多層熱防護服溫度薄膜現狀及發展趨勢研究

陳卓瑤，張開心，簡明慧，齊幸幸，王 黎

（西安交通工程學院，陜西 西安 710300）

在每個城市都有一批默默付出的基層工作者，其中最為辛苦的是環衛工人，他們對每個城市有著不可或缺的作用。調查發現，衛生工作者主要是中老年人，75%的受訪者希望改善自己的工作服[1]，同時根據在近幾年調查發現，普通環衛工人在工作時都必須穿著工服，但這些工作服有一些功能上的缺點和不舒適性，尤其是在寒冷的冬季和炎熱的夏季，弊端會十分明顯。特別是夏季，長時間露天的環衛工作導致身著工作服的環衛工人悶熱大量出汗，舒適性差[2]。針對普通工服的不足，我們通過研究新型薄膜材料，薄膜是工作服最主要的一種材料，薄膜應用的環境和條件不同，往往應用中對薄膜的耐溫性有一定的要求，與金屬、陶瓷、玻璃等傳統材料相比，塑料的整體耐熱性不高，這使得防護服在高溫作業中使用率很低。塑料薄膜的耐熱性因它們的類型而不同，有的耐熱性低，有的耐熱性高[3]。文章通過對目前環衛工服主要材料性能進行分析，總結出存在的主要問題是耐熱性不高。

一般按照薄膜絕緣材料的耐熱等級中，長期工作溫度達到H級180 °C以上，可以稱為耐高溫薄膜，而我們傳統界定指耐溫達到200 °C以上的成為耐高溫薄膜。

1 目前薄膜性能分析

通過市場調查，目前各類型特種作業人員防護服主要材料有聚四氟乙烯（PTFE），聚醚醚酮（PEEK），聚酰亞胺（PI），液晶聚合物（LCP），聚苯硫醚（PPS）主要性能如下：

1.1 聚四氟乙烯（PTFE）薄膜

以四氟乙烯為單體聚集融合而成的高分子有機物稱為（PTFE），呈現蠟狀白色，半透狀，具有優良的耐熱、耐冷性，密度約2.2克/毫升，可長期使用于-181 ℃～261 ℃的特殊環境。這種材料與許多有機溶劑都不會發生反應，也不會相溶于所有有機溶劑。聚四氟乙烯的摩擦性非常小，它具有十分好的潤滑效果。耐蝕性，它對大多數化學藥物和化學試劑都不會反應，與酸性強或者堿性強的有機溶劑都不會反應；它具有很好的承受氣候變化的能力，并且它的可使用時間是所有塑料里最長的；它是光滑性能最低的固體原料，它的表面不會粘附任何物質且它的表面張力十分低；它還可制造人造的器官，無毒、無生理活性。

1.2 聚醚醚酮（PEEK）薄膜

PEEK是聚醚醚酮的英文簡寫，是在主鏈中含有兩個醚鍵和單個酮鍵的重復單元所聚合的高聚合物，一般采用與芳香族二元酚基縮合成的一種聚合芳醚類高聚合物，是一種半晶體的高分子材料，PEEK膜是6大特種耐溫工程材料之一（PEEK聚醚醚酮、PSF聚砜、PI聚酰亞胺、PAR聚芳酯、PPS聚苯硫醚、LCP液晶聚合物），PEEK材料的密度約為1.30 g/ml左右，熔點345 ℃，軟化點168 ℃，拉伸強度132～148 MPa，用玻璃纖維或碳纖維增強的PEEK制品在240 ℃的高溫下，機械強度也不降低，可用作耐高溫結構材料和電絕緣材料[4]。

1.3 聚酰亞胺（PI）薄膜

polyimide簡稱PI即為聚酰亞胺，它是一種可承受高熱量的高分子聚合物，其主鏈上帶有琥珀酰亞胺環或鄰苯二甲酰亞胺，通常由二胺或者二酐組合形成。當前它是工業中最常見的聚合物原料之一，分解溫度為545 ℃至600 ℃，其工作溫度為200 ℃～380 ℃。它有很好的尺寸穩定性、不容易被氧化、抗輻射性、絕緣性、耐腐蝕性、耐磨性和高強度。

聚酰亞胺薄膜呈淡黃色透明，相對密度1.38至1.46，可在245 ℃至280 ℃的環境中長時間使用，玻璃化溫度分別為281攝氏度（Upilex R）、385 ℃（Kapton）和500 ℃以上（Upilex S）。20 ℃時拉伸強度可達到200 MPa，200 ℃時大于100 MPa。

1.4 液晶聚合物（LCP）薄膜

LCP的全稱是液晶聚合物材料，簡稱LCP。它是一種新型的高分子材料樹脂，主要是縮聚反應合成獲得，與其他有機高分子聚合物對比，液晶聚合物具有相對特別的熱反應和分子元素機構，這種材料在溶劑中加熱或熔化后失去了大部分固體材料的性質，但產生一種液態部分與固態部分的性質，過渡中間相-液晶態，分子的位置在理想晶體和理想液態之間，LCP具備良好的耐熱性，其加工溫度達到300 ℃～400 ℃，熱變形溫度約260 ℃～315 ℃[5]。

由于液晶聚合物的各向異性，它具有高強度、高彈性模量、自增強性能、優良的抗熱性、抗冷性、很強的耐蝕性、阻燃性、氣電特性和成型加工性。其膨脹系數非常小，摩擦也非常小，還具有優良的抗輻射性和優良的微波傳輸性能。

1.5 聚苯硫醚（PPS）薄膜

聚苯基硫醚是聚苯硫醚的全稱，英文簡寫為PPS，苯硫基的熱塑性樹脂在其分子主鏈中分布，聚苯硫醚是一種晶體高分子聚合物。25 ℃環境溫度密度為1.36 g/ml，玻璃化溫度為150 ℃；熔點281 ℃，也是六大特種耐溫工程材料之一。

聚苯基硫醚樹脂具有很好的耐熱性、耐蝕性、抗輻射性、阻燃、平衡的物理性能和極好的穩態性以及良好的電性能等優點，其耐熱性能介于PET材料和PI材料之間，聚苯基硫醚樹脂通過填補、改良后大量用于做特殊種類作業塑料和各種功能性的薄膜、涂層材料和復合材料。

聚苯基硫醚薄膜可以通過各種工藝進行成型加工，包括吹膜法、流延法或拉伸法進行生產，但國外較常用的生產工藝為雙向拉伸法，拉伸溫度約在80 ℃～120 ℃，拉伸比約為2～6倍，定型溫度為220 ℃。

涂層工藝后，涂層布表層采用密閉涂層劑密封，涂層的親水基或通過其他方式形成的微型孔狀結構保證了織物表層的透濕性。復合面團是由特殊薄膜（微型孔狀薄膜、聚氨酯透水薄膜等）與聚四氟乙烯超防水透水復合面料等復合面料復合而成。由于織物的主要膜孔的孔徑遠低于水滴的直徑，可以有效預防血液和體液的浸透，微孔變得更加多孔，孔徑大于直徑，透濕性更好，因為水蒸氣分子，水蒸氣分子可以自由通過。

經過對以上材料的調查分析，對比每個材料的優劣性能對比分析，聚四氟乙烯比較符合我們的要求，可以在高、低溫中使用，而且做到不影響薄膜的性能；同時在使用中難免會接觸強酸強堿物品，此薄膜有良好的耐腐蝕性和密封性，不會與皮膚接觸；它還有良好的抗老化耐力，增加了防護服的使用年限。所以最終我們選擇聚四氟乙烯。

2 市場需求分析

如今社會在高速發展，我們的祖國也越來越強大，這些都離不開每一位特種作業人員在自己崗位上默默無聞的付出，他們用汗水鑄就了我們現在的美好生活，因此國家對于特種作業人員的關注程度越來越高。工業防護服是特種工作人員的必要工具，其防護服的性能優良很大程度上影響著工作人員工作環境的舒適性，然而現有工業防護服、環衛工工作服等都缺乏舒適性，針對這個問題，我們利用聚四氟乙烯所研究的薄膜在防護服舒適度上便有了很大的突破和提升，聚四氟乙烯樹脂經成型、燒結、冷卻成坯、車削、壓延，形成聚四氟乙烯薄膜，這樣的材料和制備工藝使環衛工人得到一個舒適的著裝體感，所以這種特殊防護服有很大的發展前景。

3 多層熱防護服研究展望

在工業防護服未來需求量巨大以及政府對于工業人員的高度重視情況下，我們利用聚四氟乙烯材料對目前市面上的普通防護服進行加工再處理，其中，無紡布復合材料和聚乙烯透氣膜對防止細菌病毒的侵入和防止液體的浸入非常有效，還可以通過改變合成布的柔韌度來改變品質，并且具有較高的抗拉強度和優異的性能。顯著提高通氣性和適意性，耐消毒，不具有有毒物質，重量60～100 g/m2。它具有很好的性價比，用它制成的工作服和防護服可以保護工人免受環境影響，并且對工人起到很好的保護作用，使環衛人員長時間露天的環衛工作感到舒適，以便他們能更好地投入工作中。除此之外，隨著原材料使用技術的不斷進步，聚四氟乙烯薄膜材料的不足正在逐漸被改進，從而使它不僅在防護服的研究領域，更在光學、電學、醫學、工業防滲等多個領域有著很好的發展前景。

4 總結

文章通過對多層熱防護服溫度薄膜性能分析及市場需求分析，對多層熱防護服溫度薄膜研究進行展望，為解決防護服薄膜材料耐熱性不高以及防護服舒適性而選擇它，它的細菌病毒防侵性和液體防滲性非常好，并且可以通過改變復合材料的柔和度來改變質感，具有較高的抗拉強度、優良的通氣性，大大提高了適意性。它是一種無毒的聚四氟乙烯薄膜，可以承受消毒。同時，在如今防護服需求量大的現狀下盡可能讓材料簡單化從而增加防護服的產量。