功能化耐高溫3D紡織品

L.Lechthaler K.Simonis M. Popzyk C.Peiner T.Gries M. Tutsch

1. 亞琛工業(yè)大學(xué) 紡織技術(shù)研究所(德國) 2. STS紡織有限公司(德國)

在德國，約10%的勞動力會暴露于工作場所(金屬、玻璃、陶瓷和鋼鐵生產(chǎn)及鍛造、鑄造廠、消防隊等)的高溫環(huán)境中。在這些工作場所，員工因工作和環(huán)境條件而面臨極端高溫。除了大量的體力消耗外，環(huán)境溫度升高還會導(dǎo)致體溫[通常為(37±0.5) ℃]升高，從而引發(fā)危及生命的熱休克(≥40 ℃)。使用合適的防護(hù)服可對以抗這種危險。

傳統(tǒng)防護(hù)服主要通過服裝外層涂層提供保護(hù)。與此相反，研究項目“熱暴露下的工業(yè)安全紡織品的開發(fā)”(HEATex)則專注于服裝內(nèi)層。傳統(tǒng)的棉質(zhì)內(nèi)衣在防護(hù)服內(nèi)部用于吸收水分，而防護(hù)服則防止熱輻射和燒傷。因良好的吸濕性，棉纖維與皮膚直接接觸可吸收并儲存大量來自身體的水分。儲存的水分受外部加熱但并不會被防護(hù)服的外層吸收，這可能導(dǎo)致著裝者由于自身出汗而引起過熱或燙傷。此外，防護(hù)服的受壓區(qū)域也非常重要，因為它們阻礙了空氣循環(huán)，從而阻止了可能的冷卻效果。若防護(hù)服外層受外部壓力而壓縮，則皮膚與內(nèi)衣直接接觸，導(dǎo)致水分無法流失，將會引起更嚴(yán)重的燙傷。

1 具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的功能化3D紡織品

在德國，從業(yè)者工作在熱環(huán)境因過熱和燙傷引起的工傷比例約占50%。使用新型功能化3D內(nèi)衣的目的是將這一比例降至10%。可通過使用專門設(shè)計和開發(fā)的內(nèi)衣用于高溫環(huán)境穿著而實現(xiàn)。設(shè)計采用了局部增強(qiáng)的3D間隔織物，一方面可避免皮膚與內(nèi)衣大面積直接接觸，從而防止?fàn)C傷；另一方面，可通過排除濕氣防止過熱。此外，對防護(hù)膚受壓區(qū)域進(jìn)行局部增強(qiáng)，以可靠地防止皮膚與防護(hù)服覆蓋層之間的接觸。

圖1 改性間隔材料在隔熱內(nèi)衣中形成耐壓區(qū)

3D間隔織物的層數(shù)經(jīng)過了嚴(yán)格的設(shè)計、制作和驗證。間隔織物通常由2個平行的針織物層組成，并由第三層紗線(間隔紗，通常是剛性單絲)隔開(圖1)。通過這些層間的空氣滯留產(chǎn)生隔熱層。為防止?fàn)C傷，必須在整個使用過程中保持這種隔熱層。因此，在高應(yīng)力區(qū)域(膝蓋、肘部、肩部、背部)需使用更硬、間距更大的間隔紗線進(jìn)行局部加強(qiáng)。

2 方法

該防護(hù)內(nèi)衣的基本設(shè)計理念是由不同防護(hù)層組成織物結(jié)構(gòu)。各防護(hù)層既包括間隔織物，也包括可利用各種物理機(jī)制吸收和反射熱流的層。

層結(jié)構(gòu)必須能將織物所吸收的水份(汗液)輸送至外部(高擴(kuò)散性)，而非吸收水份或?qū)ζつw傳導(dǎo)過多熱量(低導(dǎo)熱性)。在此，紡織品與皮膚之間的接觸面積存在目標(biāo)沖突。高接觸面積能更好地排除濕氣，但有更高的熱傳導(dǎo)，低接觸面積具有更好的隔熱效果，但更低的吸濕性。此外，通過增大橫截面和開放式網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可確保良好的通風(fēng)和擴(kuò)散性能。通過間隔織物的回彈性可減少服裝內(nèi)層與皮膚之間的接觸。

該層結(jié)構(gòu)還可通過低透射率和高反射率屏蔽來自熱源的熱輻射。采用了基于相變材料(PCM)的潛熱蓄能器，可用于抵消進(jìn)入織物較里層的熱量輸入。此外，還通過反射層將熱輻射反射，從而減少熱量吸收。