陶瓷纖維材料火災逃生裝備的設計研究

龍 洲 陳陽露（景德鎮陶瓷大學）

近年來，火災作為熱點話題不時出現在新聞報道與網絡熱搜中，因此，消防安全以及逃生設備這兩個關鍵詞，也引起人們的重視，目前隨著消防安全意識的不斷增強，消費者對于逃生設備使用時的安全性與便捷性更為關注，對于一款能夠在火災中有效提高逃生幾率的裝備亦有訴求，對于火災逃生裝備行業來講，這更是一個值得思考的重要問題。

一、國內外火災逃生裝備現狀研究分析

國內外現有的火災逃生裝備形式主要有滑梯式、滑索式、降落傘式以及穿戴式等。

滑梯式火災逃生裝備主要優點在于安裝位置靈活，可以安裝在室內或室外。安裝在安全通道處，可以緩解逃生樓梯的擁堵情況，適用于人口密度大的酒店、商場，安裝在室內時，可以保持通風，避免窒息。缺點則在于占用空間大，安裝成本高，樓層過高，下滑時可能會出現安全碰撞事故，體重大的逃生人員比體重輕的加速度更大，被“甩飛”的可能性更大，并且人體與滑梯之間會“摩擦生熱”造成皮膚傷害，這些都有可能會造成二次傷害。適用人群只能是身體健康、活動靈活的年輕人。滑索式火災逃生裝備的優點在于可以應對緊急情況，輕便易攜帶，節省逃生時間且承重強度高。缺點則在于操作難度大，且下滑過程中可控性降低，材料特殊導致成本高，適用人群窄，不適用于老人、兒童及身體殘疾人士。降落傘式火災逃生裝備主要優點在于比其他產品更適合高層住戶，缺點在于價格昂貴，使用與回收不方便，降落傘需要長期保養，人在下降時難以保持平衡，降落地點難以控制，可能會導致擦傷、骨折、車禍等二次傷害。另外其適用人群狹窄，老人、小孩、婦女不適用。穿戴式火災逃生裝備整體為阻燃防火材料，穿戴后，全身每個部位都得到有效保護，配備的面罩可以防止毒煙，免于窒息，適用人群較廣，年輕人、老年人都可使用且易放置儲存。

二、陶瓷纖維在消防類服裝中的創新應用

陶瓷纖維國外研究現狀，美國3M公司自上世紀60年代開始研制Al2O3基陶瓷纖維。經過多年的深入研究，3M公司現已形成Nextel系列Al2O3基陶瓷纖維產品，其中較具代表性的品種是Nexte1-312、Nextel-440、Nextel-550、Nextel-610和Nextel-720，極大提高了氧化物陶瓷纖維的性能。

陶瓷纖維國內研究現狀，我國從20世紀60年代就開始對氧化物耐高溫陶瓷纖維進行了研究和制備，種類包括氧化硅質、硅酸鋁質、莫來石質、氧化鋁質等，制作方式為熔融甩絲、溶膠甩絲等。對Al2O3連續纖維的研究還基本停留在實驗室階段，沒有實現規模化的工業生產。目前國內進行Al2O3連續纖維研究的主要機構有中科院山西煤炭化學研究所、廈門大學、陜西理工大學、山東大學等。其中山東大學主要針對 Al2O3連續陶瓷纖維的制備基礎，對可紡性溶膠的控制合成進行了大量研究，集中在溶膠粒子微觀結構和表面狀態、膠粒間相互作用等的控制及其與溶膠流變性關系以及可紡性溶膠的性質與纖維性質間的關系等，并在此基礎上制備了不同Al2O3含量的可紡性溶膠；對溶膠流變性質、紡絲條件、紡絲工藝等進行了深入系統研究，進而制備了長度達到1000m的Al2O3纖維。

陶瓷纖維是一種纖維狀輕質耐火材料，具有重量輕、耐高溫、熱穩定性好、導熱率低、比熱小及耐機械震動等優點，因而在機械、冶金、化工、石油、陶瓷、玻璃、電子等行業都得到了廣泛的應用。目前，陶瓷纖維材料在消防類產品中的應用，還停留在了低端的初級加工中，如陶瓷纖維防火毯等，對于產品的性能與市場挖掘還不夠深入。因此，我們項目選擇陶瓷纖維類材料，通過研發，充分發揮其隔熱防火性能，實現粗加工到精加工的轉型升級。通過將陶瓷纖維材料進行加工升級，使其與其他材料復合加工，最終成為具有更高的舒適性、延展性、耐熱性、防火性、隔熱性的陶瓷纖維復合材料。

三、陶瓷纖維民用火災逃生裝備設計

陶瓷纖維民用火災逃生裝備的系列設計的主要用途是高層建筑住戶在不可控火災下的逃生保護，配套相關的周邊設計以及服務設計，是一種以追求逃生安全防護的防火類產品設計，最終作用于逃生幾率的提高。適用于具有一般逃生能力的普通人使用，適用于發生在不可控的一般火災下的逃生行為，如家庭火災、商場火災、酒店火災等。

陶瓷纖維民用火災逃生裝備的系列設計是基于陶瓷纖維這一材料的功能為主的服裝設計。在材料的選擇上由于陶瓷纖維的特殊性，充分考慮舒適度的問題，舒適親膚的內層面料以及阻燃耐火外層的功能性面料；在款式的設計方面符合人體工學的廓形設計，完美地貼合人體的生理曲線；細節設計方面考慮功能性原則，螺紋束口、護膝等的設計；色彩方面以在火災中顯眼的紅黃藍為主，在色彩上具有標識性。具體手繪設計效果圖如（圖1）所示。

陶瓷纖維民用火災逃生裝備的系列設計在功能設計方面主要有五大核心功能構成，分別是供氧系統、隔熱防火系統、穿戴系統、溫度感應系統以及智能引導系統。

核心系統一，供氧系統，氧氣筒位于背部，氧氣罐頭部朝下，管道從肩部通過，直至口鼻處，并銜接至口塞處。此項系統可有效保證在火災發生過程中穿戴者的氧氣供應，避免因缺氧而導致的窒息。

核心系統二，隔熱防火系統，本產品隔熱防火能力主要依賴于陶瓷纖維材料，同時結合其他面料，組成多層面料，共同構成隔熱防火系統。

核心系統三，穿戴系統，一體式穿戴，火災發生的情況下，裝備穿戴的速度直接決定了逃生時間的長短以及逃生幾率的高低，一體式穿戴能夠幫助使用者盡快完成裝備的穿戴，增加逃生幾率。防護服上下衣與鞋子一體化，衣服與頭盔處于半銜接狀態，其主要入口為襠部至脖子處，采用內外雙門襟拉鏈結構，穿戴時拉開拉鏈，進入后拉上并貼好門襟，鎖死頭盔，完成穿戴。既節約了穿戴時間，也增強拉鏈處的防火隔熱能力。

核心系統四，溫度感應系統，手套指尖的小方塊為紅外線測溫儀，可以對周邊溫度進行探測，同時在頭盔中放置的的耳機會根據溫度等級發出提示音，提醒溫度，并且將溫度顯示在頭部的透明面罩上。溫度感應可有效地檢測周邊溫度環境，為消費者提供合理的感知路線。

核心系統五，智能引導系統，包括實時溫度顯示、個人定位、路線規劃、服裝情況報告等功能，集中展示在智能頭盔及其UI面板中，為消費者推薦最安全的逃生路線，提高消費者的逃生幾率。火場溫度瞬息萬變，除了基本的燃燒物自身的溫度及輻射熱外，還存在著偶然的轟燃情況，為了保證對火場溫度的掌控，盡量避免高溫灼傷，在UI面板中，會實時顯示周圍溫度變化，供使用者做出安全逃生選擇。采用北斗衛星系統，在穿上服裝時，會激發消防定位系統，實時給消防局發送個人位置信息，以便提供救援。該產品智能系統內收錄各高層公共建筑和小區住宅內部建筑結構框架圖，在火災發生時，通過紅外溫度感應系統可感應周圍環境溫度，規避著火點與高溫區域。通過智能語音助手向您實時匯報最新情況，同時可結合系統收錄的建筑內部結構框架圖，避面因對場所不熟而走彎路，耽誤最佳逃生時間，智能系統可規劃最佳逃生路線，使您安全快速逃離火災現場。實時展示服裝狀況，70%正常運轉綠色、40%黃色、20%紅色，方便使用者在基于服裝損傷情況下做出最優選擇。記錄逃生情況，并根據周圍煙霧與溫度變化自動化選擇提醒使用者穿戴并報警。

圖1

四、結語

陶瓷纖維材料的研究及其在在服裝中創新應用，為火災逃生設備行業提供了一條新的探究方向。本文圍繞陶瓷纖維民用火災逃生裝備的五大核心系統設計，整合各項設計資源，構建完整的火災逃生設備的設計體系，有效地提高了消費者的火災逃生概率，同時為火災逃生設備行業的發展增添了新的可能。