1引言

隨著工業(yè)的飛速發(fā)展,人們在工作、生活中面臨越來越多的威脅,如水、火、靜電、 放射源、毒劑、病毒等,為了抵御這些威脅,減少不必要的損失,人們曾運用各種防護(hù)裝備,防護(hù)服便是其中重要的一種。作為保護(hù)人體安全的必備用品,防護(hù)服應(yīng) 具備一定的安全性、功能性、美觀性和舒適性,不僅能有效地保護(hù)作業(yè)人員免受“惡劣”環(huán)境的危害,還能突出體現(xiàn)高新科技的應(yīng)用。近年來,科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展, 人們的自我防護(hù)意識越來越強(qiáng),對紡織品的安全防護(hù)性能提出了更高的要求,從主觀上和客觀上推動了功能性防護(hù)紡織品的發(fā)展。

2國內(nèi)外研發(fā)現(xiàn)狀

2.1國際現(xiàn)狀

近 幾年來,國際上防護(hù)紡織品的研究和開發(fā)技術(shù)發(fā)展非常迅速,已成為勞動防護(hù)中一個十分活躍的分支。隨著高分子材料的不斷開發(fā),功能性防護(hù)服的品種和應(yīng)用領(lǐng)域 逐漸擴(kuò)大,防毒服、防蟲服、防紅外服、防切割服、致冷服、宇航服等不斷問世,并且具有多種功能的防護(hù)服也陸續(xù)開發(fā)成功;高性能多功能防護(hù)紡織品及新型加工 工藝不斷涌現(xiàn),Nomex、Basofi1、Kerme1、PBI等高性能纖維純紡及混紡耐高溫阻燃防護(hù)服已推向市場;有關(guān)防護(hù)紡織品的國際性學(xué)術(shù)會議頻 繁舉行;防護(hù)服學(xué)術(shù)團(tuán)體和標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)不斷增多,新標(biāo)準(zhǔn)不斷制訂,目前國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(IS0)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEX)、美國材料與試驗協(xié)會 (ASTM)等機(jī)構(gòu)都設(shè)有防護(hù)服專業(yè)委員會或分委員會。

2.2國內(nèi)現(xiàn)狀

我國具有特種功能的防護(hù)服 起步較晚,發(fā)展中遇到了種種困難。80年代中期至90年代初期,防護(hù)服的研究開發(fā)才逐漸活躍,1991年“全國防護(hù)服研究會”的籌建,對防護(hù)服技術(shù)的交流 與推廣起了推動作用;90年代至今,我國系列裝的防護(hù)服有幾十個品種,并廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),而且研究開發(fā)了高性能纖維,如芳綸1313及芳綸1414等 纖維己開始工業(yè)化生產(chǎn),多功能復(fù)合的防護(hù)服己在不同行業(yè)穿用,如抗靜電抗菌防毒防護(hù)服、阻燃抗油拒水防酸防護(hù)服等。各種防護(hù)服的國標(biāo)、行標(biāo)和地方標(biāo)準(zhǔn)不斷 完善、監(jiān)督檢查機(jī)構(gòu)也日趨健全。目前,我國雖有防護(hù)服相關(guān)技術(shù)的研究及產(chǎn)品生產(chǎn),但與國外發(fā)達(dá)國家相比,尚存在一定差距,防護(hù)服在多功能復(fù)合、防護(hù)性與舒 適性協(xié)調(diào)等方面還存在一些問題,防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)及評價測試手段將有待完善。

3功能性防護(hù)紡織品的分類

功能性防護(hù)紡織品具有抗紫外線、防輻射、阻燃、耐高溫、抗油、防酸、防靜電、防惡劣氣候等功能,為危險環(huán)境的工作人員提供安全防護(hù),以避兔生命財產(chǎn)的巨大損失。其具體分類如下:

3.1按防護(hù)對象分類

根 據(jù)防護(hù)對象的不同,功能防護(hù)紡織品可分為一般作業(yè)和特殊作業(yè)用防護(hù)紡織品。一般作業(yè)防護(hù)紡織品是指在一般工作環(huán)境下為防污、防機(jī)械磨損、防絞碾等普通傷害 而穿用的紡織品,如防護(hù)手套、護(hù)袖、護(hù)腿等,可為機(jī)械加工領(lǐng)域的工作人員提供安全保護(hù)。一般作業(yè)防護(hù)服面料可供選擇的范圍比較廣,不同檔次的純棉、化纖、 混紡織物等均適宜制作。特殊作業(yè)防護(hù)紡織品適用于直接危及勞動者安全健康的工作環(huán)境,能避免和減輕職業(yè)危害,其專用性較強(qiáng),采用的面料必須符合國家及行業(yè) 特種防護(hù)功能的技術(shù)要求,主要應(yīng)用于化工、冶金、石油、電子、消防等領(lǐng)域。

3.2按應(yīng)用領(lǐng)域分類

按 照應(yīng)用領(lǐng)域來劃分,功能防護(hù)紡織品又可分為公共事業(yè)用、軍事用、醫(yī)療衛(wèi)生用、休閑運動用、工業(yè)用、建筑業(yè)用、農(nóng)業(yè)用等幾大類。公共事業(yè)用紡織品如公交防護(hù) 服大多采用回歸反光材料和光致發(fā)光材料,增加物體(人、道路等)的醒目程度,以避免事故的發(fā)生;軍用防護(hù)紡織品可分為防彈衣、防核服、防生化服、偽裝服, 其作用是大限度地幫助士兵有效地抵御、防范和抗擊惡劣的氣候條件及常規(guī)、生物和化學(xué)戰(zhàn)爭,據(jù)資料介紹,具有多功能防生化及有害氣體的防護(hù)服己問世;目前 醫(yī)用防護(hù)紡織品用量較大,要求穿著舒適、操作方便、安全、防毒、防菌、耐磨、抗撕裂,還要防意外切割、免除水洗、減少手術(shù)感染等功能。美國戈爾公司的外科 隔離膜類Crosstech EMS織物,既能阻止血液、體液和病毒滲透,又具有透氣性和舒適性。郝新敏等人研制了PTFE復(fù)合膜“非典”防護(hù)服,具有耐久的隔離病毒、防血液滲透、防 靜電、防水、防油、抗菌、透濕等多功能性;休閑和運動用防護(hù)紡織品主要指摩托車手、登山者、滑雪者、溜冰者等所穿著的防護(hù)服,如美國Dow Corning公司研發(fā)了一種積極防護(hù)系統(tǒng)紡織品,不僅有效保護(hù)人體免受傷害,還具備透氣性、柔韌性、靈活性、輕便性、易護(hù)理性等優(yōu)點。

3.3按防護(hù)功能分類

防 護(hù)紡織品的功能是針對特殊的作業(yè)環(huán)境而設(shè)計的,這些環(huán)境因素大致可以分為物理因素(高溫、低溫、風(fēng)、雨、水、火、粉塵、靜電、放射源等)、化學(xué)因素(毒 劑、油污、酸、堿等)、生物因素(昆蟲、細(xì)菌、病毒等)。防護(hù)紡織品按功能分類主要有:阻燃隔熱、化學(xué)防護(hù)、防靜電、防水透濕、輻射防護(hù)、防寒保暖、防紫 外線、防蚊蟲、抗菌防臭、拒油防污等各種功能織物。

4主要防護(hù)紡織品的研究動態(tài)

4.1阻燃紡織品

阻 燃紡織品是指在接觸火焰或熾熱物體后,能防止本身被點燃或可減緩并終止燃燒的勞動防護(hù)織物,適用于在明火、散發(fā)火花或熔融金屬附近操作,或在有易燃、易爆 物質(zhì)、有著火危險的環(huán)境中作業(yè)。阻燃織物主要通過兩種方法獲得:一種是對紡織品進(jìn)行化學(xué)改性或阻燃后處理,該方法成本低,但阻燃性一般隨著使用年限和洗滌 次數(shù)的增加而逐漸降低或消失,如Yang H等人用含羥基功能性有機(jī)磷低聚物對尼龍/棉混紡織物整理,獲得較高的阻燃性;另一種方法是直接生產(chǎn)阻燃纖維或用耐高溫阻燃纖維制成的織物,具有永久阻燃 性。高性能阻燃纖維主要有PBI、Nomex、Kerme1、芳砜綸、酚醛纖維、三聚氰胺纖維等。瑞士、美國采用C.P法生產(chǎn)的阻燃布達(dá)到較理想效果,我 國從英國引進(jìn)PR0BAN生產(chǎn)的純棉織物阻燃性能較好,無熔融滴落現(xiàn)象。近,蘭精公司采用莫代爾工藝,將阻燃介質(zhì)永久地植于纖維內(nèi)部,生產(chǎn)了一種持久穩(wěn) 定的親膚熱防護(hù)纖維,并具有良好的濕氣傳導(dǎo)功能。

4.2化學(xué)防護(hù)紡織品

化 學(xué)防護(hù)紡織品能夠防止毒性、腐蝕性、可燃性、反應(yīng)性等危險性化學(xué)品引起傷害,一般采用涂層或?qū)訅簭?fù)合的方法,在織物上涂敷或?qū)訅禾胤N薄膜或橡膠材料。按照 防護(hù)對象,化學(xué)防護(hù)紡織品可分為防酸服、防毒服、防塵服等,依據(jù)防護(hù)材料是否具有透氣性,化學(xué)防護(hù)紡織品又可分為隔絕式和透氣式兩類。隔絕式防護(hù)紡織品一 般用滌綸織物為基布,選用經(jīng)特殊處理過的丁基橡膠、合成橡膠、聚氯乙烯、聚乙烯薄膜等材料,并制成相應(yīng)的防護(hù)服,用于在嚴(yán)重受污染區(qū)內(nèi)執(zhí)行專業(yè)保障的人員 使用,主要防護(hù)有毒氣體和蒸汽,但這種防護(hù)服由于缺乏透氣性易引起熱疲勞。透氣式防化服大多使用炭絨織物、噴炭泡沫塑料、復(fù)合材料等雙層結(jié)構(gòu),外層承擔(dān)各 種穿著強(qiáng)度,內(nèi)層材料須經(jīng)含氟樹脂與活性碳涂層處理,吸附毒液、毒氣并阻滯其通過,以免侵及皮膚。美國杜邦公司研制的紡粘非織造布Tyvek,具有優(yōu)良抗 張強(qiáng)度、耐化學(xué)性、可呼吸性及尺寸穩(wěn)定性,制備的TYCHEM C型防護(hù)服能有效防護(hù)有害超細(xì)粉塵、高濃度無機(jī)酸、堿及鹽溶液。此外,杜邦公司的saranex防護(hù)材料和Viton氟橡膠材料也具有優(yōu)異的防化學(xué)阻隔性 能。

4.3防靜電紡織品

防 靜電紡織品能夠通過電暈放電或傳導(dǎo)使靜電泄漏,從而具有永久抗靜電性能,適用于在易產(chǎn)生靜電的場所工作人員穿用,如電子、航空、航天、石油、煤礦等行業(yè)。 現(xiàn)國內(nèi)己有滲碳型纖維、不銹鋼纖維、改性腈綸纖維等,國網(wǎng)電力科學(xué)研究院采用不銹鋼纖維與紡織纖維混紡交織,制備了一種1000kV特高壓交流靜電防護(hù) 服,并具有較好的電場屏蔽效能及穿著舒適性。制備抗靜電織物,也可在纖維內(nèi)部添加導(dǎo)電物質(zhì)或抗靜電劑,或在紡織時加入導(dǎo)電纖維或超細(xì)金屬絲等以獲得抗靜電 效果。近年來,科研人員通過在織物中按一定間隔排列皮芯型導(dǎo)電纖維來進(jìn)行抗靜電織物的開發(fā),得到滌綸(皮)與碳素纖維(芯)形成的皮芯型復(fù)合纖維、錦綸與 碳纖維混合紡絲形成的復(fù)合纖維等。日本押田正博以含碘化銅的聚乙烯為芯,聚酯PET為皮,采用復(fù)合紡絲法制得的有機(jī)導(dǎo)電纖維中導(dǎo)電組分沿纖維軸向連續(xù),易 于電荷逸散。

4.4防水透濕紡織品

防 水透濕紡織品,即水在一定壓力下不浸透織物,而人體散發(fā)的汗液等以水蒸汽的形式通過織物傳導(dǎo)到外界,其種類主要有高密織物、引入親水基團(tuán)涂層織物、微孔涂 層薄膜層壓復(fù)合織物、利用整理過的織物等。日本帝人公司利用超細(xì)纖維制成了防水高密織物Microft Lectus,耐水壓為6000-7000Pa,透濕量大于8000g/m2•24h。引入親水基團(tuán)的涂層織物具有防水透濕性,原因是透濕分子和無孔膜之 間存在“吸附-擴(kuò)散-解吸”的過程[15],典型產(chǎn)品如英國的Wi1cof1ex Staycoo1和日本的Prooface涂層織物,可較好地滿足防水與透濕相結(jié)合的要求。采用微孔透濕機(jī)理己開發(fā)出許多防水透濕織物,如濕法PU(聚氨 酯)涂層、干法PU涂層及PTFE(聚四氟乙烯)層壓復(fù)合織物等。美國于七十年代初推出的Gore-Tex織物,是由聚四氟乙烯微孔膜與織物層壓而成,防 水透濕性能優(yōu)異,但其價格較高。

荷葉表面存在著無數(shù)微小的乳 頭狀突起,并附有蠟質(zhì),具有高度拒水自潔的織物,使表面具有基本的拒水性和納米級的粗糙度。Xu B,等人首先在棉織物上制備ZnO納米棒,再用十二烷基三甲氧基硅烷進(jìn)行拒水改性,構(gòu)筑了超疏水表面,Geun Y.B.等人采用納米SiO2與拒水整理劑同時處理棉織物,使其達(dá)到超拒水效果。另外,Qi H.J.等人利用離子束磁控濺射法在織物表面生成一層含氟高分子拒水膜,制備了防水透濕織物。

4.5輻射防護(hù)紡織品

輻 射可分為粒子輻射和電磁波輻射。粒子輻射中比較難防護(hù)的是中子,中子輻射防護(hù)服主要由防中子輻射纖維制成,其作用是將快速中子減速和將慢速中子吸收。日本 將鋰和硼的化合物粉末與聚乙烯樹脂共聚后,采用熔融皮芯復(fù)合紡絲工藝研制了防中子輻射纖維材料。國內(nèi)采用硼化合物、重金屬化合物與聚丙烯等共混后熔紡制成 了皮芯型防中子纖維。

電磁波輻射包括微波輻射、紅外線、紫外 線、X射線、Υ射線等,電磁輻射對人體的危害較大而又難以防護(hù)。依據(jù)原材料及加工方式的不同,電磁輻射防護(hù)織物大致有兩種研發(fā)途徑:一是采用具有電磁屏蔽 功能的纖維加工成紡織品;二是在織物上施加具有電磁波屏蔽性的功能整理劑,如織物鍍覆金屬加工和電磁波吸收劑涂層整理。電磁波屏蔽功能纖維包括本征型導(dǎo)電 聚合物纖維、復(fù)合型高分子電磁屏蔽纖維、金屬纖維碳纖維以及鍍金屬纖維。東華大學(xué)周兆懿等人在滌綸織物上采用原位聚合法制備滌綸/聚苯胺本征導(dǎo)電復(fù)合織 物,賦予滌綸織物良好的導(dǎo)電性能。日本Anebo公司開發(fā)了X-Akge微波防護(hù)服,將銀鍍到錦綸纖維上,制成的織物手感柔軟、耐洗性好,可以完全屏蔽移 動電話發(fā)出的微波。

4.6防寒保暖紡織品

人 們一直期望質(zhì)輕、舒適的防寒保暖服。近年人們曾研究一種隔熱性能超過禽類羽絨的材料,并己取得一定的成功,如柔軟而能包含靜止空氣的絮填產(chǎn)品。為了能在纖 維體積與重量小的條件下,制成能容納大量空氣的纖維,新又制成了各種不同截面形狀的纖維,以及中間有不同形狀空隙的中空纖維。針對高寒的環(huán)境,叉研 制出了將電能轉(zhuǎn)化為熱能的蓄熱保暖服。防寒保暖服的發(fā)展方向是以功能性保溫、調(diào)溫纖維作為保暖內(nèi)層,以透氣防水織物作防風(fēng)、防雨且透濕外層。較為成功的防 寒保暖制品是3M公司的Thinsu1ate,該產(chǎn)品為烯烴微細(xì)纖維與滌綸纖維的混合體,隔熱效能非常優(yōu)異。美國Arthur D Litt1e公司設(shè)計了一種適合在南極使用的多層服裝,內(nèi)層是經(jīng)親水整理的聚酯絨毛內(nèi)衣,中間層是刷狀的高蓬松聚酯絨毛隔熱層,外層是PTFE涂層整理的 防水防風(fēng)透氣芳綸針織物。

5防護(hù)紡織品發(fā)展趨勢

5.1開發(fā)新型高性能纖維

高 性能防護(hù)紡織品是高附加值產(chǎn)品,其中有些防護(hù)織物是采用高科技纖維純紡,或與其它纖維混復(fù)合而成。近年來,各種高性能新纖維不斷出現(xiàn),超高強(qiáng)聚乙烯纖維產(chǎn) 品有A1lied Signals公司的Spectra、DSM公司的Dyneema和Mitsui公司的Tekmi1on,可制備具有防彈、防切割和防刺傷等性能的防護(hù) 服。目前,防護(hù)纖維原料向差別化、功能化和高性能化發(fā)展,隨著高性能纖維品種的增加和性能的不斷完善,功能服裝的防護(hù)能力將得到更大的提高。

5.2防護(hù)服的多功能化

防 護(hù)服在使用過程中,往往經(jīng)受多種外界因素的作用,在實際工作環(huán)境中面臨的危害往往比較復(fù)雜,因此,制備適用于各種環(huán)境的集多種防護(hù)功能于一體的防護(hù)服具有 重要意義。Zhang J.C.等制備了具有抗靜電、抗菌、防水防油特性的PTFE/PU復(fù)合層壓防護(hù)服材料。Tsafack M.J.等利用等離子體誘導(dǎo)接枝技術(shù)處理棉織物,使其具有耐久阻燃、拒水多功能性。隨著功能兼容技術(shù)的多樣化,未來的防護(hù)服將是多項防護(hù)功能的載體,能提 供更全面的防護(hù),其應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。

5.3進(jìn)一步提高防護(hù)服的舒適性

防 護(hù)性能是防護(hù)服重要的性能,但舒適性對防護(hù)服的成功推廣應(yīng)用具有重要影響,是高性能防護(hù)服的主要性能指標(biāo)之一。因此,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在強(qiáng)調(diào)防護(hù)服 功能性的同時,還應(yīng)協(xié)調(diào)好健康舒適性與防護(hù)性能的關(guān)系。防護(hù)服的舒適性能與防護(hù)材料的透濕性、手感、重量、保溫隔熱性能等因素有關(guān),如何減輕服裝負(fù)荷、內(nèi) 衣微氣候調(diào)節(jié)、進(jìn)行抗菌加工等問題越來越受到人們的關(guān)注。

5.4新型整理技術(shù)的應(yīng)用

近 年來,一些新型節(jié)能環(huán)保后整理技術(shù)相繼問世,如等離子體技術(shù)、納米技術(shù)等,使防護(hù)紡織品的發(fā)展獲得一定的突破。利用等離子體技術(shù)處理織物,能改善纖維表面 性能,可用于生產(chǎn)防水防油織物,也能夠提高防護(hù)服粘接強(qiáng)力,增加服裝功能,促進(jìn)防護(hù)服進(jìn)入多元化市場。應(yīng)用納米粉體對各類化纖進(jìn)行改性可以制備多種功能性 纖維,如抗菌防霉吸濕纖維、耐熱纖維、防輻射纖維、阻燃纖維,還可采用納米復(fù)合紡絲法來生產(chǎn)功能織物。美國采用納米技術(shù)研制的新?代軍用服裝具有輕巧、智 能化、防護(hù)性、治療功能、識別功能、隱身功能等。納米技術(shù)作為21世紀(jì)的先進(jìn)技術(shù),在防護(hù)服裝領(lǐng)域具有很大的發(fā)展前景。

5.5智能型防護(hù)服的研發(fā)

防 護(hù)服不僅要具有多種防護(hù)功能,而且要具有智能保健與生命安全的作用,這是防護(hù)服的一個重要發(fā)展方向。近年來,智能紡織品取得了快速的發(fā)展。將形狀記憶材料 和相變材料植入織物中,通過改變?nèi)梭w與環(huán)境形成的微氣候以達(dá)到保護(hù)人體的目的;在防護(hù)服中加入微電子系統(tǒng)可制備電子智能化防護(hù)服,如美國Georgia理 工學(xué)院研制的CTWM智能型襯衫,能夠根據(jù)外界環(huán)境進(jìn)行自我調(diào)節(jié);智能纖維包括熱阻自由調(diào)節(jié)纖維、自發(fā)光纖維及基于GSM技術(shù)的定位跟蹤纖維等。此外,有 些智能纖維能夠根據(jù)外界環(huán)境溫度變化改變顏色,適用于軍用服裝材料以實現(xiàn)隱身功能。

6結(jié)語

目 前,防護(hù)紡織品具有阻燃、隔熱、防酸、防毒、抗靜電、防水透濕、防輻射、防寒保暖等功能,己成為技術(shù)含量高、品種功能齊全、市場容量較大的科技領(lǐng)域。隨著 人們生活水平的提高和勞動保護(hù)政策的不斷健全,人們對防護(hù)服的安全防護(hù)性能要求日益提高,防護(hù)紡織品越來越受到消費者的親睞,其應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大。因 此,開發(fā)節(jié)能環(huán)保、健康舒適、安全防護(hù)的多功能防護(hù)紡織品,利于提高紡織品的附加值,適應(yīng)市場發(fā)展的需要,同時對保障人們的健康安全具有重要的現(xiàn)實意義。

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