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纺织新材料在职业安全防护领域的应用

随着纺织技术和材料科学的飞速发展,新型纺织材料和加工技术不断出现,给安全生产和劳动保护领域带来很多新的机遇。这些新技术新材料,有些已经在生产实践中得到应用,对于提高安全生产水平、保护劳动者安全健康,表现出显著的促进作用。有些则已经展现出光明的应用前景,如何将这些新材料新技术进一步用到安全生产和劳动保护领域,带来相应的社会效益和经济效益,是我们面临的新课题。

相变材料

是一种利用相变潜热来贮能和放能的化学材料。这种材料能够根据外界环境温度的变化而发生相变,如固态—固态,或固态—液态等变化,相变过程中能吸收或释放大量的潜热。在作业环境中通过恰当地运用这类材料,可以保持系统及周围环境温度变化的相对平稳。将相变材料应用到纺织品上,可以做成蓄热调温纺织品,或者称为“智能调温纺织品”,利用其相变过程中吸收或释放出的热量,在纺织品周围形成温度基本恒定的微气候,从而实现温度调节功能。这类纺织品能够根据外界环境温度的变化在一定范围内自动调节服装内部的温度,如当外界环境温度升高时,可以通过固—液相变储存通过服装的能量,减少热量向  态服装内部的传输,进而减缓服装内部温度的升  妻高速度和幅度,在服装内部产生一定的制冷效  各果;当外界环境温度下降时,可以通过液—固相变释放出储存的能量,保持服装内部温度不会  6明显降低,从而增强服装的穿着舒适性。蓄热调温纺织品的加工通常采用纺丝法,首先将相变材料用某些高分子化合物或无机化合物以物理或化学方法包覆起来,制成直径在l-100yum之间常态下稳定的固体微粒,称为“微胶囊”技术。在纤维纺丝过程中,通过复合纺丝工艺将由微胶囊包覆的相变材料植入纤维  乙,内部,制作成相变纤维,再用这些纤维加工制作  也蓄热调温纺织品;也有的采用织物整理方法,包括相变材料直接整理法和蓄热微胶囊整理法。蓄热调温材料制作的防护用品,具有重量轻、成本低,无额外能量消耗、使用方便等特?梢杂糜诒;ぴ诩似蛱跫下工作的作业人员,如在夏季炎热环境或冬季寒冷条件下  能1作的架线工人、建筑工人、管道维修工人以及  线冶金行业炼钢、有色金属冶炼、机械行业的金属加工等作业岗位的工人。目前,还没有一种方  优:法能够以足够低的成本、足够轻的设备重量和足够低的能量消耗来实现高温环境下作业人员的个体防护。而相变蓄热材料的出现,为实现这一目标提供了可能性。相变材料的另外一个重要应用,是矿井高温热害的治理以及矿难的应急救援。当矿难发生时,井下救生舱是保护矿工生命的重要场所。救生舱必须在高温条件下保障--+里殳切所。狱生肥必狈在萵温条件下保障时间保持舱内温度在人体能够承受的舒适度范围之内,是延长避险工人生存时间,赢得宝贵的救援机会的重大课题。利用蓄能相变材料有可  于能很好地解决这个问题。相变材料制冷不仅维  员护成本低,还可根据各矿井的实际工况合理调整材料的相变温度。平时可以使其保持固体状态,无维护成本,同时降低应急启动风险。其储热密度大,可以最大限度吸收救生舱中及周围各热源发生的热量,有效抑制温升,控温时问长,换热效率也高。另外,相变材料在救生舱内的摆放可以最大限度地利用各处狭小空间,节约宝贵的人员避险空间。

高强高模聚乙烯纤维

目前国内外高强高模纤维的发展十分强劲。其中高强高模聚乙烯(又称超高分子量聚乙烯)纤维在安全生产和劳动保护领域的应用也被十分看好。高强高模聚乙烯纤维,是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能特种工业用化学纤维,是目前世界上强度最高的纤维之一。其比强度相当于优质钢材的1 5倍左右,比碳纤维高2倍,比芳纶纤维高40%,同时具有高断裂功、能量吸收高等优异的力学性能,还具有耐紫外线、耐化学品腐蚀、耐低温环境、耐摩擦、抗切割、密度小、质量轻等优点。其耐光性能十分优异,在户外环境中使用1年以上强度只稍有下降。在目前的三大纤维材料中具有最好的性价比。因此,高强高模聚乙烯纤维是制作防刺穿、防切割的高强度工作服或防割手套的理想材料。所制作的防割手套具有优异的柔软性和灵活性,重量轻,耐磨性和舒适性均十分出色。另外,高强高模聚乙烯材料还可以用来制作高强度绳索,用于安全生产和应急救援的救生索、安全缆绳、安全带、安全网等。由于高强高模聚乙烯材料具有出色的耐恶劣气候性能、耐海水侵蚀性能和耐紫外线性能,可以用于制作船舶用的高强度绳索,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驭拨刚理想材料,可用于船舶?高强高模聚乙烯纤维也是用于复合材料中增强纤维的首选材料之一。据报道,高强高模聚乙烯纤维与环氧树脂、聚乙烯树脂或乙烯基酯10(树脂材料复合后形成的纤维增强复合材料。具  段有极高的强度和优异的冲击响应性能,是性能衰卓越的防弹材料,在安全生产领域则可以用于  好Q阻隔爆炸引起的冲击波和碎片的伤害。

超细纤维非织造材料

防尘口罩是粉尘环境中作业人员的主要防护用品,其中的过滤材料要求既能阻挡吸入微细颗粒,又能保持—定的气体流通量,使呼吸气体顺利通过。过去—直使用纱布口罩作为防尘口罩,但是这种口罩纤维之间的空隙较大,无法对微米级  有的可入肺粉尘颗粒物进行有效阻挡和过滤。熔喷法非织造布材料的出现改变了这一情况。熔喷法非织造工艺是利用高速热空气对模头喷丝孔挤出的聚合物细流进行牵伸,由此形  0成超细纤维并凝聚在凝网帘或滚筒上,并依靠  i自身粘合而成为非织造布。用这种方法可以制  区作出纤维细度非常细的非织造布(纤维直径多.5~4v.m之间)。这种非织造布内部的微孔小而多,纤维集合体对颗粒物起到强烈的截留和阻滞作用,从而可以实现较高的过滤效率。熔喷法非织造布中的纤维互相缠结,通过纤维之间的热熔粘合作用,使整个纤网结构得到加固。由于其中的纤维超细,具有比表面积  具有大和表面吸附能力强等优势,由超细纤维构成  化的三维网状结构纤维复合体以其独特的多向立  能体微细弯曲孔道和高孔隙率成为高效的过滤材料,可以对直径5灿m以下的粉尘颗粒物进行有效过滤。通过电晕放电的方法,还可以给熔喷非织造布中的纤维加上静电,使其成为驻极体,经驻极处理的聚丙烯熔喷非织造布,可带有较为持久的静电,增强了依靠静电效应捕集微细尘埃的能力,可以大大提高过滤效率,是目前防尘口罩和医用防护口罩的主要过滤材料。随着纤维纺丝技术的发展,直径小于100nm的纳米超细纤维已经进入工业化应用阶段。这种纤维具有极大的比表面积,同时纤维表面具有多孔结构,使其具有很强的吸附力、良好的过滤性和较低的空气阻力,可以制作出孔径更小、孔隙率更高和阻力更低的过滤材料,可以阻挡粒径更细微的粉尘粒子和气溶胶,实现极高的过滤效率。

PTFE膜材料

PTFE膜是以聚四氟乙烯为原料,采用特殊工艺,经压延、挤出、双向拉伸等方法制成的具有微孔结构的薄膜。PTFE膜具有原纤状微孔结构,孔隙率达85%以上,每平方厘米有十多亿个微孔,每个微孔直径大约在0.1-0.5 ILm之间,比水分子直径20-100汕m小几百倍,比水蒸气分子0.0003-0.0004DLm大上万倍。这种孔径结构可以阻挡液态水的进入,却能使水蒸气顺利通过。因此利用这种微孔膜结构可实现特殊的防水透湿汽功效。由于这类微孔膜孔径极。颐扛瞿た籽啬げ牧系母鞲龇较虺氏植还嬖虻耐淝帕校狗缒岩酝腹虼擞志哂嘘l刚生和保暖性等特点。聚四氟乙烯微孔膜由于其出色的防水透湿汽性能,被誉为“可呼吸的”功能性面料。聚四氟乙烯材料由于其分子结构的特殊性而具有极好的化学稳定性,耐强酸、强碱并耐多种化学品的侵蚀。同时它还具有极其宽广的耐温性能,在-180-260℃之间可以长期使用。因此这种材料在劳动防护领域有着广阔的应用前景。

传统防护服材料的加工,通常针对使用场所所面临的危害性化学物质,对面料进行特种整理或涂层处理。但是这些材料往往缺乏足够的透气舒适性。比如传统的防化学液体或蒸汽的氯丁或丁基橡胶涂层防护材料,可以有效地防止危害性化学物质侵害人体。但因为材料不Do止厄吾性化学物质侵害人体。但因为材料不汗液及热量不能及时排出,从而使人体产生严重的不适感。利用聚四氟乙烯微孔膜材料与其他纺织面料复合后,可制作出既不妨碍人体排汛又能防止外部环境中的液材体和其他有害物质侵入的防护服面料,可用于多种涉及危害  速性物质的作业环境。也可以用聚四氟乙烯微孔膜做成防护手套以及防护鞋的衬里,极大地提高穿着舒适性,进而提高作业人员的工作效率。

智能纺织品

所谓智能纺织品是指对外界刺激具有感知能力并兼具反应能力的纺织品。通过现代纺织加工技术赋予纺织品一定的对外界环境感知和反应的能力,或者通过现代电子和材料技术与纺织品相结合,都可以制造出在安全生产和劳动保护领域有重大用途的智能纺织品。将聚乙二醇与各种纤维共混结合,可以使其具有热适应性与可逆收缩性。所谓  这热适应性,是赋予材料热记忆特征。由于在纤维上相邻多元醇螺旋结构问的氢键相互作用,温度升高时氢键解离,系统鱼于无序状态,大分子链弛豫吸热,表现为纤维吸热冷却;温度降低时氢键系统逐渐变为有序状态,纤维放热?赡  结缩性,是指形状记忆功能,湿态时纤维收缩,收缩率可达35%。干态时恢复到原始尺寸。用这种材料可以制作压力绷带,被血液浸湿时收缩,伤口处产生的压力会止血;干燥时  门—(绷带舒张,压力消除。这类医用材料可以用于安全生产的应急救援。

利用现代电子和传感技术可以开发出多种智能纺织品,用于职业安全防护领域。如一种有毒介质探测织物,通过将光导纤维传感器结合到织物中赋予其危害因素探测功能。当传感器接触到某些气体、电磁能、生物化学制荆或气体有毒介质时,会产生相应的报警信号,提醒暴露在危险环境  ,中的穿着者。这些智能纺织品可以制作消防人员、应急救援人员或有毒物质环境中工作人员的保护性服装。

纳米纺织材料

近年来,纳米材料的研究十分引入注目。由于表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应而导致纳米材料的电学、力学、电磁学、光学等性能产生巨大的变化,会产生特殊的性能。纳米材料和技术用于纺织品可以产生常规材料所不能带来的特殊防护功效,目前这项技术发展十分迅速,已经在生产实践中得到—定程度的应用。

利用纳米材料可以制作防紫外线的防护纺织材料。众所阼    周知,太阳光中紫外线可以对人体造成伤害。而纳米Ti02、Zn0,Si02,AlZ03,Fe203和纳米云母都有在280-400nm波段吸收、反射或散射紫外线的特性,而这恰好是容易对人体造成伤害的紫外波段。只要将少量纳米微粒复合到化学纤维中或用含有纳米微粒的整理剂对纤维或织物进行后整理,就甲甄用冒伺纲米微粒的整理剂对纤维或织物进行后整埋,肌业人员的劳动保护有着重要的意义。利用纳米技术可以对织物进行拒油拒水整理。通过特殊加工在纺织材料表面形成具有低表面能物质的纳米分子屏障,赋予材料防水、防油和防污染性液体沾染的能力。用这种织物制作的1作服具有优异的防污染性能,对于在油污环境中以及涉及有害液体或气体化学物质的环境中的作业人员,有着特殊的保护意义。

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