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紡織新材料在職業安全防護領域的應用

2017-04-18 12:50:37 青島昌源隆紡織機械有限公司 閱讀

隨著紡織技術和材料科學的飛速發展,新型紡織材料和加工技術不斷出現,給安全生產和勞動保護領域帶來很多新的機遇。這些新技術新材料,有些已經在生產實踐中得到應用,對于提高安全生產水平、保護勞動者安全健康,表現出顯著的促進作用。有些則已經展現出光明的應用前景,如何將這些新材料新技術進一步用到安全生產和勞動保護領域,帶來相應的社會效益和經濟效益,是我們面臨的新課題。

相變材料

是一種利用相變潛熱來貯能和放能的化學材料。這種材料能夠根據外界環境溫度的變化而發生相變,如固態—固態,或固態—液態等變化,相變過程中能吸收或釋放大量的潛熱。在作業環境中通過恰當地運用這類材料,可以保持系統及周圍環境溫度變化的相對平穩。將相變材料應用到紡織品上,可以做成蓄熱調溫紡織品,或者稱為“智能調溫紡織品”,利用其相變過程中吸收或釋放出的熱量,在紡織品周圍形成溫度基本恒定的微氣候,從而實現溫度調節功能。這類紡織品能夠根據外界環境溫度的變化在一定范圍內自動調節服裝內部的溫度,如當外界環境溫度升高時,可以通過固—液相變儲存通過服裝的能量,減少熱量向  態服裝內部的傳輸,進而減緩服裝內部溫度的升  妻高速度和幅度,在服裝內部產生一定的制冷效  各果;當外界環境溫度下降時,可以通過液—固相變釋放出儲存的能量,保持服裝內部溫度不會  6明顯降低,從而增強服裝的穿著舒適性。蓄熱調溫紡織品的加工通常采用紡絲法,首先將相變材料用某些高分子化合物或無機化合物以物理或化學方法包覆起來,制成直徑在l-100yum之間常態下穩定的固體微粒,稱為“微膠囊”技術。在纖維紡絲過程中,通過復合紡絲工藝將由微膠囊包覆的相變材料植入纖維  乙,內部,制作成相變纖維,再用這些纖維加工制作  也蓄熱調溫紡織品;也有的采用織物整理方法,包括相變材料直接整理法和蓄熱微膠囊整理法。蓄熱調溫材料制作的防護用品,具有重量輕、成本低,無額外能量消耗、使用方便等特??梢杂糜诒Wo在極端氣候條件下工作的作業人員,如在夏季炎熱環境或冬季寒冷條件下  能1作的架線工人、建筑工人、管道維修工人以及  線冶金行業煉鋼、有色金屬冶煉、機械行業的金屬加工等作業崗位的工人。目前,還沒有一種方  優:法能夠以足夠低的成本、足夠輕的設備重量和足夠低的能量消耗來實現高溫環境下作業人員的個體防護。而相變蓄熱材料的出現,為實現這一目標提供了可能性。相變材料的另外一個重要應用,是礦井高溫熱害的治理以及礦難的應急救援。當礦難發生時,井下救生艙是保護礦工生命的重要場所。救生艙必須在高溫條件下保障--+里殳切所。獄生肥必狽在萵溫條件下保障時間保持艙內溫度在人體能夠承受的舒適度范圍之內,是延長避險工人生存時間,贏得寶貴的救援機會的重大課題。利用蓄能相變材料有可  于能很好地解決這個問題。相變材料制冷不僅維  員護成本低,還可根據各礦井的實際工況合理調整材料的相變溫度。平時可以使其保持固體狀態,無維護成本,同時降低應急啟動風險。其儲熱密度大,可以最大限度吸收救生艙中及周圍各熱源發生的熱量,有效抑制溫升,控溫時問長,換熱效率也高。另外,相變材料在救生艙內的擺放可以最大限度地利用各處狹小空間,節約寶貴的人員避險空間。

高強高模聚乙烯纖維

目前國內外高強高模纖維的發展十分強勁。其中高強高模聚乙烯(又稱超高分子量聚乙烯)纖維在安全生產和勞動保護領域的應用也被十分看好。高強高模聚乙烯纖維,是繼碳纖維、芳綸纖維之后的第三代高性能特種工業用化學纖維,是目前世界上強度最高的纖維之一。其比強度相當于優質鋼材的1 5倍左右,比碳纖維高2倍,比芳綸纖維高40%,同時具有高斷裂功、能量吸收高等優異的力學性能,還具有耐紫外線、耐化學品腐蝕、耐低溫環境、耐摩擦、抗切割、密度小、質量輕等優點。其耐光性能十分優異,在戶外環境中使用1年以上強度只稍有下降。在目前的三大纖維材料中具有最好的性價比。因此,高強高模聚乙烯纖維是制作防刺穿、防切割的高強度工作服或防割手套的理想材料。所制作的防割手套具有優異的柔軟性和靈活性,重量輕,耐磨性和舒適性均十分出色。另外,高強高模聚乙烯材料還可以用來制作高強度繩索,用于安全生產和應急救援的救生索、安全纜繩、安全帶、安全網等。由于高強高模聚乙烯材料具有出色的耐惡劣氣候性能、耐海水侵蝕性能和耐紫外線性能,可以用于制作船舶用的高強度繩索,因此是用于海事救援的理想材料,可用于船舶拖曳或人丁母爭馭撥剛理想材料,可用于船舶?高強高模聚乙烯纖維也是用于復合材料中增強纖維的首選材料之一。據報道,高強高模聚乙烯纖維與環氧樹脂、聚乙烯樹脂或乙烯基酯10(樹脂材料復合后形成的纖維增強復合材料。具  段有極高的強度和優異的沖擊響應性能,是性能衰卓越的防彈材料,在安全生產領域則可以用于  好Q阻隔爆炸引起的沖擊波和碎片的傷害。

超細纖維非織造材料

防塵口罩是粉塵環境中作業人員的主要防護用品,其中的過濾材料要求既能阻擋吸入微細顆粒,又能保持—定的氣體流通量,使呼吸氣體順利通過。過去—直使用紗布口罩作為防塵口罩,但是這種口罩纖維之間的空隙較大,無法對微米級  有的可入肺粉塵顆粒物進行有效阻擋和過濾。熔噴法非織造布材料的出現改變了這一情況。熔噴法非織造工藝是利用高速熱空氣對模頭噴絲孔擠出的聚合物細流進行牽伸,由此形  0成超細纖維并凝聚在凝網簾或滾筒上,并依靠  i自身粘合而成為非織造布。用這種方法可以制  區作出纖維細度非常細的非織造布(纖維直徑多.5~4v.m之間)。這種非織造布內部的微孔小而多,纖維集合體對顆粒物起到強烈的截留和阻滯作用,從而可以實現較高的過濾效率。熔噴法非織造布中的纖維互相纏結,通過纖維之間的熱熔粘合作用,使整個纖網結構得到加固。由于其中的纖維超細,具有比表面積  具有大和表面吸附能力強等優勢,由超細纖維構成  化的三維網狀結構纖維復合體以其獨特的多向立  能體微細彎曲孔道和高孔隙率成為高效的過濾材料,可以對直徑5燦m以下的粉塵顆粒物進行有效過濾。通過電暈放電的方法,還可以給熔噴非織造布中的纖維加上靜電,使其成為駐極體,經駐極處理的聚丙烯熔噴非織造布,可帶有較為持久的靜電,增強了依靠靜電效應捕集微細塵埃的能力,可以大大提高過濾效率,是目前防塵口罩和醫用防護口罩的主要過濾材料。隨著纖維紡絲技術的發展,直徑小于100nm的納米超細纖維已經進入工業化應用階段。這種纖維具有極大的比表面積,同時纖維表面具有多孔結構,使其具有很強的吸附力、良好的過濾性和較低的空氣阻力,可以制作出孔徑更小、孔隙率更高和阻力更低的過濾材料,可以阻擋粒徑更細微的粉塵粒子和氣溶膠,實現極高的過濾效率。

PTFE膜材料

PTFE膜是以聚四氟乙烯為原料,采用特殊工藝,經壓延、擠出、雙向拉伸等方法制成的具有微孔結構的薄膜。PTFE膜具有原纖狀微孔結構,孔隙率達85%以上,每平方厘米有十多億個微孔,每個微孔直徑大約在0.1-0.5 ILm之間,比水分子直徑20-100汕m小幾百倍,比水蒸氣分子0.0003-0.0004DLm大上萬倍。這種孔徑結構可以阻擋液態水的進入,卻能使水蒸氣順利通過。因此利用這種微孔膜結構可實現特殊的防水透濕汽功效。由于這類微孔膜孔徑極小,且每個膜孔沿膜材料的各個方向呈現不規則的彎曲排列,使風難以透過,因此又具有阬剛生和保暖性等特點。聚四氟乙烯微孔膜由于其出色的防水透濕汽性能,被譽為“可呼吸的”功能性面料。聚四氟乙烯材料由于其分子結構的特殊性而具有極好的化學穩定性,耐強酸、強堿并耐多種化學品的侵蝕。同時它還具有極其寬廣的耐溫性能,在-180-260℃之間可以長期使用。因此這種材料在勞動防護領域有著廣闊的應用前景。

傳統防護服材料的加工,通常針對使用場所所面臨的危害性化學物質,對面料進行特種整理或涂層處理。但是這些材料往往缺乏足夠的透氣舒適性。比如傳統的防化學液體或蒸汽的氯丁或丁基橡膠涂層防護材料,可以有效地防止危害性化學物質侵害人體。但因為材料不Do止厄吾性化學物質侵害人體。但因為材料不汗液及熱量不能及時排出,從而使人體產生嚴重的不適感。利用聚四氟乙烯微孔膜材料與其他紡織面料復合后,可制作出既不妨礙人體排汛又能防止外部環境中的液材體和其他有害物質侵入的防護服面料,可用于多種涉及危害  速性物質的作業環境。也可以用聚四氟乙烯微孔膜做成防護手套以及防護鞋的襯里,極大地提高穿著舒適性,進而提高作業人員的工作效率。

智能紡織品

所謂智能紡織品是指對外界刺激具有感知能力并兼具反應能力的紡織品。通過現代紡織加工技術賦予紡織品一定的對外界環境感知和反應的能力,或者通過現代電子和材料技術與紡織品相結合,都可以制造出在安全生產和勞動保護領域有重大用途的智能紡織品。將聚乙二醇與各種纖維共混結合,可以使其具有熱適應性與可逆收縮性。所謂  這熱適應性,是賦予材料熱記憶特征。由于在纖維上相鄰多元醇螺旋結構問的氫鍵相互作用,溫度升高時氫鍵解離,系統魚于無序狀態,大分子鏈弛豫吸熱,表現為纖維吸熱冷卻;溫度降低時氫鍵系統逐漸變為有序狀態,纖維放熱??赡? 結縮性,是指形狀記憶功能,濕態時纖維收縮,收縮率可達35%。干態時恢復到原始尺寸。用這種材料可以制作壓力繃帶,被血液浸濕時收縮,傷口處產生的壓力會止血;干燥時  門—(繃帶舒張,壓力消除。這類醫用材料可以用于安全生產的應急救援。

利用現代電子和傳感技術可以開發出多種智能紡織品,用于職業安全防護領域。如一種有毒介質探測織物,通過將光導纖維傳感器結合到織物中賦予其危害因素探測功能。當傳感器接觸到某些氣體、電磁能、生物化學制荊或氣體有毒介質時,會產生相應的報警信號,提醒暴露在危險環境  ,中的穿著者。這些智能紡織品可以制作消防人員、應急救援人員或有毒物質環境中工作人員的保護性服裝。

納米紡織材料

近年來,納米材料的研究十分引入注目。由于表面效應、量子尺寸效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應而導致納米材料的電學、力學、電磁學、光學等性能產生巨大的變化,會產生特殊的性能。納米材料和技術用于紡織品可以產生常規材料所不能帶來的特殊防護功效,目前這項技術發展十分迅速,已經在生產實踐中得到—定程度的應用。

利用納米材料可以制作防紫外線的防護紡織材料。眾所阼    周知,太陽光中紫外線可以對人體造成傷害。而納米Ti02、Zn0,Si02,AlZ03,Fe203和納米云母都有在280-400nm波段吸收、反射或散射紫外線的特性,而這恰好是容易對人體造成傷害的紫外波段。只要將少量納米微粒復合到化學纖維中或用含有納米微粒的整理劑對纖維或織物進行后整理,就甲甄用冒伺綱米微粒的整理劑對纖維或織物進行后整埋,肌業人員的勞動保護有著重要的意義。利用納米技術可以對織物進行拒油拒水整理。通過特殊加工在紡織材料表面形成具有低表面能物質的納米分子屏障,賦予材料防水、防油和防污染性液體沾染的能力。用這種織物制作的1作服具有優異的防污染性能,對于在油污環境中以及涉及有害液體或氣體化學物質的環境中的作業人員,有著特殊的保護意義。

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