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特种防护服的功能性与舒适性1

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特种防护服的功能性与舒适性 姓名:杨璨 学号:S113067 专业:服装设计与工程 一、 特 种功 能 服 装 服装按功能来分类,可分为一 般功能和特种功能。特种功能服 装主要是在各种特殊环境条件下 ,在特种工作环境下穿的服装, 对人体安全、健康及提高生活质 量具有一定的保障作用。 二、 特 种 防 护 服 特种防护服功能服装主要研制的内容 是防护服,特种防护服是指在特定场合对 人体具有防御化学、物理和生物有害物质 的伤害、合理有效的对皮肤微环境与外界 进行物质能量交换、切实保障人体的安全 和健康的功能性服装。 它涉及到航空航天、工矿企业、公安 消防、医疗保健、体育运动等各领域。在 劳动保护工作中,它是个体防护装备的重 要组成部分,对安全生产有着重要意义。 2.1 航空航天救生类 从高空飞行到载人航天所遇到的各 种环境,都需要穿用特种功能服装。高 空飞行要穿分压服(portion pressure suit),特技飞行要穿抗荷服(anti-G suit),海上飞行要穿抗浸服(anti- exposure suit),载人航天穿航天服( space suit)。现将航天服、抗浸服介 绍如下。 航天服是保证航天员生命安全的防护 救生装备,在航天过程中,根据需要,航 天服能构成适于人体生活的微小气候。在 结构上,分为六层:(1)内衣舒适层;( 2)保暖层;(3)通风服和水冷服(液冷 服);(4)气密限制层;(5)隔热层; (6)外罩防护层。与航天服配套的还有头 盔、手套、靴子等。 抗浸服是一种保证人员落水后防止体 热在短时间内大量散失的人体防护装备。 2.2 军需装备类 军需装备主要是研制军服。军服一般包 括礼服、常服、作训服、特种服等,是军人 特有的标志之一。防毒服是当遭受化学武器 袭击或受毒物污染时保障作业人员的生存和 作业能力的重要手段之一。新型防毒服在保 持现装备防毒防水功能的同时,进一步增加 了服装的阻燃功能。高性能防水迷彩织物, 具有防水、防风、防酸碱、防红外等优良特 性能。 2.3 工矿企业类 工矿企业大量采用防护服。抗油拒水防护服,具有 良好的透气、透湿性能,穿着舒适。符合抗油拒水防护 服安全卫生性能要求(国家标准 GB 12799-91)。防静 电工作服是易燃易爆场所必穿的防护服装。易去污防护 服的突出特点是具有防污和易去污双重功能,一旦沾污 ,在正常条件下也容易洗涤。防酸工作服适用于化工轻 工电镀等行业及其它接触酸作业人员,可对高浓度的硫 酸、盐酸、硝酸进行有效地防护。另外,还有防酸防静 电工作服,对同时存在酸和静电的作业环境特别适用, 能够对作业人员进行有效的防护。聚氨酯(PU)胶布, 性能优良,是传统橡胶布制品的替代产品 。 在天然气、能源和勘探业等许多工业领 域,工作者不仅需要暴露在户外的恶劣条件 下,而且工作中还面临接触火焰和热辐射的 危险。为了保护人体的健康和安全,从事这 些行业的工作所需个人防护装备不仅要具备 特殊的保护功能,还要考虑穿着者的舒适度 和一定的使用寿命。美国戈尔(GORE)公 司最新研发的防火、阻燃、隔热防护服,可 为勘探、能源领域的户外作业人员提供高性 能的安全防护。 如今,服装的隔热和阻燃性能已有欧洲 标准ENISO11416和ENISO11612,对相关性 能的产品进行测试。在这方面,戈尔公司一 直研究在此基础上不断提高GORE-TEX服 装在耐气候、隔热、阻燃、防火等性能,并 且还开发了戈尔防静电技术,给特种行业的 工作人员提供了防静电、防火、防止电弧等 全天候一整套防护保护功能。 GORE-TEXGORE-TEX(戈尔特斯(戈尔特斯 )是美国)是美国 W.L.GOREW.L.GORE公司开发的一种柔软坚韧,顶公司开发的一种柔软坚韧,顶 级的防水透气面料。这种材料的效果持久级的防水透气面料。这种材料的效果持久 ,有良好的组织相容性,能一次性达到理,有良好的组织相容性,能一次性达到理 想状态。想状态。 高泰克斯高泰克斯(GORE-TEX)(GORE-TEX)是一种全新的膨体是一种全新的膨体 类面部填充质料,具有极佳的生物相融性类面部填充质料,具有极佳的生物相融性 和柔软度,是目前世界上理想安定的成型和柔软度,是目前世界上理想安定的成型 填充质料。目前在服装上常制成高档的裤填充质料。目前在服装上常制成高档的裤 子、夹克、鞋等以及冲锋衣,医学上,用子、夹克、鞋等以及冲锋衣,医学上,用 来作人造血管等。来作人造血管等。 这种多用途的功能面料由两层或三层的 层压织物构成。通常其表层为耐久且阻燃的腈 氯纶/棉混纺织物,经过与GORE-TEX的聚四 氟乙烯(PTFE)薄膜进行胶合层压整理后,达 到需要的防护功能,即使在接缝处织物也能阻 止火焰扩散。该产品符合2008年推出的欧洲标 准ENISO14116和ENISO11612,有效防止燃 烧事故的发生。这种两层的层压织物重量仅为 280克/平方米,具有很好的穿着舒适性,可以 耐受30次工业洗涤烘干以及60℃的水洗温度。 2.4 公安、消防类 阻燃防护服采用普鲁苯(Proben)整理技术生产的阻燃面料 ,既能有效地防止火焰蔓延,又能保持织物的原有性能。消防战 斗服是消防员在火场实施灭火作业时穿着的、具有阻燃、防水、 透气和隔热多功能的防护服装。消防隔热服是消防员靠近火焰进 行灭火战斗时穿着的防护服。抗热辐射、耐燃、隔热防护服在 1500℃铁水倒在上面织物不烧穿,安全防护的作用优异。防弹背 心可以对人体的胸、背、腹要害部位起到防护作用。防刺背心具 有优良的防刺性能,可有效地防匕首、三棱、刮刀,弹簧刀等锐 器对人体胸、腹、背和腰部的致伤作用,其耐刺力在695牛顿以上 。防弹头盔是采用当今世界最新的高性能非金属芳纶织物制作。 特种阻燃防护服能在火焰达800℃高温条件下不燃烧,且高强、耐 腐蚀、质地好的特种服装面料。 2.5 医疗保健类 医用纺织品与生物医学工程相结合成为高科技 产业。它从纺织品加工的形式来区分,可分四类:第 一类是通过纤维改性获得抗菌防病效果;第二类服装 是有整理的方法来达到防病、治疗保健的目的;第三 类服装是与中医中药相结合,是我国特有的保健服装 ;第四类服装是采用功能纤维制成。医疗卫生用纺织 品品种多,应用面广,某些产品技术要求高,尤其是 医用纺织品及服装的发展,对保障广大医护工作者和 人民的生命健康安全,造福人类,发展纺织工业均具 有不可估量的前景。 2.6 体育运动服类 随着体育事业蓬勃发展,体育服 装以空前速度进入了人们的生活,各 种流行色及面料已被运动服装厂商广 泛运用。 三、各种特种防护服的功能介绍 按防护类型,特种防护服可以分成 防寒服、防弹和机械防护服、射线防护 服、防毒服、微生物和细菌防护服、有 害化学品防护服、热防护服、阻燃防护 服、生化防护服、医用防护服等。 3.1 防寒服 防寒服是指在气温-10°~-40°C,且有大风的环境 下,能够维持人体正常生理指标的服装。其发展向着产品 系列化、材料轻型化、结构科学化、功能合理化的方向发 展。 防寒服要求产品有较高的绝缘性、较小的体积、好 的舒适性和运动灵敏性。静止空气是热的不良导体,此外 最好的绝缘介质也可以用绒毛和鹅毛以及其他家禽羽毛等 ,或通过自然动物的仿真设计增加各种填充纤维或高蓬松 度物质中的静止绝缘空气含量。在市场上,采用粗纤维、 常规纤维和细旦纤维混合的3M公司的Thins late和 AlbanyInternationalPrimaloft,纤维吸收小于其质量1%的 湿气,使其比使用天然绒毛的产品在潮湿情况下的保暖要 好。 防寒服外衣材料的防风性能要好,因此 ,一般选用具有特殊防风效果的面料以及进 行特殊防风整理的面料作为外衣。内衣材料 透湿、透气性要好,要满足穿着的舒适性, 因此,内衣一般选用棉、麻、粘胶等纤维素 纤维或再生纤维素纤维的针织物或表面粗糙 的针棉制品。中间层保暖性要好,若中间层 含有静止的空气,保暖效果更理想。可以选 用暖棉、远红外材料、中空纤维等作为中间 层材料。 美国ArthurDLittle公司设计的一种 适合在南极使用的多层合成服装,内层 是茎沁水整理的聚酯绒毛内衣,中间层 是刷状的高蓬松聚酯绒毛隔热层,外层 是防水防风透气PTFE(聚四氟乙烯)涂 层整理的芳纶针织物,这样既满足了保 暖隔热防风防水的功能性,又使穿着透 气舒适。但此类服装不能采用普通服装 的洗涤整烫方法处理。 3.2 防弹、防机械伤害的防护服 这是一类身体装甲防护服装,主要用来防 弹,防割,防锯,防薄金属片、玻璃、刀或其他 尖锐边缘物体侵害。Kevlar取代尼纶曾是这个领 域的一大进步,在软装甲领域,可以采用芳纶多 层堆积提供进一步的防弹和防刺防护。目前, Allied公司的SpectraShield使用Spectra超高强聚 乙烯纤维生产的聚酯复合材料板,质量比Kevlar 轻1/3,其23层复合材料可以提供和30层Kevlar 复合材料同样的防护水平。SpectraShield使用温 度不能超过200华氏度,但材料的热成形性能很 理想,可制成各种需要的形状。 防割等机械防护产品包括采用对位芳纶 制成的防护手套、挡板、护袖、防锯针刺毡 等。护腿可以采用对位芳纶或粗尼纶纱和纤 维合成的针刺毡,或针刺毡与机织材料的复 合体,可与电锯齿纠缠而使其停止,防止对 身体产生重大伤害。 3.3 射线防护服 多数服装都可以有一定的防治外界物质进入和隔 离皮肤与有害物质的作用,但对射线的防护需要特殊的 共聚物涂层,如常用的聚乙烯涂层Tyvek,用在核工厂 、高压电现或电子设备以及X射线的环境中。美国的 SavannahRiverSitePlutonium工厂采用了这种特殊的防 Tritium(氚)防护服,此服装是在涤纶材料的两面涂 层,涂层材料为CPE/EVA/PVDC(Saran)/EVA共聚 物,也有制服采用非制造布的Saran/CPE涂层材料或无 机布材料。日本采用聚乙烯涂层硼纤维来生产射线防护 服,也可以在纤维中加入铅芯提高防护水平,用于X射 线环境。 3.4 有害微粒防护服 这种防护服用于工作于铅尘土、喷涂或类似 设计微细有害物质的工作领域的防护服,这类服装 通常是由非制造材料制成,也有采用机织涤棉混纺 、棉或涂层材料的。美国主要有三种标准面料:未 涂层的Tyvek;KimberlyClark的3层纺粘-熔喷-纺粘 Olefin织物KleenGuard;混杂的非制造材料如纺粘 Olefins。这些产品通常一次性使用,目前存在的主 要问题是提高穿着舒适性,使人体发出的汗气能通 过服装散发出去。 3.5 微生物/细菌防护服 医用防护服主要用于抵抗有生命威胁的 病毒传播的防护。复合共聚物涂层的机织物和 非制造织物防护材料经抗菌后整理即可用作医 务人员、急救人员和警务人员等防护服面料。 Dupont公司的Biowear材料可用于血液病菌的防 护,日本产品Bactekiller(Kanebo)是将杀菌 剂加在喷丝液中,杀菌剂主要是硅酸盐,当外 界潮湿时就会发挥作用。 3.6 化学防护服 用于化学防护的防护服根据防护程 度的不同分成ABCD四个等级,A级提供 最高的防护,整体密封,内含呼吸装备以 防化学气体和蒸气;B及类似于A级,用 于防有毒的化学品的喷溅,但不是全密封 的;C级提供防化学品喷溅防护,可能不 用呼吸器;D级只提供较少的防护。 普通或涂层的Tyvek纺粘型Olefin织物是最常用 的化学防护服面料,更高水平的防护可通过Tyvek 涂层Saranex23P来实现,Saranex23P是Dow化工厂 产品,是多层防护涂层材料,一层是低密度聚乙烯 ,中间是共聚物偏二氯乙烯和一层醋酸乙烯脂( EVA)粘合在Tyvek上。此外一些生产商还开发了 包括涤纶和Olefin纺粘或绒喷非制造布产品等,价 格不到1000美元。较耐用的服装是采用尼纶、涤纶 或尼/涤混纺织物,用聚合物TeflonPTFE(Dupont )、丁基EDPM,Viton(Dupont)等涂层,可用 作A级防护服装。 3.7 热防护服 新型高技术耐热纤维如Nomex、PBI、Kermel 、P84、预氧化Pan纤维等的发展,以及经防火后整 理的棉和混纺纤维的发展,为生产这种防护服提供了 良好的基础。如消防人员的套服,外层通常是Nomex 、Kevlar或Kevlar/PBI混纺机织材料,面密度254.6g 每平方米,(7.5盎司每平方码)的斜纹布,提供主 要的防火保护和耐磨性能,外层下面有聚四氟乙烯涂 层的防水层,防水进入和在服装内部生产热蒸气,防 止产生热压;防水层下面是一层衬里,以增加静止空 气含量,提高热绝缘性,通常采用的材料是Nomex针 刺毡或高蓬松材料。 Spring的FireWear防火服是由一种 特殊的腈纶和棉混纺材料制成,这种腈纶 内部含有汽相防火物质,遇高温会释放出 来。防火处理的棉织物在该防护服领域仍 占主要地位,特别是应用在铁处理工厂; 防火处理的毛织物也用于一些热防护领域 ,特别是铸造厂;Nomex和Kevlar的针刺 毡,外面加上机织布或用高热射线反射铝 进行涂层,可以提供超级的热防护和绝缘 性能。 3.8 阻燃防护服 纺织材料的阻燃性能主要通过两种 方法获得。一种是对纺织材料进行阻燃 后处理,使纺织品达到阻燃目的,该方法 成本低,但阻燃性随使用年限和洗涤次 数的增加而逐渐降低或消失。另一种方 法是直接生产阻燃纤维,阻燃纤维具有 永久阻燃性。 阻燃材料以美国杜邦公司上世纪60年代 生产的Nomex最为著名。其本身具有永久阻 燃性以及优良的热稳定性。美军的防护服装 便使用了该纤维。随着该纤维的广泛应用, 杜邦公司又相继开发了一系列改进的Nomex 产品,其中以NomexIIIA的应用最为广泛, 其组成为93%Nomex、5%Kevlar和2%抗静 电纤维。加入Kevlar是为了增加衣服在高温 火焰以及电弧闪爆下抗热、抗收缩及抗震性 能,加入抗静电纤维是为了减少静电,改善 穿着舒适性。 Nomex极限氧指数为28,具有较高的分 解温度,而且在高温不会熔融。Nomex具有 很好的热稳定性,在260°C连续使用100小时 后,其强度仍能保持原强度的65%。在304°C 高温下使用7天,仍能保持原强度的50%。 Nomex同时具有优异的耐化学性,即耐酸碱 、氧化剂及有机溶剂等。其耐辐射性优良, 在一定强度的紫外线和Y射线的照射下,具强 力几乎无损失。日前在工业阻燃服、防电弧 服、消防服、赛车服以及电焊和炉前工作服 中被广泛应用。 由于使用的行业不同,对防护服的要求也不同。如钢 铁行业,要求阻燃防护服的质量要高,但价格要低,所以大 多数钢铁行业仍在使用棉帆布或涤纶阻燃后处理的工作服。 由于棉质工作服穿着舒适,易于处理,价格低廉,仍在广泛 地使用。消防等部门在挑选阻燃防护服时,首先考虑的是性 能,而价格仅在其次。它们要求防护服具有良好的阻燃功能 ,和较高的抗拉强度,特别是很小的热收缩等。 阻燃防护服除具有阻燃功能外,我们还可根据用户的 不同要求,赋予其不同的功能,如防水、拒油、抗静电等多 种功能。对阻燃织物进行防水、拒油处理后,可提高阻燃防 护服的功能性;阻燃防护服进行抗静电处理,可以用于炼油 行业,预防由于静电而引起的火灾;阻燃纤维与高性能纤维 进行混纺交织,可生产高性能阻燃织物;阻燃纤维与粘胶纤 维混纺,可以改进防护服的舒适性,同时减少二次烧伤。 最近,英国Carrington职业工作服公司 首次开发含有Lyocell纤维的阻燃防护服,进 一步扩大了阻燃产品的销量。这种阻燃服具有 抑制火焰的作用,能满足EN470、EN533等阻 燃标准要求,还有很高强度和抗磨损性等。这 种阻燃服装商品为Fury,是由Lyocell纤维与 聚酯按80∶20比例混纺生产的,除能满足阻燃 服装的全部指标外,还具有超低收缩率,能提 高服用舒适性,并改进了外观。这类阻燃服装 在各工业部门中都将有广泛的应用,包括海洋 石油业、化工生产等部门。 3.9 生化防护服 生化防护服大体分为两类:一是隔绝式 防护服,通常是用橡胶和塑料在外,里面为纺 织物。这类防护服不透气、不透湿。在核生化 相关事件中,这类服装用于洗消专业分队和武 器销毁人员(化学兵)等特种专业人员。 另一类是透气式防护服,是相对隔绝式防护 服而言的,外层面料能阻挡毒剂的小液滴和蒸 气,使其不能透过防护服,但空气和水蒸气能 透过,提高了穿着舒适性。该类防护服又分为 三类: (1)物理吸收型,其主要特点是利用 溶剂吸收毒剂。当防护服吸收毒剂而失去 防毒能力后,通过通风或热空气消毒后可 以恢复从而继续使用。缺点是存在解吸现 象,防毒时间短。 (2)化学吸收型,防护服用化学药剂浸 泡过(主要为氯胺),能对芥子气蒸汽及小 液滴进行防护,但防护面窄,且氯胺的在 空气中易失去化学活性,刺激皮肤,腐蚀 衣料。 (3)物理吸附型透气防护服,是由多层结构组成。美 军的化学防护服外层为尼龙、棉或混纺织物,具有防护有 害气体、液体和阻燃功能,中间采用聚合物基活性炭吸附 技术,炭颗粒具有严格均一的尺寸和化学防护功能。也有 采用活性炭纤维做中间层,该纤维具有更高的吸附容量和 更快的吸附或解吸速度,成型性好,方便制作服装。而且 经过浸渍处理,还可以负载催化剂、化学处理剂和杀菌剂 等。德国一家公司开发了另一种活性炭吸附技术,采用粒 径为0.5~1um的球形活性炭,以预设的程序,点状粘附在 织物表面,该织物再与其他织物进行复合,得到含有约 1mm厚的活性炭复合织物。普遍认为,该材料比其他活性 炭材料更加牢固、可靠,更有利于发挥活性炭的吸附能力 。 3.10 医用防护服 医用防护服是指适于医护人员穿着 、能有效地阻隔微生物、阻挡体液渗透 、防止疾病传染的工作服装。 高质量的防护服可以大大提高医护 人员的防护安全性能,对于一些传染性 极强的细菌、病毒起到有效的防护作用 ,使危害降至最低。 聚四氟乙烯(PTFE)是一种高性能的聚合物,在 过去的25年中,正是它的复合织物构成了美国Gore纺 织面料在医疗和健康防护领域成功的基础。PTFE的 薄膜厚度约20~30微米,每平方米含有90亿个微孔。 每个微孔的直径约为0.2~5微米,大于水蒸气分子直径 (0.003~0.004微米),小于水滴的最小直径(20~100微 米),再加上聚四氟乙烯较低的表面张力,因此, PTFE膜具有较高耐水压性能,同时微孔能畅通地排 出汗蒸汽。合适孔径尺寸的PTFE膜能够阻隔细菌病 毒。它的强度极佳、性质稳定、生物兼容性好、热稳 定性好、容易成型。国外针对不同医疗需要进行的医 务人员防护服装研究较多,而且标准严密,同时防护 装备齐备,可供选择余地较大。 与国外相比,我国的防护面料、服装目前 还存在一定差距。从所应用的材料分有以下三 种类型: (1)涂层材料。国内多数企业采用湿法或 干法聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯对织物 进行涂层整理,然后将此面料用于制作防护服 。 (2)PU、TPU膜复合材料。这种复合材料 在透湿性与舒适性上与涂层材料相比有一定的 改善。 (3)PTFE微孔膜复合材料。国内军队在特殊 军种的军服装备上有小批量的应用,在医用防护服装 上的应用还处于研究试用阶段。聚四氟乙烯微孔薄膜 可以有效解决涂层材料、PU、TPU膜复合材料持久 性不佳、透湿性不太理想这两个缺点。PTFE的缺点 是成本偏高。 经过几年的研究,青岛即发集团在聚四氟乙烯 拉膜技术方面有了新的突破,成为世界上少数能生产 PTFE膜的企业之一。目前,经过了近一年的实验, 即发集团年产150万米的生产已进入了最后试产 阶段。 ART
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