應急用自制救生圈

目前，暴雨、臺風等極端天氣越來越多，我經常在電視里看到，暴風雨中，一座座民房瞬間就被沖走了，人們也被沖到水里，他們只能抓一些樹木、板子隨波逐流，等著被救，情況十分危險。

如果能在家利用一些簡易材料自制救生圈，就可以使許多人在洪水中及時逃生了。

一、研究計劃和設想

二、研究過程

1.浮力材料的篩選試驗

（1）所用材料

①一塊白色的發泡膠板：近似正方形，長25.8厘米；寬24.9厘米；高2.5厘米。

②一塊黑色的塑料泡沫：近似正方形，長29.5厘米；寬27.6厘米；高3.2厘米。

③托盤天平：最大量程1000克。

④選10塊大小不一的石頭，分別編號，用記號筆寫上1至10號。

⑤一個大的洗澡盆，裝入4/5的水。

（2）方法

①先校準天平的零點。

②用天平分別將兩塊泡沫稱出重量。白色的發泡膠板重38克；黑色的塑料泡沫重73克。

③用天平稱出石頭重量。記錄如下：

④將兩塊泡沫分別放入水中，使之漂浮在水面上，然后逐漸加上和調換不同大小的石頭，直到恰好漂浮在水中，即下沉的臨界值，見圖1、圖2。記錄全部石頭的編號。

⑤計算浮力：根據石頭的編號和每塊石頭的重量，累加計算出浮力，并推算出單位質量的白色發泡膠板提供的浮力是53.26公斤/公斤發泡膠；單位質量的黑色的塑料泡沫提供的浮力是42.87公斤/公斤塑料泡沫。實驗證明，白色發泡膠板的浮力比黑色的塑料泡沫提供的浮力大。

2.發泡膠浮力試驗

（1）材料

①發泡膠（商品名：多功能泡沫填縫劑，有噴槍，有導出管）。

②兩個規格550毫升的礦泉水瓶，向其中一瓶中充入一半發泡膠，直到瓶中的發泡膠逐漸膨脹，一個小時后固化。見圖3。

（2）試驗方法

①先校準天平的零點。

②用天平將兩個瓶分別稱出重量。

③測浮力。

將兩個瓶分別放入水中，使之漂浮在水面上，見圖4。

然后逐漸加上和調換不同大小的石頭，直到瓶子恰好漂浮在水中，即下沉的臨界值，見圖5。

④計算浮力：根據石頭的編號和每塊石頭的重量，累加計算出浮力（見圖6）。

⑤破壞性試驗

我們把兩個瓶去掉瓶蓋再放入水中，模擬洪水來臨，向兩個瓶上揚水，空瓶很快灌水沉底了，而充滿發泡膠的瓶依然漂浮在水面，見圖7。

接著再進一步做破壞性試驗，將充滿發泡膠的瓶上扎一些孔，把底剪掉，瓶子仍然可以浮在水面。

這個試驗證明如果填充物是發泡膠，救生圈不會因為被樹枝刺穿后像充氣游泳圈那樣迅速失效。

（3）2.5升飲料瓶的浮力

用同樣的方法測出2.5升充入發泡膠的飲料瓶可提供的浮力是786公斤/立方米。

3.救生圈模型浮力試驗

（1）所用材料

中等強度的布，最好是舊雨傘上的防雨綢布；發泡膠；中等強度的縫紉線；高強度的繩子。

（2）制作方法

①將兩塊大小相等的防雨綢布裁減成如圖8所示的形狀，尺寸為內徑15厘米；外徑25厘米。

②內側和外側分別用中等強度的縫紉線縫合，只留下一個5厘米左右的口，用發泡膠向綢布內進行發泡。

先只填充一半，等待其慢慢發泡；經過6～10分鐘加固，經過1小時左右可以干固，見圖9。將兩邊分別用細繩扎緊，然后扎在一起，從而形成應急用的救生圈模型，見圖10。

（3）浮力性能測試

將模型救生圈放入水中，使之漂浮在水面上，然后逐漸加上和調換不同大小的石頭，直到恰好漂浮在水中，即下沉的臨界值，記錄石頭的編號。用排水法測出救生圈的體積（忽略布的體積），可以得到單位體積救生圈模型提供的浮力是918.9公斤/立方米。

三、研究結果討論及放大設計

1.研究結果討論

根據試驗結果，以發泡膠為填充物的救生圈具有以下特點：

⑴發揮了發泡膠的優點

聚氨酯泡沫（OCF）是氣霧技術和聚氨酯泡沫技術交叉結合的產物。它是一種將聚氨酯預聚體﹑發泡膠﹑催化劑等組分裝填于耐壓氣霧罐中的特殊聚氨酯產品。當物料從氣霧罐中噴出時，沫狀的聚氨酯物料會迅速膨脹并與空氣或接觸到的基體中的水分發生固化反應形成泡沫。固化后的OCF泡沫具有填縫﹑粘結﹑密封﹑隔熱﹑吸音等多種效果，是一種環保節能﹑使用方便的材料。

發泡膠還能防水，它的膨脹率在60倍左右，甚至更高。它的固化依靠空氣中的水蒸汽進行硫化反應，20分鐘就可完成。

⑵更適應洪水的特點

①逐漸發水

②樹枝等雜物多

③水流急

⑶與其他救生設備相比的優點

①輕便，體積小，便于儲存和攜帶，只需要一瓶發泡膠，一個做好的圓環外包布，就可在遇到緊急情況時快速做成。

②填充物是發泡體，不會因為被樹枝刺穿后像充氣游泳圈那樣迅速失效。

③填充時無需其他動力，即使在停電時也可以用，不用像皮筏艇等救生用具需要充氣。

④發泡膠凝固時間短，適合于洪水來臨時應急使用。

⑤縫紉線可保護防雨綢布，即使被樹枝劃到，裂口也不會過大，避免發泡膠流失，造成危險。

⑥與專門的救生圈比較，因材質不是密度大的材料，被異物鉤住后會自行破損，防止被鉤住后被洪水卷入水底的危險。

2.放大設計

⑴找兩塊中等強度的布料（最好利用舊物：將兩個舊雨傘上的防雨稠布拆下），將中間挖出內徑468mm的洞，外徑尺寸為850mm，按照模型的方法進行縫制，然后填充發泡膠做成救生圈。

⑵救生圈的體積計算

救生圈的標準尺寸：內徑468mm，外徑50mm，厚（高）95～115mm；可按100mm計算。把救生圈看成是一個圓繞著球心做一個圓周，由此得到救生圈的體積為74升。

⑶浮力安全性推算

以100kg的人為例，人體體積的2/5露出水面，需提供100×2/5=40kg的浮力（因為人體密度與水接近，所以浸在水中的3/5合力為0）。

發泡膠可膨脹60倍，一罐發泡膠13元，750毫升，發泡后可膨大到45升；救生圈的體積為74升，需要兩罐發泡膠，可提供浮力67公斤。只要救生圈的浮力大于需要的浮力，該救生圈就是安全的。

四、研究結論

1.通過浮力材料的篩選試驗，說明發泡膠的浮力大于普通塑料泡沫。

2.通過發泡膠浮力試驗，得到以發泡劑作為填充物，具有充氣類簡易救生圈無法比擬的優點和安全性。

3.通過救生圈模型浮力試驗，進一步說明本應急用自制救生圈，具有諸多優點，是一種便攜、方便、廉價、安全的應急自救設施。

五、下一步試驗設想和實踐檢驗

1.可以采用廣泛的選擇，如在輕的紙盒箱里填充發泡膠，測試浮力。

2.仿救生衣的設計，向馬甲里填充發泡膠，測試浮力。

3.按放大設計的尺寸，制作實物，可在有救生員保護的前提下，來到游泳池進行實際檢驗。

六、建議或體會

1.體會

做了好幾次試驗，我感覺到頭腦中的想象與實際應用之間的差距還是比較大的，只有一步一步通過實踐才有說服力，才能達到目的。成功的結果固然重要，但是試驗的過程更為可貴，即使失敗了，也能知道失敗的原因，找出不足再去努力。

2.建議

由于發泡膠具有易燃性，建議儲備時遠離火源和煙霧，放在兒童接觸不到的地方；瓶內有壓力，避免陽光直射，也避免暴露在超過50℃的高溫環境下。

使用完畢，不要刺破或點燃瓶體，不要往火焰或熾熱的物體上噴射。使用時應在通風良好的環境下操作，并防止吸入揮發的溶劑，同時注意避免接觸皮膚，最好是戴上手套。

（指導老師：陳希勇）