《高性能防護紡織品》ppt課件

1、1,高性能防護紡織品,天津工業(yè)大學張健飛,2,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,防護紡織品是指保護穿著者免遭惡劣環(huán)境因素造成傷亡，具有特殊功能的紡織品。它也可用于保護環(huán)境不受污染的場合，如潔凈室等。突發(fā)公共事件舉例： 1)1984年印度聯(lián)合碳化公司異氰酸甲酯泄漏，造成 17萬人急性中毒，7500人失明，2500人死亡； 2)1995年日本東京地鐵急性沙林中毒事件，造成 1000人中毒，12人死亡； 3)200

2、2年我國南京急性毒鼠強中毒，38人死亡； 4)2003年我國SAS的爆發(fā)；哈爾濱一家餐廳的人為火 災；韓國大邱市地鐵一號線發(fā)生的縱火災難； 5)2004年四川重慶天原氯堿廠氯氣泄漏。,3,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,由于防護紡織品功能多、應用廣，近年來發(fā)展十分迅速。據(jù)報道，從1995年～2005年，世界防護織物的年增長率為6.3％，世界防護服年銷售額增長率為8.5％。,4,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,1999年僅美國

3、防護和安全防護服裝銷售額達13億7千萬美元。2001年由于9.11事件及之后的一系列恐怖主義活動，美國對防核（輻射）、生物、化學（簡稱NBC）等的防護服的需求已從各種特種行業(yè)需要普及到家庭需要，因此，美國近年來防護服市場銷售量出現(xiàn)了激增。,5,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,一份近期IFAI（國際工業(yè)用紡織品協(xié)會）報告表明，在美國市場有超過16.72億平方米的防護服的市場需求，其中不包括醫(yī)用服和工業(yè)手套，這還是個保守的數(shù)字。據(jù)調(diào)查，

4、這個市場涉及65％非織造布，30％機織材料和5％針織材料。有人估計，在醫(yī)用領域，僅非織造布就需要消費108.7億平方米。統(tǒng)計表明，防護服工業(yè)領域正以平均每年6～10％的速度增長，一些特殊需求領域甚至以每年30％的速度增長。,6,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,根據(jù)人們遭受危害的情況，需要防護下述一種或多種情況：熱和各種輻射的危害；要求能防包括各種射線、核輻射等的防護?；瘜W品包括液體（霧劑）、氣體或粉塵的危害；要求不被化學品滲透或

5、腐蝕的防護，織物應完全封閉的防護服，以防有毒氣體的侵入。微生物和細菌的危害；要求抗菌的防護服。戰(zhàn)爭的危害；要求防彈服、低能見（偽裝）防護、防化、防彈頭盔等。其它危害的防護，如光擊、電擊、機械、極端環(huán)境的防護服等。,7,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,防護紡織品大致可分為：防彈沖擊、耐切割磨擦、阻燃耐熱性、防毒、防化學品、耐生化、耐極寒面料、抗靜電的導電面料、屏蔽電磁波、抗紫外線、防危險粉、遠視面料等12種，用途涵蓋交通運輸，工業(yè)材料

6、和體育等領域。,8,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,個體防護裝備是為防止或減少外來傷害，保護人體安全和健康的裝備，是應對突發(fā)公共事件重要的物質(zhì)保障（社會公眾稱之為勞保用品，現(xiàn)稱為個體防護裝備）。個體防護裝備包括：軍人防護裝備、勞動保護裝備、衛(wèi)生防護裝備、科考探險裝備（海洋探險服）、搶先救援救助裝備、日常工作生活防護裝備等。單兵防護用紡織品包括：核武器防護用紡織品、彈道防護紡織品、偽裝紡織品、生化防護紡織品、舒適性軍用紡織品、極端環(huán)境防

7、護用紡織品。作為防護紡織品，除要求具有特種功能外，還應考慮舒適、美觀、耐用、易保養(yǎng)、價廉等因素。,9,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,美國Dopont公司研發(fā)了大量高性能防護材料和裝備，在美國防護服市場占有高達80％的份額（這是因為它有能防御多種毒素的Tyvek纖維）；美國3M公司研發(fā)了呼吸系統(tǒng)防護裝備，水平很高，在抗擊SARS中發(fā)揮了重要作用；現(xiàn)在美國用ASTM和NFDA頒布的標準進行各種防護服的性能測試。,10,一、高性能防

8、護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,近30年來，防護紡織品在國際上已有重大進展，我國對防護紡織品，無論在理論研究、原料開發(fā)、材料加工及功能檢測方面均已取得突飛猛進的發(fā)展，但與國外防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀相比，仍存在不少差距，主要表現(xiàn)在：,11,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,1.一些單項功能特性的面料及材料尚不能滿足實際需求：防寒保暖性能，要在輕質(zhì)保暖材料開發(fā)方面趟出新路，除了靜態(tài)空氣微氣候區(qū)外，開發(fā)有機低分子常溫相變蓄熱材料，應予以必要的注意。吸汗、導濕、

9、快干、舒適性纖維原料，要跳出天然纖維，要把吸水、導濕、蒸發(fā)、快干有機統(tǒng)一起來研究，實現(xiàn)綜合要求。阻燃材料，近年來采用有機整理劑中，相當部分有致癌特征，且主要依靠進口的形勢不容樂觀。高性能纖維，高強、高模和超高強、超高模纖維工業(yè)化生產(chǎn)尚有較大困難。防靜電方法和理論研究尚待深入。,12,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,國際上飛機隱形用防電磁波材料生產(chǎn)有進展，但2GHz～9GHz波段吸收型防電磁波紡織材料尚待開發(fā)?？咕牧霞捌錂z測方法與

10、實際效果有差距。隱身服裝（迷彩服）在防中紅外領域、紅外夜視偵查部分尚有不足。防熱輻射、防激光材料應具有反射性、高或低吸收性、耐高溫性，高熱阻和防融滴等性能。2.多功能防護服，尤其是智能紡織品尚顯不足。3.專用防護服裝面料生產(chǎn)及其成衣制作的系統(tǒng)工程問題尚需解決。4.宇航服的系統(tǒng)設計研究工作尚有很大距離。,13,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,我國防護服市場需求預測及主要行業(yè)對防護服性能要求：,資料表明：冶金部門每年需隔熱、透氣、

11、柔軟FR防護服30萬套，消防部門每年需更換FR服10萬套。,14,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,中國主要行業(yè)對防護服的性能要求：,15,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,我國在特種功能防護服上，目前尚未制定統(tǒng)一的國家標準。通常，把特種作業(yè)人員穿用的服裝叫防護服；一般作業(yè)人員穿用的服裝叫工作服；表示工作性質(zhì)、職業(yè)、團體、階層的服裝叫職業(yè)服。特種功能防護服的研制屬于高新技術，它都是采用特種功能紡織品與其他制品研制成功的。它涉及到新材料、新工

12、藝、新能源、新技術等許多技術難點，因此特種功能防護服（或稱高功能防護服）均屬于高技術范疇。如高溫服、防火服、防護服、拒水拒油防護服、抗靜電工作服、防毒服、防化學腐蝕服、防電磁波、無塵服、醫(yī)用衛(wèi)生防護服、水上救生防護服、飛行服、防彈衣……等。,16,一、高性能防護紡織品發(fā)展現(xiàn)狀,隨著現(xiàn)代科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種危機人類生命安全與健康的災害也不斷增加，因此，研制各種防護紡織品，保障人類的安全與健康，是經(jīng)濟發(fā)展的需求。我國作為一個人口眾多的

13、大國，對防護紡織品的需求量更大，市場潛力很大，尤其是加入WTO后，為我國防護紡織品的發(fā)展提供了機遇，為高性能防護紡織品的開發(fā)提供了良好的條件。,17,二、熱防護紡織品Thermal Protective Textiles,1.熱防護的重要性熱防護紡織品是各類防護織物中應用最廣的品種之一，其作用主要是保護人體不受各種熱，如對流熱、傳導熱、輻射熱、熔融金屬濺射以及熱蒸汽或熱氣體的傷害。眾所周知，人體的皮膚對熱是非常敏感的，人體的皮膚

14、在44℃以上出現(xiàn)燒傷，最先發(fā)生創(chuàng)痛，形成一度燒傷，繼而起泡，出現(xiàn)2度燒傷。在55℃時，一度燒傷維持20秒，以后二度及三度燒傷相繼出現(xiàn)，在72℃時則完全燒焦。,18,二、熱防護紡織品,因此作為熱防護織物必須具有以下性能： 阻燃性——不燃燒，有阻燃性； 完整性——遇熱后織物不熔融、不收縮、不粉碎，保持完整，對人體起保護作用； 隔熱性——阻止熱的轉移，燃燒時無煤焦油等導熱液體的滴落； 拒液性——阻止油、溶劑、水及其他液體滲入織

15、物。熱防護織物的作用是在高溫條件下，織物不發(fā)生燃燒或有阻燃作用，以減少人體皮膚受熱的傷害，使人們在遭受火災后，有時間逃離現(xiàn)場或減少燒傷。,19,二、熱防護紡織品,2.紡織品的燃燒及阻燃 紡織品的燃燒是個復雜的過程，其全過程包括四個階段： 受 熱——熱量從火源傳遞至織物； 熱分解——纖維受熱至一定溫度后開始熱分解； 揮 發(fā)——纖維熱分解產(chǎn)物的擴散及對流。 氧 化——熱分解產(chǎn)物與大氣中的氧發(fā)生反應，產(chǎn)生的熱量

16、再返回到紡織品上，燃燒繼續(xù)。終止任何一個階段，都能使紡織品停止燃燒。,20,二、熱防護紡織品,紡織物燃燒的自持續(xù)性,反饋（回輸）機理,21,二、熱防護紡織品,停止紡織品燃燒的途徑： 移去熱或冷卻；提高纖維熱分解溫度，不產(chǎn)生揮發(fā)性產(chǎn)物；減少可燃性氣體的產(chǎn)生；隔絕氧氣供給或稀釋氧的濃度；避免可燃性分解產(chǎn)物在火焰中進行氧化自由基反應，并提高著火點溫度。,22,二、熱防護紡織品,根據(jù)以上原理，提高紡織品阻燃性有三種途徑：

17、阻燃整理、難燃纖維的應用、纖維的阻燃改性。常用于紡織品的阻燃劑可分為以下幾類：,23,二、熱防護紡織品,3.制作熱防護織物的纖維可用于制作熱防護紡織品的纖維一般是難燃纖維或經(jīng)阻燃改性的纖維。難燃纖維的種類很多，如：1962年美國杜邦公司開發(fā)的Nomex為間位芳香聚酰胺纖維；1972年日本帝人公司開發(fā)的Comex為間位芳香聚酰胺纖維；1970年杜邦公司開發(fā)的Kevlar為對位芳香聚酰胺纖維。,24,二、熱防護紡織品,由其

18、化學結構可知，雖不存在阻燃的磷和鹵素化學元素，但由于它們的化學結構穩(wěn)定，能耐高溫（分解溫度為430℃），受熱后不易分解出可燃性物質(zhì)，也不產(chǎn)生煙霧，僅發(fā)生炭化，因此可為穿者此類纖維制成的防護服的人提供足夠的時間以離開現(xiàn)場，同時可防止內(nèi)層衣服被點燃。但此類纖維價格昂貴，僅用于熱防護要求高的領域。,25,二、熱防護紡織品,Nomex LOI為28，具有較高的分解溫度，而且在高溫不會熔融，具有很好的熱穩(wěn)定性，在260℃連續(xù)使用1000小時后

19、，強度保持原強的65％，在304℃使用7天，保持原強50％，同時具有優(yōu)良的耐輻射性，在UV和γ射線照射下，無損其強力。除Nomex、Kevlar以外，PBI（聚苯并咪唑纖維）、Kermel（芳香聚酰亞胺耐高溫纖維）、預氧化PAN纖維（預氧化聚丙烯烷基碳纖維）的發(fā)展，為生產(chǎn)熱防護服提供了良好的基礎。,26,二、熱防護紡織品,近年來，無機纖維織物不斷開發(fā)，為熱防護纖維材料開辟了新的原料基地，如：玻璃纖維、氧化鋁纖維、石英纖維、碳化硅纖維、

20、氮化硼纖維、氮化硅纖維等，這類纖維可在1000℃的高溫下使用，氮化硼纖維在空氣中加熱至2000℃也不失重。除應用難燃纖維外，也可通過化學改性方法賦予纖維的阻燃性，如：瑞士Sandoze公司開發(fā)的Sandoflam 5060，是在粘膠紡絲液中加入阻燃劑（磷、鹵素、氮的化合物）而制得的，是對各種熔融金屬具有很好防護性的阻燃粘膠纖維。,27,二、熱防護紡織品,4.不同形式的熱防護熱防護的實質(zhì)是降低熱轉移速度，使外界的高熱較慢地轉移至皮膚

21、，熱轉移一般用每秒鐘通過單位面積的熱量（Kw/m2）來表示，熱轉移方式不同，防護的要求也有差異。熱轉移方式有傳導熱、對流熱和輻射熱三種。,28,二、熱防護紡織品,熱轉移方式有傳導熱、對流熱和輻射熱三種。,29,二、熱防護紡織品,1）傳導熱防護（Protection Against Conductive Heat)熱傳導防護常指對熔融金屬的防護。如：煉鋼防護服就需要有較好的防傳導熱性。傳導熱的防護效果常用一定量的熔融金屬濺至織物

22、，視織物后貼附的PVC薄膜（模擬皮膚）受損的情況來衡量。根據(jù)薄膜損壞情況分為七級：一級最優(yōu)，七級最差。實驗證明，織物對傳導熱防護性不僅決定于熔融金屬的重量，而且決定于熔融金屬的種類和織物結構。,30,二、熱防護紡織品,羊毛織物由于對熔融金屬有好的脫落性和隔熱性，因此對所有的熔融金屬均有較好的防護性。羊毛織物對熔融金屬的防護性 注：熔融金屬量均為300ml； 一級防護效果最佳，七級防護效

23、果最差。由表可知，對鋁、鎂熔融金屬，輕薄的羊毛織物即有防護作用。,31,二、熱防護紡織品,Banisek等研究了纖維類型、織物結構對熔融鋁的防護作用后指出，對傳導熱防護織物必須是： 非熱塑性的，而且熱傳導率低； 受熱后應完全炭化，以起隔熱作用； 織物表面光滑，以減少熔融金屬被截留于纖維或紗線空隙間； 隨著織物重量和密度的增加，織物能承受熔融金屬的重量也應有所增加。他們認為經(jīng)鈦鋯絡合物阻燃整理后

24、的羊毛織物——Zirpro wool能滿足以上要求。值得注意的是芳香聚酰胺、石棉纖維和玻璃纖維等織物都有很高的耐熱性。但由于它們的熱傳導率高，而且芳香聚酰胺纖維在高于315℃時即發(fā)生軟化，導致在纖維間能截留較多的金屬，因此不宜作為傳導熱的防護織物。,32,二、熱防護紡織品,2）對流熱防護（Protection Against Convective Heat)對流熱防護是指對火焰熱的防護。Benisek等人在研究了一系列不同織物對火

25、焰熱的轉移后指出，由機織物外層和疏松針織物內(nèi)層組合而制成的防護服具有最佳的防火、防熱效果。實驗證明，用阻燃的羊毛斜紋織物和阻燃的羊毛羅紋針織物組合的雙層織物與未組合的平紋阻燃羊毛織物相比，在1200℃火焰中，達到造成疼痛和二度燒傷所需的時間大大延長了，這可能與疏松的羅紋針織物能截留較多空氣有關。,33,34,二、熱防護紡織品,以各種阻燃織物作為外層與同樣的阻燃羊毛羅紋針織物內(nèi)層組合而成的織物，它們的對流熱防護性能以下列次序遞減：

26、 Zirpro羊毛織物＞85/15羊毛/玻纖織物 ＞芳香聚酰胺纖維織物＞阻燃棉織物,35,二、熱防護紡織品,3）輻射熱防護（Protection Against Radiant Heat)由于鋁有較好的反射性和傳熱性，因此用于對輻射熱防護的織物主要是鍍鋁織物。Simms等人指出，在靜止空氣中，暴露于輻射熱環(huán)境中的鍍鋁織物的表面溫度僅為相同的未鍍鋁織物的一半。鍍鋁織物的防輻射熱性能還與織物密度有關。纖維相同，

27、織物重量相同和鍍鋁工藝相同的兩塊織物，由于其密度不同，表現(xiàn)出不同的防輻射熱性。密度低的織物（厚度大）比密度高的織物（厚度?。┯休^好的防輻射熱性，這與前者能截留較多熱傳導率較低的空氣有關。,36,二、熱防護紡織品,輻射熱的傳遞,37,38,二、熱防護紡織品,常見的用于經(jīng)常接近熱金屬領域工作人員的熱防護服是由鋁涂層材料制成，可接近火焰，由鋁涂層反射90％熱射線，這種服裝在機場和消防部門工作在高溫輻射源周圍（如熔融金屬和金屬鑄造）的工作人員是

28、要求必須穿的。值得注意的是，鍍鋁織物對輻射熱有好的防護作用，但對對流熱的防護作用并不好，因此只宜制作熔爐工防護服和遠距離滅火服，而不宜制作直接滅火服。,39,二、熱防護紡織品,5.熱防護織物舉例根據(jù)工種不同，熱防護要求也各有側重，如：消防服應重點對輻射熱和對流熱的防護性，煉鋼服則以對輻射熱和傳導熱的防護為主。目前常用的熱防護織物大多是紡織性能良好的有機纖維織物，如：阻燃的棉織物和毛織物、芳香聚酰胺纖維織物等。這類織物置于火焰

29、中，雖不傳播火焰，但當溫度升高到250℃以上時發(fā)生炭化，溫度升高到400～500℃時，炭緩緩氧化。,40,二、熱防護紡織品,即使那些對火焰和熱有最好防護作用的織物，如：芳香聚酰胺纖維織物，加熱到900℃時，只能存在數(shù)分鐘。唯有那些硅類、鋁類的無機纖維才對火焰和熱具有較好的防護性，有的甚至在1100℃高溫下還能存在一定時間，但這些纖維結構昂貴，且比重和模量較高，可紡性差，不適用于制作防護織物。因此還需要開發(fā)一種在正常溫度下具有較好的紡

30、織性能，而且在火焰和高溫下能經(jīng)受一定時間的防護織物。,41,二、熱防護紡織品,1）響應型熱防護織物（responsive heat Barrier Fabrics）近年來，美國科學家Horrocks等開發(fā)了一種新型的熱防護織物——響應型熱防護服。該織物以阻燃纖維織物作為面層，用在其中散布了膨脹材料的非織造布作芯層。當溫度升高到500℃時，芯層內(nèi)膨脹物受熱炭化并產(chǎn)生膨脹力，使織物體積厚度增加，而織物整體仍保持完整和柔性。溫度升高到50

31、0℃以上，炭緩慢氧化并留下無機纖維殘渣。在高溫下長時間加熱或溫度升至1000℃以上，所有的炭完全氧化。由于無機殘留物的存在，能保持原有織物厚度，因而仍具有熱防護性，通過改變復合織物的結構可改變織物對熱的響應程度。,42,二、熱防護紡織品,43,二、熱防護紡織品,上圖說明響應型熱防護織物的芯層為布滿了膨脹劑的非織造布，面織物和背織物均為阻燃織物，它們對芯層起機械保護作用，同時賦予織物美觀，芯層是由Visil纖維（Kemira Fibers

32、 Finland）構成的針刺非織造布。Visil纖維是由纖維素和硅鋁酸鹽（含33％）的混合物組成的耐高溫阻燃粘膠纖維（由傳統(tǒng)粘膠經(jīng)兩相再生變性工藝制得），其結構中既有有機組分，又有無機組分，在高溫下該纖維炭化，同時形成硅。與其他阻燃纖維相比較，Visil纖維不產(chǎn)生有毒氣體，如：鹵化氫、鹵素氣體等，只發(fā)出少量的煙，同時釋放出CO2；在高溫火焰下不變形、不熔融，能防止火焰擴散。,44,二、熱防護紡織品,芯層膨脹物為聚磷酸銨（Ammoni

33、um Polyphosphate）。實驗證明，隨著纖維網(wǎng)上膨脹物含量的增加，織物的熱防護性提高，將織物置于500℃環(huán)境中10分鐘，織物厚度增加，提供了柔性的熱屏蔽物，超過500℃，由于炭發(fā)生緩慢氧化，織物厚度減小，一旦溫度達到1000℃甚至以上，所有的炭均氧化，無機硅組分仍能使織物保持原有厚度，繼續(xù)給予熱屏蔽性。,45,二、熱防護紡織品,上表說明了該織物的熱釋放性，并與克重為280g/m2的80％碳纖維/20％芳綸機織物進行比較，數(shù)

34、據(jù)說明隨著纖維網(wǎng)中膨脹物含量的增加，熱釋放率明顯下降。按美國波音公司規(guī)定，用于飛機內(nèi)部的任何材料，其最大釋放率應低于65Kw/m2，那么上表中所有的織物均能滿足此要求。因此，如果其他性能可接受的話，這是一種可用于飛機內(nèi)材料的熱防護織物。,46,二、熱防護紡織品,2）防熱輻射玻璃纖維復合織物該織物系由耐高溫的玻璃纖維織物和阻燃棉織物通過焰熔層壓或粘合層壓而成的新型熱防護織物。焰熔層壓是將PU泡沫塑料（柔性）薄片經(jīng)火焰灼燒后發(fā)生熔融裂

35、解產(chǎn)生粘性物質(zhì)將不同織物層壓在一起成為復合織物。粘合層壓是利用粘合劑將兩種織物層壓在一起成為復合織物。,47,粘合層壓復合織物性能,48,粘合層壓織物的防熱輻射性能,實驗證明該織物對傳導熱、輻射熱和對流熱均有較好的防護作用。,49,二、熱防護紡織品,近年，日本帝人公司開發(fā)并銷售熔融金屬防護服，該防護服通過多層重疊耐高溫的芳香聚酰胺（芳綸）和碳系熔融金屬防護材料，獲得了高度的隔斷性，它在接觸1300℃的熔融金屬后，5秒鐘后溫度上升5℃以

36、下，10秒鐘后溫度上升30℃以下，一套熔融金屬防護服售價為20萬日元。,50,二、熱防護紡織品,對穿著者而言，防護服的熱學舒適感非常重要，在外界高溫高濕條件下，汗汽蒸發(fā)仍是一大問題，因此，為改進舒適感，防護服裝的水汽滲透性應該很好。在高熱防護領域需要考慮的一個重要問題是熱壓問題，每年都有許多防火人員死于由于熱壓導致的心臟病等而不是由于被火燒而直接致死。在提高防護水平的同時，保證良好的濕氣傳輸功能的防護服是比較理想的產(chǎn)品。,51,三、

37、惡劣天氣防護織物 Foul－weather Protecting Fabrics,戶外人員的防護服要求具有惡劣氣候防護功能，如：極熱、極冷、干或濕的環(huán)境氣候條件下，使穿者感到舒適、滿意。惡劣天氣防護服又稱全天候防護服，應具有防雨雪、防風、透濕的功能。1986年Wood等人研究了在－1℃～24℃氣候下騎摩托車時，服裝的厚度與體溫下降的關系后指出，氣溫在5℃時，摩托車手若不穿鎧裝以及汗水不在衣服內(nèi)積累的情況下，要保持體溫，則需在防風

38、外套內(nèi)穿著平均厚度為20mm的衣服。,52,三、惡劣天氣防護織物,為減輕防護服的重量，人民在輕薄織物上涂PVC、PU或其他合成橡膠，以達到防水的目的，同時使透風性降低，但由于透濕性差，汗水易在衣服內(nèi)層積累，引起不適感。為克服此缺點，一種會呼吸的織物應運而生。所謂惡劣天氣防護服，即為用防水透濕織物（water proofing vapour permeable fabric）制成的防護服。防水透濕織物是指具有使水滴不能滲入織物，而人體

39、散發(fā)的汗汽能通過織物擴散或傳遞到外界，而不致在衣服和皮膚間積累或冷凝的功能性織物。,53,三、惡劣天氣防護織物,防水透濕織物的應用,54,三、惡劣天氣防護織物,防水透濕織物的設計與紡織品轉移水蒸氣及液態(tài)水的機理密切相關，主要有三種機理：利用孔隙自然擴散機理設計具有防水透濕功能的高密織物；利用微孔機理設計的微孔膜防水透濕涂層（層壓）織物；利用高分子間“孔”和親水基團透濕機理設計的無孔膜防水透濕織物。,55,三、惡劣天氣防護織物,1

40、.利用孔隙自然擴散機理設計具有防水透濕功能的高密織物: 開孔率不變，孔徑越大，阻力增大，透濕下降； 孔徑不變，開孔率越高，阻力越小，透濕升高；,氣體擴散阻力R =T — 織物厚度 B — 開孔率 d — 孔徑,56,三、惡劣天氣防護織物,1）Ventile高密織物：棉紗織成250～280根/吋的高密織物，其透濕量可達7000g/m2·24hr，耐靜水壓達700cm

41、水柱，主要用于海灘救護服、手術服等。隨著超細纖維的發(fā)展，利用超細纖維織成高密織物，不需涂層或?qū)訅?，只需作輕度拒水整理，即可獲得優(yōu)異的防水透濕和防風性能。,57,三、惡劣天氣防護織物,2）日本鐘紡公司Savina DP超高收縮高密織物：緯紗：30％尼龍和70％滌綸的超細復合纖維經(jīng)紗：75D/72根的普通滌綸絲 織成高密織物 緯向收縮40％ 成為更密實的織物纖維間孔徑可控制在7μm，單絲細度

42、＜0.2D，密度達68580根/吋2,透濕量5000～7000g/m2·24hr，耐靜水壓700cm以上，兼具有保暖性和伸縮性。,熱處理化學處理,,,58,三、惡劣天氣防護織物,3）德國Hoechst公司Trevira Finasse防水透濕超細聚酯高密織物：緯紗長絲細度＜1.4 dtex，緯紗長絲細度＜0.7 dtex； 經(jīng)密為4800根/cm，緯密為7680根/cm；經(jīng)氟化物拒水整理，最后成品的孔徑為雨滴的1/3

43、000；透濕達20～40×10³ g/m²·24hr；耐靜水壓50cm水柱（一般織物防水達20cm水柱，防水涂層織物達80cm水柱）；淋雨實驗表明，在人工雨淋5hr，織物仍保持干燥，水呈珠狀滾落而不沾織物，耐洗5次。,59,三、惡劣天氣防護織物,根據(jù)自然擴散機理，必須選用高密織物，最好是親水性纖維，用高密織物制成的防水透濕織物透濕性好，柔軟，懸垂性好。但此類織物的耐靜水壓稍低，一般小于1

44、m水柱；織物撕強低，耐磨性較差，僅用于一般要求不高的場合。此類織物紡紗工藝要求高，織造時斷頭高，次品率高。,60,三、惡劣天氣防護織物,2）利用微孔機理設計的微孔膜防水透濕涂層（層壓）織物：微孔膜透濕原理： 水珠尺寸：大雨滴 3000 微米 雨 滴 2000 微米 細雨滴 500 微米 霧 滴 100 微米 水汽尺寸

45、： 0.0004 微米 微孔尺寸： 0.2 微米 透濕率Wvt＝ B↑，d↓，Wvt↑ T — 薄膜厚度 B — 開孔率 d — 孔徑 A —常數(shù),61,三、惡劣天氣防護織物,Gore－Tex微孔膜織物：Gore－Tex是目前市場上最好的防水透濕織物，由美國Gore公司生產(chǎn)，占據(jù)絕大部分市場。結構為PT

46、FE（聚四氟乙烯）微孔膜與織物復合而成。每平方英寸微孔膜具有90億個微孔；膜厚25μm；開孔率>82%，透濕量5000g/m²·24hr，耐靜水壓100cm以上?？讖綖?.2～5μm，介于霧滴（100μm）與水汽分子（≤0.0004μm）尺寸之間，為霧滴直徑的1/5000～1/20000，而又比水汽分子尺寸大700倍左右，因此水滴不能進入織物，而人體散發(fā)的汗液則能通過，從而起防水透濕作用。若將PTFE膜夾

47、在兩層織物中間，可克服微孔膜易遭污染等缺點，并賦予防風保暖性。,62,三、惡劣天氣防護織物,63,防水透氣運動服,涂層、微孔薄膜復合織物微孔：比水滴小，比水汽分子大,64,三、惡劣天氣防護織物,2000年Gore公司又開發(fā)了Gore-Tex Airlock會呼吸織物和Gore-Tex Antistatic會呼吸織物。前者將含有泡沫化的硅材料按點接觸方式應用于纖維并固著于微孔膜，此點有數(shù)毫米高，能在面結構（阻燃）和內(nèi)層織物間形成

48、空氣墊，起隔熱作用。用其制作消防服，具有透濕、防水、快干及隔熱功能。后者將導電納米微粒固著于Gore-Tex膜上，在膜上形成導電網(wǎng)絡，此網(wǎng)絡的密度比一般的導電網(wǎng)密度大10萬倍，此均勻的結構能易于將電荷分散，防止電荷積累引起靜電，該織物用以制作服裝，具有防水透濕、抗靜電、舒適等功能。,65,三、惡劣天氣防護織物,Gore-Tex 材料的不足之處：需要特殊設備：特殊制膜設備，投資大，難度高；原料成本高：特殊聚四氟乙烯粉料；技術要求

49、高：微孔的控制，膜的強度，粘合工藝等。,66,三、惡劣天氣防護織物,3）利用高分子間“孔”和親水基團透濕機理設計的無孔膜防水透濕織物：無孔膜透濕原理：高分子涂層劑在Tg以上時，大分子鏈段開始運動，鏈段運動的空間，構成了“孔”，這些孔允許水分子通過，但其透濕量遠達不到要求。設計一種嵌段共聚物，即在大分子鏈上引入親水性鏈段，通過親水性鏈段上的親水基，按“吸附－擴散－解吸”的方式將水汽分子由高濕度側傳遞到低濕度一側，從而達到透濕的目的。由

50、于涂層膜無孔，因而兼有優(yōu)良的防風性。,67,三、惡劣天氣防護織物,透濕率Wvt= D·S D－擴散系數(shù) S－溶解度參數(shù) D·S －透濕系數(shù) P1-P2 －膜兩側水蒸汽分壓差吸附 —擴散— 解吸附水分子擴散：自由體積模型,68,三、惡劣天氣防護織物,德國Akzo公司Sympatex為親水型聚酯無孔膜（15μm 厚）與織物層壓在一起（兩層或三層）。透

51、濕量：2500 g/m²·24hr；耐靜水壓：10米水柱（1bar）。英國Baxanden公司W(wǎng)ilcoflex Staycool為涂層的防水透濕織物。透濕量：2500～8000 g/m²·24hr（基布為尼龍） 3500～10000 g/m²·24hr（基布為T/C織物）耐靜水壓：150cm水柱適用于運動服面料。,69,三、惡劣天氣防護織物,日

52、本小松精練公司將絲綢服裝裁剪余料回收，水解成蛋白粉末并與PU樹脂調(diào)配，研制出防水透濕織物Proteintex，并已開始銷售，該織物有三種類型：涂層型：同時具有防水透濕及防風性的高感性織物，耐水壓500mm水柱以上，透濕性達8000g/m2·24hr以上。層壓型：將有彈性的絲蛋白調(diào)配無孔PU膜而形成的層壓防水透濕織物，耐水壓在10000mm水柱以上，透濕量高達10000g/m2·24hr。熱復合型：三層織物組成，

53、表面織物＋具有彈性的絲蛋白調(diào)配的防水透濕無孔PU膜＋里織物復合而成，除具有低結露、高透濕、高防水性能外，在耐水壓、輕、薄等性能方面也很顯著。,70,三、惡劣天氣防護織物,利用無孔膜制取的防水透濕織物可采用直接涂層或轉移涂層法，加工工藝簡單，透濕性優(yōu)。由于聚乙二醇（PEG）熔點低，熔融值高，具有特殊的熱溶性。即當其處于高溫時，能吸收熱能，儲存能量；當環(huán)境溫度降低時，則能釋放熱能。利用PEG的熱溶性性能，有人提出將PEG與二異氰酸酯、E

54、G（二甘醇）等反應合成PU嵌段共聚物，作為涂層劑應用于織物，不僅可獲得防水透濕及防風性，而且可充分利用大分子量的PEG的高熱溶性，使織物具有熱調(diào)節(jié)功能，用以制作滑雪服、隔熱服等，運用于各種氣候條件下穿著，可望有廣闊的應用前景。,71,三、惡劣天氣防護織物,注意：透濕、防水不能兼得最高值，應視用途需要而定；近期開發(fā)的溫敏性PU，可用于制造智能型防水透濕織物；通過對不同可呼吸織物的評估說明，雨對織物的透濕性有很大影響，有些織物由于雨水

55、堵塞了微孔，使透濕性變差；然而，有些織物由于下雨，氣溫下降，是織物內(nèi)、外蒸汽壓差變大，而使透濕性增加，對疏水性的層壓織物尤為如此。,72,四、極冷環(huán)境防護織物Protective Fabric Form Extreme Cold,眾所周知，每個人對環(huán)境的冷、熱均有一定的承受能力，且多不相同，但對冷、熱能承受的程度是有限的，超過某一限度，人們就不能承受。通常人在靜止狀態(tài)，并感到熱舒適時，皮膚的平均溫度均在33℃，此時產(chǎn)生的新陳代謝熱為

56、150W。在寒冷條件下，人體肌肉通過活動或顫抖產(chǎn)生熱量以平衡溫度差，此時供給皮膚的血液的量減少，從而產(chǎn)生隔熱層。如果在同樣的低溫，而且處潮濕狀態(tài)，那么會感到更冷，這是因為水的熱傳導率在相同溫度下是干燥空氣的25倍，從而使對流熱損失更大，當海拔較高時，高度越高、環(huán)境溫度越低，問題更為嚴重。,73,四、極冷環(huán)境防護織物,美國軍隊環(huán)境醫(yī)學研究所（U.S. Army Research Institute of Environmental M

57、edicine）研究人們對冷暖的感覺后指出：風速為2-32m/s時人們對冷暖的感覺為：,溫度（℃） 感覺 32 熱 28 愉快 22 涼 16 很涼 10 冷 5 很冷 0

58、 酷冷 －5 人體外露部分凍僵 (不宜旅行和在棚內(nèi)暫住) －24 面部外露部分一分鐘內(nèi)凍僵 (在棚內(nèi)暫住危險) －32 面部外露部分半分鐘內(nèi)凍僵,74,四、極冷環(huán)境防護織物,冷風風速對人體外露部分的影響,75,四、極冷環(huán)境防護織物,1.影響織物極冷環(huán)境防護性的因素對個體而言，在冷的環(huán)境下的防護決定于

59、以下因素：1）新陳代謝熱（Motabolic Heat）人體的參數(shù)和活動決定了新陳代謝產(chǎn)生的熱量，休息時，產(chǎn)生的熱量最低，繁重工作時產(chǎn)生的熱量最大。一名體重為70kg，年齡在18-30歲的青年人，不同狀態(tài)下產(chǎn)生的熱量如下： 休息或睡眠 60 Kcal/hr 站崗 250 Kcal/hr 巡邏 425 Kcal/hr 重體

60、力勞動 450 Kcal/hr因此設計極冷防護服，應以最低活動量，即休息或睡眠的情況來考慮。,76,四、極冷環(huán)境防護織物,2）冷風（Wind Chill）冷風寒冷程度取決于風速和風溫。氣溫低時，冷風影響極大，80％的熱量損失是由于冷風作用所致。通常用冷風因素——大氣冷卻力來表示冷風的作用。 ——Siple Passel公式 其中

61、： KO — 大氣的冷卻力（Kcal/m2·hr）； V — 風速（m/s） 33 — 靜止狀態(tài)下皮膚的溫度； Ta — 空氣溫度（℃ ） 一般認為，不同KO時，人體感覺如下： KO 感覺 1000 很冷

62、 1200 酷冷 1400 人體裸露部分在20分鐘內(nèi)凍僵 1800 人體裸露部分在10分鐘內(nèi)凍僵 2400 人體裸露部分在1分鐘內(nèi)凍僵,77,四、極冷環(huán)境防護織物,3）隔熱性（保暖性）（Thermal Insulation）織物的隔熱性決定了對冷

63、的防護性。通常以對流熱通過織物后，織物兩面溫度差和熱流速度之比來表示織物的隔熱性。隔熱性 R＝(T1－T2)/H其中T1、T2分別為織物正反兩個表面的溫度；H為單位時間通過單位織物表面積的熱流。,78,四、極冷環(huán)境防護織物,纖維為熱的不良導體，然而空氣的熱傳導率比纖維更小，大約為棉花的1/3，羊毛和腈綸的1/2。 材料 導熱系數(shù) 棉 0.071～0.073

64、 羊毛 0.052～0.055 尼龍 0.244～0.337 滌綸 0.084 腈綸 0.051 丙綸 0.221～0.302 空氣 0.027 水 0.697,79,四、極冷環(huán)境防護織物,空氣的隔熱性最好，

65、其絕熱性可以下式計算： IA＝(TC－TA)/H 其中： IA ——空氣絕熱性 TC ——織物表面溫度 TA ——空氣溫度 H ——通過織物的熱流量,80,四、極冷環(huán)境防護織物,保暖的機理在于，材料所固定的相當量的靜止空氣產(chǎn)生的隔熱作用，材料及其聚集狀態(tài)固定空氣的能力越強，材料就越保暖。棉花、羽絨和化纖等的保暖性

66、之所以有差異，主要是由于它們的聚集狀態(tài)和組織結構，在動態(tài)條件下能關鎖空氣能力的大小造成的。實驗表明，材料的保暖性跟它所固定的靜止空氣層的厚度密切相關，材料越厚，其內(nèi)部靜止空氣越多，它的保暖性也越好。,81,四、極冷環(huán)境防護織物,對一定重量的保暖材料而言，體積密度適當才會有好的保暖性，材料體積密度過大，它所固定的靜止空氣越少，傳導熱流增加，會降低材料的保暖性，材料體積密度過小，其集合體中的空氣易形成對流，也會降低保暖性。通常認為絮片

67、體積密度為0.03～0.06g/cm3保暖性最佳，服裝保暖材料最適的體積密度為0.032～0.08g/cm3。一般而言，服裝間空隙增加，由于易發(fā)生空氣對流，使隔熱性下降。為得到較好的隔熱性，織物應具有低的壓縮性和高的回彈性，以使織物內(nèi)貯存較多靜止的空氣，以提高織物的隔熱性（保暖性）。,82,四、極冷環(huán)境防護織物,4）透氣性（Air Permeability）織物的交織點間能貯存空氣，而空氣對織物的保暖性、抗風性和防雨性均有重要的影

68、響。一般透氣性好的織物比透氣性差的織物穿著舒適，但織物結構開放過多會使冷風效應增強。,83,四、極冷環(huán)境防護織物,5）透濕性（Moisture Vapour Transmission）織物的透濕性是穿著者舒適性的重要因素。冬天由于皮膚出的汗可能冷凝成液態(tài)水，當汗水移向織物外表面時，常因寒冷而凍成冰，若汗汽不冷凝成液態(tài)，那么汗汽貯存在織物內(nèi)會影響穿著者舒適性。通過增加織物內(nèi)孔徑，可增加透濕性，而減少孔徑，又有利于毛細效應，則可

69、增加液態(tài)水的傳遞速率。不論增加透濕性或提高水的傳遞速率，均有利于水向織物外遷移。水的導熱系數(shù)是空氣的25倍，服裝內(nèi)聚集水汽或汗液，使導熱性增加，保暖性下降。,84,四、極冷環(huán)境防護織物,2.極冷環(huán)境防護織物舉例防寒服一般指在氣溫－10℃～－40℃且有大風的環(huán)境下，能維持人體正常生理指標的服裝。過冷防寒服要求產(chǎn)品有較高的隔熱性（絕緣性）、較小的體積、好的舒適性和運動靈活性。靜止空氣是熱的不良導體，此外最好的絕緣介質(zhì)也可用絨