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裝備,防護服便是其中重要的一種。作為保護人體安全的必備用品,防護服應 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)高新科技的應用。近年來,科學技術(shù)迅猛發(fā)展, 人們的自我防護意識越來越強,對紡織品的安全防護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),功能性防護服的品種和應用領(lǐng)域 逐漸擴大,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服也陸續(xù)開發(fā)成功;高性能多功能防護紡織品及新型加工 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服已推向市場;有關(guān)防護紡織品的國際性學術(shù)會議頻 繁舉行;防護服學術(shù)團體和標準化機構(gòu)不斷增多,新標準不斷制訂,目前國際標準化組織(IS0)、歐洲標準化委員會(CEX)、美國材料與試驗協(xié)會 (ASTM)等機構(gòu)都設(shè)有防護服專業(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,防護服的研究開發(fā)才逐漸活躍,1991年“全國防護服研究會”的籌建,對防護服技術(shù)的交流 與推廣起了推動作用;90年代至今,我國系列裝的防護服有幾十個品種,并廣泛應用于各行各業(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),多功能復合的防護服己在不同行業(yè)穿用,如抗靜電抗菌防毒防護服、阻燃抗油拒水防酸防護服等。各種防護服的國標、行標和地方標準不斷 完善、監(jiān)督檢查機構(gòu)也日趨健全。目前,我國雖有防護服相關(guān)技術(shù)的研究及產(chǎn)品生產(chǎn),但與國外發(fā)達國家相比,尚存在一定差距,防護服在多功能復合、防護性與舒 適性協(xié)調(diào)等方面還存在一些問題,防護服標準及評價測試手段將有待完善。

3功能性防護紡織品的分類

功能性防護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,以避兔生命財產(chǎn)的巨大損失。其具體分類如下:

3.1按防護對象分類

根 據(jù)防護對象的不同,功能防護紡織品可分為一般作業(yè)和特殊作業(yè)用防護紡織品。一般作業(yè)防護紡織品是指在一般工作環(huán)境下為防污、防機械磨損、防絞碾等普通傷害 而穿用的紡織品,如防護手套、護袖、護腿等,可為機械加工領(lǐng)域的工作人員提供安全保護。一般作業(yè)防護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,采用的面料必須符合國家及行業(yè) 特種防護功能的技術(shù)要求,主要應用于化工、冶金、石油、電子、消防等領(lǐng)域。

3.2按應用領(lǐng)域分類

按 照應用領(lǐng)域來劃分,功能防護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 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服己問世;目前 醫(yī)用防護紡織品用量較大,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復合膜“非典”防護服,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服,如美國Dow Corning公司研發(fā)了一種積極防護系統(tǒng)紡織品,不僅有效保護人體免受傷害,還具備透氣性、柔韌性、靈活性、輕便性、易護理性等優(yōu)點。

3.3按防護功能分類

防 護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、雨、水、火、粉塵、靜電、放射源等)、化學因素(毒 劑、油污、酸、堿等)、生物因素(昆蟲、細菌、病毒等)。防護紡織品按功能分類主要有:阻燃隔熱、化學防護、防靜電、防水透濕、輻射防護、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:一種是對紡織品進行化學改性或阻燃后處理,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)的阻燃布達到較理想效果,我 國從英國引進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) 定的親膚熱防護纖維,并具有良好的濕氣傳導功能。

4.2化學防護紡織品

化 學防護紡織品能夠防止毒性、腐蝕性、可燃性、反應性等危險性化學品引起傷害,一般采用涂層或?qū)訅簭秃系姆椒?在織物上涂敷或?qū)訅禾胤N薄膜或橡膠材料。按照 防護對象,化學防護紡織品可分為防酸服、防毒服、防塵服等,依據(jù)防護材料是否具有透氣性,化學防護紡織品又可分為隔絕式和透氣式兩類。隔絕式防護紡織品一 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,并制成相應的防護服,用于在嚴重受污染區(qū)內(nèi)執(zhí)行專業(yè)保障的人員 使用,主要防護有毒氣體和蒸汽,但這種防護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、復合材料等雙層結(jié)構(gòu),外層承擔各 種穿著強度,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 張強度、耐化學性、可呼吸性及尺寸穩(wěn)定性,制備的TYCHEM C型防護服能有效防護有害超細粉塵、高濃度無機酸、堿及鹽溶液。此外,杜邦公司的saranex防護材料和Viton氟橡膠材料也具有優(yōu)異的防化學阻隔性 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 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)部添加導電物質(zhì)或抗靜電劑,或在紡織時加入導電纖維或超細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電纖維來進行抗靜電織物的開發(fā),得到滌綸(皮)與碳素纖維(芯)形成的皮芯型復合纖維、錦綸與 碳纖維混合紡絲形成的復合纖維等。日本押田正博以含碘化銅的聚乙烯為芯,聚酯PET為皮,采用復合紡絲法制得的有機導電纖維中導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到外界,其種類主要有高密織物、引入親水基團涂層織物、微孔涂 層薄膜層壓復合織物、利用整理過的織物等。日本帝人公司利用超細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的是中子,中子輻射防護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。依據(jù)原材料及加工方式的不同,電磁輻射防護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電 聚合物纖維、復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/聚苯胺本征導電復合織 物,賦予滌綸織物良好的導電性能。日本Anebo公司開發(fā)了X-Akge微波防護服,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、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 防水防風透氣芳綸針織物。

5防護紡織品發(fā)展趨勢

5.1開發(fā)新型高性能纖維

高 性能防護紡織品是高附加值產(chǎn)品,其中有些防護織物是采用高科技纖維純紡,或與其它纖維混復合而成。近年來,各種高性能新纖維不斷出現(xiàn),超高強聚乙烯纖維產(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 服。目前,防護纖維原料向差別化、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,功能服裝的防護能力將得到更大的提高。

5.2防護服的多功能化

防 護服在使用過程中,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雜,因此,制備適用于各種環(huán)境的集多種防護功能于一體的防護服具有 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復合層壓防護服材料。Tsafack M.J.等利用等離子體誘導接枝技術(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,未來的防護服將是多項防護功能的載體,能提 供更全面的防護,其應用領(lǐng)域也將不斷擴大。

5.3進一步提高防護服的舒適性

防 護性能是防護服重要的性能,但舒適性對防護服的成功推廣應用具有重要影響,是高性能防護服的主要性能指標之一。因此,隨著科學技術(shù)的發(fā)展,在強調(diào)防護服 功能性的同時,還應協(xié)調(diào)好健康舒適性與防護性能的關(guān)系。防護服的舒適性能與防護材料的透濕性、手感、重量、保溫隔熱性能等因素有關(guān),如何減輕服裝負荷、內(nèi) 衣微氣候調(diào)節(jié)、進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,也能夠提高防護服粘接強力,增加服裝功能,促進防護服進入多元化市場。應用納米粉體對各類化纖進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、防護性、治療功能、識別功能、隱身功能等。納米技術(shù)作為21世紀的先進技術(shù),在防護服裝領(lǐng)域具有很大的發(fā)展前景。

5.5智能型防護服的研發(fā)

防 護服不僅要具有多種防護功能,而且要具有智能保健與生命安全的作用,這是防護服的一個重要發(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到保護人體的目的;在防護服中加入微電子系統(tǒng)可制備電子智能化防護服,如美國Georgia理 工學院研制的CTWM智能型襯衫,能夠根據(jù)外界環(huán)境進行自我調(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政策的不斷健全,人們對防護服的安全防護性能要求日益提高,防護紡織品越來越受到消費者的親睞,其應用領(lǐng)域也日益擴大。因 此,開發(fā)節(jié)能環(huán)保、健康舒適、安全防護的多功能防護紡織品,利于提高紡織品的附加值,適應市場發(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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