā)新的降溫服裝[2]。
2.1 氣體降溫背心
氣體降溫背心的冷卻介質(zhì)是環(huán)境空氣和壓縮空氣，主要由基礎(chǔ)服裝、通風(fēng)管、空氣壓縮機(jī)等組成。其工作原理是首先空氣壓縮機(jī)將空氣預(yù)冷，再通過渦流管將預(yù)冷空氣通過管道系統(tǒng)排入服裝內(nèi)部，流動的冷空氣增強(qiáng)了體表汗液的蒸發(fā)，汗液汽化吸熱，與人體進(jìn)行潛熱熱交換，降低體表溫度；另外冷氣在服裝內(nèi)部形成空氣對流，與人體進(jìn)行顯熱熱交換，也可以達(dá)到降溫的目的。
氣體降溫背心的優(yōu)點：1.冷卻效果較好，穿著舒適。2.重量輕。3.耗能少。其缺點在于：1.需要制冷裝置和空氣過濾裝置。2.需要設(shè)計一個合適的排風(fēng)扇。3.冷卻效率依賴于排汗量的多少，在沒有排汗的情況下，冷卻效果不明顯。4.空氣壓縮機(jī)內(nèi)有諸多可拆卸部件，需要定期維護(hù)。
2.2液體降溫背心
液體降溫背心的冷卻介質(zhì)主要有水、冰水混合物、水與乙烯基乙二醇組成的低于零度的冷凍液、相變?nèi)闋钜汉臀⒛z囊乳狀液等，制冷系統(tǒng)和循環(huán)降溫背心使用快速接頭和軟管連接，通過制冷系統(tǒng)將循環(huán)水注入背心的循環(huán)管道中，在工作過程中，循環(huán)水導(dǎo)入冷源（一般為蓄冷劑或冰塊）的冷量，并通過微型水泵使其在管道背心內(nèi)循環(huán)，利用在管道中流動的冷卻液與人體接觸換熱，從而使背心產(chǎn)生降溫效果。
液體降溫背心的優(yōu)點：1.冷卻效果好，穿著舒適。2.全密封裝置。3.具有較高的傳熱效率。4.通過調(diào)整冷卻液進(jìn)口溫度或流速，可以控制液冷服的溫度。5.能有效處理人體產(chǎn)生的大量代謝熱。其缺點在于：1.存在過冷現(xiàn)象，多數(shù)冷卻液的溫度都在零度或零度以下，影響人體的穿著舒適性。2.存在冷卻液泄漏風(fēng)險。3.重量重。4.需與制冷裝置相連接，限制了穿著者的行動。
2.3相變降溫背心
相變降溫背心的冷卻介質(zhì)主要有冰、干冰、冷凝膠、相變材料等。相變降溫背心就是把背心設(shè)計成類似于防彈衣的鎧甲形式，在冷卻服的前片和后片并排布置多個裝降溫袋的口袋，每個口袋均有封口，使用時將降溫袋裝進(jìn)背心的口袋里。降溫袋通常要預(yù)先置于冷凍室進(jìn)行儲能，待使用時再取出。其制冷原理是：含有相變材料的降溫背心在外界環(huán)境溫度升高時，相變材料吸收熱量，從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)（熔化蓄勢過程），降低人體的體表溫度。相反，當(dāng)外界環(huán)境溫度降低時，相變材料放出熱量，從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)（凝固放熱過程）[3]，減少人體向周圍散發(fā)熱量，以保持人體正常體溫，為人體提供舒適的“衣內(nèi)微氣候”環(huán)境[4]，使人體始終處于一種舒適的狀態(tài)。
相變降溫背心的優(yōu)點：1.服裝設(shè)計簡單，穿脫方便。2.降溫效果好。3.不需要額外的制冷裝置。缺點：1.有效工作時間短。2.需預(yù)先在低溫環(huán)境下儲能，待使用時再拿出，封裝于背心的口袋內(nèi)。3.存在泄漏風(fēng)險。4.重量較重[5]。
3新型降溫背心應(yīng)用研究
基于以上三類降溫背心的優(yōu)缺點和消防部隊對穿著舒適性和功能性的需求，優(yōu)普泰的產(chǎn)品方案是褡褳式水循環(huán)降溫背心，背心上布滿冷卻水管，經(jīng)降溫的水在水泵驅(qū)動下在水管中循環(huán)，快速吸走人體熱量，達(dá)到降溫的目的。
本方案的技術(shù)特征為：1.采用褡褳式結(jié)構(gòu)，穿脫快捷、方便，可滿足消防員快速出警的需要。2.馬甲面料為芳綸+相變粘膠纖維+導(dǎo)電纖維混紡，具有永久性阻燃、耐高溫、防靜電、防水特性；具有極強(qiáng)的機(jī)械性能，抗撕裂、抗沖擊、拒油污作用；同時具有防電磁輻射功能。里料采用相變粘膠纖維+導(dǎo)電纖維混紡面料，具有良好的調(diào)溫作用和抗輻射作用。3.循環(huán)水的降溫采用二級冷卻方式，由兩只水罐降溫，水溫更低，降溫效果更好。4.采用蓄冷袋對循環(huán)水降溫。不需要每次使用前調(diào)節(jié)水量，使用更方便、快捷。5.貯水降溫系統(tǒng)與馬甲合體，不僅穿脫快速方便，更便于開展滅火作業(yè)，行動自如。6.循環(huán)水泵在運(yùn)行中會產(chǎn)生電磁輻射，背心的選材具有抗電磁輻射功能，更加保障了消防員的安全。
本次方案的創(chuàng)新性在于兩點：其一是采用蓄冷袋對循環(huán)水降溫，可隨身攜帶，避免了與制冷裝置連接，活動受限的情況。其二是采用了新型纖維混紡的面料，即相變儲能粘膠纖維，通過在紡絲液中加入粒徑適中的相變儲能微膠囊，適當(dāng)調(diào)整紡制過程和緩和的后處理工藝，可紡制出性能良好的相變儲能纖維。該相變纖維織制的面料在外界溫度過高時可以吸收一定的熱量，最高可達(dá)15J/g。同時，由于里料也是采用的相變儲能面料，可以緩解剛開始放入蓄冷袋產(chǎn)生的過冷現(xiàn)象。
4應(yīng)用領(lǐng)域
降溫背心通常是貼身穿著的，所以它可以和其他防護(hù)服（如消防服、生化防護(hù)服、賽車服等）配套穿著，一般情況下是穿著在防護(hù)服的里面。適合高溫、高熱環(huán)境下作業(yè)的熱防護(hù)，不僅適用于消防員在執(zhí)行滅火任務(wù)時穿著，也適用于鑄造、司爐、冶金、玻璃制造、石棉清潔等工業(yè)作業(yè)[6]。另外，在民用方面，也可用于野外環(huán)境中作業(yè)和活動的人群，如交警、特警、地質(zhì)勘查、環(huán)衛(wèi)、運(yùn)輸司機(jī)和廚師等。
5未來展望
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類在認(rèn)識和改造自然的過程中對自身的防護(hù)和舒適意識的提高，降溫服將在航空航天、軍用、民用、醫(yī)療、體育等領(lǐng)域得到廣泛的普及和應(yīng)用，可以說是具有非常廣闊的應(yīng)用前景和研究價值。但是目前市場上常見的降溫服裝都存在些許缺點，技術(shù)還不夠完善，如冷卻溫度過低、作用時間短、重量重、維護(hù)不方便、價格昂貴等，這些因素嚴(yán)重制約著降溫服的發(fā)展和推廣應(yīng)用。因此，我們在降溫服的開發(fā)研制上還需付出更多的努力。
參考文獻(xiàn)
[1]NUNNELEY S A. Heat stress in protective clothing: interactionsamong physical and physiological factors[J].Scandinavian Journal of Work:Environment and Health,1989,15(Suppl.1):52-57.
[2]袁修干.人體熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)的的數(shù)學(xué)模擬[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005.5.
[3]韓增旺, 唐世君, 賴軍. 國內(nèi)外冷卻服的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國個體防護(hù)裝備, 2009(4):11-14.
[4]李利娜, 錢曉明, 樊樸. 冷卻服裝的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用前景[C]// 功能性紡織品及納米技術(shù)應(yīng)用研討會. 2007.
[5]李利娜, 錢曉明, 徐杰. 冷卻服裝的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用[J]. 中國個體防護(hù)裝備, 2008(2):24-28.
[6]王云儀, 趙蒙蒙. 高溫強(qiáng)輻射下相變降溫背心的熱調(diào)節(jié)作用客觀測評[J]. 紡織學(xué)報, 2012, 33(5):101-105.
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