Gegenwärtige Situation und Entwicklungstrend Kleidung zum Schutz vor Kälte

【Abstract】Dieser Artikel diskutiert die Schädigung des menschlichen Körpers durch niedrige Temperaturen und die Notwendigkeit des Schutzes. Die Auswirkungen des Fasermaterials, der Flockenstärke, der Stoffstrukturparameter und der Luftschichtdicke auf die Wärmeerhaltung wurden analysiert. Die Autoren schlagen vor, dass Kälteschutzkleidung leicht, feuchtigkeitsdurchlässig und aktiv sein sollte.

【Schlüsselwörter 】 Niedrigtemperatur-Schutzkleidung; Strahlungswärme; Wärme; Luftdurchlässigkeit; geringe Wärmeleitfähigkeit

0 Vorwort
In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen, wie z. B. bei der Arbeit in Biopharmazeutika, Kabeln, Tieftemperatur-Prüfkammern, Baumaterialien, bei der Kaltverarbeitung von Metallgussstücken, beim Transport von Gasen bei niedrigen Temperaturen, in der Laborforschung, bei der Verarbeitung von Tiefkühlkost und an anderen Orten, die extreme Kälte verhindern, verliert die Körperoberfläche Wärme. Dies führt zu Verletzungen wie Erfrierungen und Erfrierungen des menschlichen Gewebes und in schweren Fällen zur Ohnmacht. Im Allgemeinen ist die gemeinsame Kleidung für niedrige Temperatur Schutzkleidung die thermische Kleidung, die über -40 ℃ widersteht, und für die Temperatur unter -40 ℃, gewöhnliche Schutzkleidung wird der Schutz des menschlichen Körpers zu begrenzen, so bessere Schutzkleidung erforderlich ist. Bei der bestehenden Kälteschutzkleidung gibt es passive und aktive Typen. Passive Thermoschutzkleidung besteht in der Regel aus drei oder mehr Lagen Oberstoff, Wärmedämmschicht und Komfortschicht, wobei der Oberstoff in der Regel mit einer wasserdichten und atmungsaktiven Membran überzogen ist. Die in der Kälteschutzkleidung verwendeten Stoffe sollten nicht nur warm halten, sondern auch physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen, die sich bei dauerhaft niedrigen Temperaturen nicht verändern. Da die meisten Stoffe ständig unter Tiefsttemperaturbedingungen verwendet werden, verändert sich die Kristallinität des Gewebes, was sich auf die mechanischen Eigenschaften des Gewebes auswirkt. Herkömmliche Polyester- oder Glasfasern sind nur begrenzt kältebeständig; nach -40 ℃ versprödet das Gewebe und wird rissig. In Anbetracht des Bedarfs an Kälteschutz in verschiedenen Umgebungen werden Phasenwechselmaterialien und Beschichtungen zur Herstellung von Thermostoffen verwendet (I5-61; außerdem sollten die Bekleidungsstoffe eine gute Kältebeständigkeit, Wasserbeständigkeit, Schnee- und Windbeständigkeit aufweisen und bei extrem niedrigen Temperaturen verwendet werden können. Die Leistung des Untermaterials wird sich nicht wesentlich ändern. Darüber hinaus sollte die Kälteschutzkleidung bei Notfällen oder Rettungseinsätzen bei niedrigen Temperaturen nicht nur die Funktion haben, warm zu halten, sondern auch bestimmte Anforderungen an die Flammhemmung und Festigkeit erfüllen.
In diesem Beitrag werden die Prüfnormen für Kälteschutzkleidung zusammengefasst und der Schutzmechanismus von Kälteschutzkleidung erläutert. Fasern, funktionelle Fasern können zu den Flocken hinzugefügt werden, die funktionalisiert werden können, während Wärme erreicht wird.
1 Norm für Kälteschutzkleidung
Für die Bewertung der Wirkung des Kälteschutzes gibt es einschlägige Normen im In- und Ausland, darunter die IS011092:1993 "Bestimmung des Wärmewiderstands und des Feuchtigkeitswiderstands von Textilien unter stationären Bedingungen des physiologischen Komforts": ISO5085.1-1989 "Prüfung des Wärmewiderstands von Textilien Nr. 1″ Teil: Niedriger Wärmewiderstand": American Society for Testing and Materials ASTMD1518-2011 "Standard Method for Testing Thermal Conductivity of Textile Materials": Japanischer Industriestandard JISL1096-2010 "Test Method for Woven Fabrics" (Prüfverfahren für gewebte Stoffe), und verschiedene Prüfnormen entsprechen verschiedenen Prüfverfahren. Es gibt einige strukturelle Unterschiede. Im Inland wird die GB/T11048 2018 "Determination of Thermal Resistance and Moisture Resistance of Textiles under Steady-State Conditions for Physiological Comfort of Textiles" für die Prüfung der Wärmeisolierung verwendet, und die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Bekleidungsstoffen ändern sich bei niedrigen Temperaturen nicht. Im Testvergleich wurden Chen Xin et al. GB/T 35762-2017 "Test method for heat transfer performance of textiles", GB/T11048-2018 "Determination of thermal resistance and moisture resistance under steady-state conditions of physiological comfort of textiles (evaporative hot plate method) 》Die Standard-Wärmeisolierung wurde verglichen und getestet, und der mit der Methode der verdampfenden Heizplatte gemessene Wärmewiderstand war größer als der der Flachplattenmethode, aber die Testdaten der Flachplattenmethode waren stabiler. Darüber hinaus wird bei den meisten häuslichen Tests die Methode der warmen Körpererwärmung zur Messung der Wärmehaltung verwendet.
2 Das Schutzprinzip von Kälteschutzkleidung
Bei Kälteschutzkleidung handelt es sich hauptsächlich um Kleidung, die vom menschlichen Körper getragen wird, um die normale Körpertemperatur des menschlichen Körpers bei Arbeiten in kalten und extremen Umgebungen zu erhalten. Bei den vorhandenen Arten von Kälteschutzkleidung handelt es sich hauptsächlich um passive und aktive Kleidung: Die passive Kälteschutzkleidung zielt hauptsächlich darauf ab, den schnellen Wärmeverlust des menschlichen Körpers zu verhindern und eine Mikroklimaschicht zwischen dem menschlichen Körper und dem Bekleidungsstoff zu bilden [9] Bekleidungsstoff Zwischen den Schichten wird eine große Menge an stiller Luft gespeichert, um die Wärmeleitung zu blockieren. Da die Wärmeleitfähigkeit von ruhender Luft nahe bei 0,02 liegt, isoliert ihre extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit die Wärmeübertragung effektiv, so dass die Wärme nicht an die Außenwelt übertragen wird, und die vom menschlichen Körper erzeugte Strahlungswärme wird zwischen der mehrlagigen Kleidung reflektiert, wodurch die Übertragung von Strahlungswärme reduziert wird. Abbildung 1 zeigt die mikroklimatische Umgebung, die sich zwischen dem menschlichen Körper, der Kleidung und der Außenwelt bildet. Zusätzlich beeinflusst die Wärmeübertragungsfähigkeit eines einlagigen Gewebes die Wärmeübertragung von Schicht zu Schicht. Im Gegensatz dazu werden bei aktiver Kälteschutzkleidung hauptsächlich fortschrittliche Technologien eingesetzt, um andere Energieformen in Wärmeenergie umzuwandeln, um die menschliche Körperwärme aufrechtzuerhalten, und es werden auch Phasenwechselmaterialien verwendet, um die Stoffe bei niedrigen Temperaturen warm zu halten.

3 Faktoren, die die Wärmeisolationsleistung von Kälteschutzkleidung beeinflussen
3.1 Fasermaterialien
Das Fasermaterial ist das wichtigste Kriterium für Schutzkleidung. Im Vergleich zu aktiver Thermokleidung können hygroskopische Heizfasern verwendet werden. Solche Fasern heizen durch die hygroskopische Wärme zwischen makromolekularen Ketten. Darüber hinaus werden der Schutzkleidung Phasenwechselmaterialien hinzugefügt. Kapsel-Phasenwechselmaterial, um den Effekt der Selbstisolierung zu erreichen. Hohlfasern sind ebenfalls eine Art aktives Wärmedämmmaterial, das den Raum zwischen den Fasern nutzt, um eine große Menge an stiller Luft einzuschließen und so den Wärmeverlust zu verringern3). Bei den externen Heizfasern können Heizfasern verwendet werden, um die Wärme in Form von interner Energie zu speichern, indem sie externe elektrische Energie und Solarenergie nutzen, um so eine Rolle beim Warmhalten zu spielen. Solche Fasern umfassen elektrische Heizfasern, Solarheizfasern usw.) Strahlungsabsorption zur Erzielung von Wärme.
Die meisten passiven Wärmedämmstoffe sind mit Fell, Daunen, Wolle und Baumwolle verbunden. Diese Fasern haben bessere Wärmedämmeigenschaften und beruhen vor allem auf einer hohen Bauschkraft, um die Lufthohlraumschicht zu vergrößern. Diese Art von Fasermaterial enthält mehr Luftschichten, und die Wärmeleitfähigkeit der Fasern ist ebenfalls gering. Viele Hersteller machen sich die geringe Wärmeleitfähigkeit zwischen den Fasern zunutze, um die Wärmedämmung des Schutzgewebes zu verbessern). Bei der Erforschung passiver Fasermaterialien wurde festgestellt, dass die Wärmeleitfähigkeit der Fasern einen großen Einfluss auf die Wärmedämmung hat und dass die von den Fasern eingeschlossene Luft der Schlüssel zur Wärmedämmung ist. Aus diesem Grund untersuchten Jia Juan et al. die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, die Wärmedämmung und den Wärmewiderstand verschiedener Naturfasern und kamen zu dem Schluss, dass die Mängel herkömmlicher Wärmedämmstoffe nicht auf eine unzureichende Wärmedämmung zurückzuführen sind, sondern auf die schlechte Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und Luftdurchlässigkeit usw., und wiesen darauf hin, dass bei der Verwendung von Fasermaterialien auf den Komfort geachtet werden sollte. In verschiedenen Industriezweigen können solche Naturfasern für Stoffe verwendet werden, die vom normalen Industriepersonal bei Tätigkeiten oder bei der Arbeit getragen werden, während für einige spezielle Industriezweige Fasermaterialien erforderlich sind, um bessere physikalische und chemische Eigenschaften bei niedrigeren Temperaturen zu haben, wie z. B. Flüssigstickstoff, Kälteschutz für Metallgeräte usw. Für diese Art von Schutz sollten Fasern mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit des Fasermaterials verwendet werden, und die Fasern müssen bessere physikalische und chemische Eigenschaften sowie einen besseren Flammschutz aufweisen. Zu diesem Zweck wurden die Leistungstests von Aramid- und Polyimidprodukten vor und nach der Behandlung mit flüssigem Stickstoff durchgeführt. Die Eigenschaften haben sich nicht verändert, und man kommt zu dem Schluss, dass Aramidprodukte und Polyimidprodukte eine bessere Beständigkeit bei niedrigen Temperaturen aufweisen. Daher erfordert eine solche thermische Bekleidung bei niedrigeren Temperaturen keine Veränderung der Fasereigenschaften. Andererseits gilt: Je geringer die Wärmeleitfähigkeit des Fasermaterials ist, desto besser ist die Wärmeisolierung der Faser.

3.2 Dicke der Bekleidungsflockenschicht
Die Dicke des Kälteschutzgewebes bestimmt die Schutzwirkung der Schutzkleidung. Aufgrund der kalten Außenumgebung muss das Gewebe mit Flocken im Inneren des Gewebes gefüllt sein, um die Körpertemperatur zu halten. Die Dicke erhöht nicht nur die ruhende Luft im Inneren des Kleidungsstücks, sondern verhindert auch, dass die vom menschlichen Körper erzeugte Wärme nach außen diffundiert. Einschlägige Untersuchungen haben ergeben, dass die Qualität der Flockenschicht unter den gleichen Bedingungen umso besser ist, je dicker die verwendeten Flocken sind, d. h., dass Flocken mit guter Bauschkraft eine bessere Wärmeisolierung aufweisen. Und die Leistung ist besser 19-200. Auf dieser Grundlage wurde die Prüfung der Wärmedämmleistung durchgeführt, und die Prüfung der Wärmedämmleistung wurde an Polyesterwatteplatten mit unterschiedlichen Dicken durchgeführt. Es zeigt sich, dass der Wärmewiderstand mit zunehmender Dicke der Flockenschicht zunimmt, so dass die Dicke der Flockenschicht je nach Verwendungszweck der Kleidung gewählt werden kann. der Unannehmlichkeiten. Für Flocken, die in extrem rauen Umgebungen und in speziellen Industrien eingesetzt werden, werden häufig Fasern mit geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet, z. B. Polyimidflocken, Aluminiumsilikatfilz usw. Ihre hervorragende Wärmeisolierung kann den menschlichen Körper wirksam vor Schäden durch niedrige Temperaturen schützen. In diesen Industrien liegt die Außentemperatur oft nahe bei -100 ℃, und die in dieser Zeit verwendeten Flocken müssen nicht nur warm halten, sondern auch dem Austausch ihrer eigenen Wärme nach außen widerstehen [22]. Um den Komfort des menschlichen Körpers zu erreichen, können der Flockenschicht funktionelle Fasern hinzugefügt werden, die mit anderen Fasern gemischt werden, um sicherzustellen, dass die Flocken ihre Funktionalität erhöhen und die Körpertemperatur anpassen können, während sie warm halten. Unter Berücksichtigung des Komforts und der Beweglichkeit des menschlichen Körpers kann die Dicke der Flockenschicht zwischen 15 und 30 mm gesteuert werden. Je niedriger die Temperatur, desto dicker müssen die Flocken sein, aber die Flocken dürfen nicht zu dick sein, da sie sonst die menschlichen Aktivitäten beeinträchtigen.
3.3 Strukturelle Parameter von Bekleidungsstoffen
Die Wärmeisolierung von Bekleidungsstoffen hängt mit der Dicke, der Dichte, der Schüttdichte und der Dichtigkeit des Gewebes zusammen. Chen Lili et al. wiesen in ihrer Untersuchung der Wärmeisolierung und Luftdurchlässigkeit der Strukturparameter des Gewebes darauf hin, dass die Anzahl der Kett- und Schussfäden geringer ist, die Gewebestruktur flauschig und dick ist und die Wärmeisolierung des Gewebes hoch ist. Je besser, und es wird auch festgestellt, dass die Wärmedämmung des Gewebes mit der Erhöhung der Schüttdichte des Gewebes unter den gleichen Gewebestrukturparameter abnimmt. In der organisatorischen Struktur Forschung wird festgestellt, dass die Reihenfolge der thermischen Widerstand des Gewebes von groß bis klein ist: Leinwandbindung>2/1 Köper>2/2 Köper>3/1 Köper>3/2 Köper>satin weave, kann man sehen, dass das äußere Gewebe strukturell ausgelegt ist Die Verwendung einer Leinwandbindung Konstruktion trägt zu den thermischen Eigenschaften des Gewebes. Darüber hinaus hat die glatte Oberfläche des Gewebes eine unterschiedliche Absorption von Infrarotstrahlen. Ist die Oberfläche des Gewebes glatt, ist die Reflexion von Infrarotstrahlen groß, ist die Oberfläche des Gewebes rau, ist die Absorption von Infrarotstrahlen größer, so dass die Wärmeerhaltung besser ist. Aus diesem Grund kann Filament bei der Gestaltung der Gewebestruktur verwendet werden. Es kann mit Spinngarn verwendet werden, um die Rauheit des Gewebes zu erhöhen und dadurch eine bessere Wärmespeicherung zu erreichen.
3.4 Luftdurchlässigkeit und Luftschichtdicke von Schutzkleidung
Unter den äußeren Bedingungen und bei niedriger Temperatur und Luftfeuchtigkeit produziert der menschliche Körper beim Sport Schweiß, der Schicht für Schicht durch die Innenschicht geleitet wird. Wenn die Feuchtigkeitsleitfähigkeit des Bekleidungsstoffs schlecht ist, wird das Wasser aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit von Wasser abtransportiert. Die Temperatur, die im menschlichen Körper zirkuliert, verringert die Schutzleistung, so dass die Schutzkleidung für niedrige Temperaturen eine gute Feuchtigkeitsdurchlässigkeit haben sollte, die den Schweiß schnell ableiten kann und verhindert, dass sich der Körper stickig anfühlt. Andererseits ist bei der mehrlagigen Struktur die Dicke der statischen Luftschicht zwischen den Lagen das wichtigste Mittel, um den Wärmeaustausch zwischen der Außenwelt und dem Körper zu unterbinden. Aufgrund der Anordnung des Flockenmaterials gibt es viele Hohlräume in den Flocken, und in den Hohlräumen ist eine große Menge an ruhender Luft enthalten, was zu einer besseren Wärmeisolierung des Bekleidungsstoffs führt. Die innere Schicht ist mit einer Folie bedeckt, um die wasser- und winddichten Eigenschaften des Gewebes zu erhöhen und zu verhindern, dass die kalte Luft von außen die Körperwärme entzieht. Um die Dicke der eigenen Luftschicht aufrechtzuerhalten, muss der Strahlungswärme-Konvektions-Wärmeverlust zwischen den Schichten des Bekleidungsstoffs gering sein, und die Anzahl der Schichten der Flockschicht kann entsprechend erhöht werden, um die Dicke der Luftschicht zu erhöhen. Außerdem können der Stretchschicht antibakterielle Fasern hinzugefügt werden, um die Funktionalisierung von Bekleidungsstoffen zu realisieren.
4 Der Entwicklungstrend bei Schutzkleidung für niedrige Temperaturen
Mit der Entwicklung der Textil- und Chemiefasertechnologie, der kontinuierlichen Verbesserung der Eigenschaften von Fasermaterialien und der Reife einiger Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit ist die Entwicklung von Niedrigtemperatur-Schutzbekleidungsgeweben nicht auf bestehende Materialien beschränkt und kann aus leichten Materialien, wissenschaftlicher Struktur, funktionaler In Richtung Rationalisierung, guter Feuchtigkeitsaufnahme und Atmungsaktivität hergestellt werden, und die gesamte Kleidung ist leicht, dünn und bequem, ultrafeine Fasern (mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm) können als Materialien ausgewählt werden, und Aerogele können ebenfalls ausgewählt werden. Um die Wärme zu erhöhen, kann auch Graphen verwendet werden, um aktive Wärme zu erreichen.
Bei der Auswahl der Gewebematerialien können auch verschiedene Arten von Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit gemischt werden, so dass jede Faser eine synergetische Rolle spielen kann, und es können funktionelle Materialien hinzugefügt werden, um die kryogene Schutzkleidung zu funktionalisieren. Bei der Auswahl der thermischen Flocken sollte auf die Flauschigkeit geachtet werden, aber auch auf die Struktur der Faserstapelung, so dass die Flockenschicht mehr ruhende Luft zurückhält und die thermische Isolierung der Schutzgewebe verbessert. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung neuer Technologien wird der Herstellungsprozess einiger Mikrofasern ausgereift sein. Da die superfeinen Fasern gestapelt sind, sind sie voluminöser und halten die Wärme besser zurück, und diese Mikrofasern werden in Kleidung mit einigen selbsterwärmenden, photoelektrischen, kombinierten Thermoelementen integriert. Um Wärmedämmung und Heizung bei niedrigen Temperaturen zu erreichen, wird eine doppelte Wärmedämmung erzielt. Bei der strukturellen Gestaltung von Kleidung und Stoffen sollte auf thermischen Komfort, Anpassungsfähigkeit und Bewegungsfreiheit geachtet werden, um den Tragekomfort zu erhöhen.