Современная ситуация и тенденции развития Одежда для защиты от холода

【Абстракт】В данной статье рассматривается вред низкой температуры для человеческого тела и необходимость защиты. Проанализировано влияние материала волокна, толщины флока, параметров структуры ткани и толщины воздушной прослойки на сохранение тепла. Авторы выдвинули тезис о том, что защитная одежда от низких температур должна быть облегченной, влагопроницаемой и активной.

【 Ключевые слова 】 низкотемпературная защитная одежда; тепловое излучение; теплота; воздухопроницаемость; низкая теплопроводность

0 Предисловие
В условиях низких температур, например, при работе в биофармацевтике, кабельной промышленности, низкотемпературных испытательных камерах, производстве строительных материалов, холодной обработке металлических отливок, низкотемпературной транспортировке газа, лабораторных исследованиях, обработке замороженных продуктов и любых других местах, исключающих сильный холод, поверхность тела будет терять тепло. Это приводит к таким травмам, как обморожение и замерзание тканей человека, а в тяжелых случаях к потере сознания. Как правило, общая одежда для низкотемпературной защитной одежды является тепловой одежды, которая противостоит выше -40 ℃, и для температуры ниже -40 ℃, обычная защитная одежда будет ограничивать защиту человеческого тела, поэтому лучше защитной одежды требуется. Существующая низкотемпературная защитная одежда включает в себя пассивные и активные типы. Пассивная термоодежда обычно состоит из трех или более слоев внешней ткани, теплоизоляционного слоя и комфортного слоя, а внешняя ткань обычно покрыта водонепроницаемой и дышащей мембраной. Ткани, используемые в низкотемпературной защитной одежде, должны не только сохранять тепло, но и обладать физическими и химическими свойствами, которые не меняются под воздействием длительной низкой температуры. Поскольку большинство тканей постоянно используется в условиях сверхнизких температур, кристалличность ткани меняется, что приводит к изменению механических свойств ткани. Изменения, обычные полиэфирные или стеклянные волокна имеют ограниченную устойчивость к низким температурам, после -40 ℃, ткань будет охрупчена и потрескается. Учитывая потребности защиты от низких температур в различных средах, материалы с фазовым переходом и покрытия используются для изготовления тепловых тканей (I5-61; кроме того, ткани для одежды должны обладать хорошей морозостойкостью, водонепроницаемостью, устойчивостью к снегу и ветру, и могут использоваться в экстремальных условиях низких температур. Характеристики нижнего материала при этом сильно не изменятся. Кроме того, в чрезвычайных ситуациях или при проведении спасательных работ при низких температурах защитная одежда должна не только выполнять функцию сохранения тепла, но и иметь определенные требования к огнестойкости и прочности.
В этой статье обобщены стандарты испытаний защитной одежды от низких температур, а также раскрыт механизм защиты защитной одежды от низких температур. К хлопьям можно добавлять функциональные волокна, которые можно функционализировать, добиваясь при этом тепла.
1 Стандарт для низкотемпературной защитной одежды
Существуют соответствующие стандарты в стране и за рубежом при оценке эффекта защиты от низких температур, среди которых зарубежные стандарты: IS011092:1993 "Определение термостойкости и влагостойкости в стационарных условиях физиологического комфорта текстиля": ISO5085.1-1989 "Испытание термостойкости текстиля № 1″ Часть: Низкое термическое сопротивление": Американское общество по испытаниям и материалам ASTMD1518-2011 "Стандартный метод испытания теплопроводности текстильных материалов": Японский промышленный стандарт JISL1096-2010 "Метод испытания тканых материалов", причем разным стандартам соответствуют разные методы испытаний. Существуют некоторые структурные различия. На внутреннем рынке для испытания теплоизоляции используется стандарт GB/T11048 2018 "Определение термостойкости и влагостойкости текстиля в стационарных условиях для обеспечения физиологического комфорта текстиля", при этом физические и химические свойства тканей одежды не изменяются в условиях низких температур. При сравнении испытаний Чэнь Синь и др. GB/T 35762-2017 "Метод испытания теплопроводности текстиля", GB/T11048-2018 "Определение термического сопротивления и влагостойкости в стационарных условиях физиологического комфорта текстиля (метод испарительной горячей пластины)》 Стандартная теплоизоляция была сравнена и испытана, и термическое сопротивление, измеренное методом испарительной горячей пластины, было больше, чем у метода плоской пластины, но данные испытаний метода плоской пластины были более стабильными. Кроме того, в большинстве отечественных тестов для измерения удержания тепла используется метод нагрева тела.
2 Принцип защиты низкотемпературной защитной одежды
Ткани для низкотемпературной защитной одежды - это в основном одежда, которую носят для поддержания нормальной температуры тела человека при работе в холодных условиях и экстремальных средах. Существующие типы одежды, устойчивой к низким температурам, в основном пассивные и активные: Среди них пассивная низкотемпературная защитная одежда в основном направлена на предотвращение быстрой потери тепла телом человека и формирование микроклиматического слоя между телом человека и тканью одежды [9] Ткань одежды Между слоями сохраняется большое количество неподвижного воздуха для блокировки теплопроводности. Поскольку теплопроводность неподвижного воздуха близка к 0,02, его чрезвычайно низкая теплопроводность эффективно изолирует теплопередачу, так что тепло не будет передаваться во внешний мир, а лучистое тепло, генерируемое человеческим телом, будет отражаться между многослойной одеждой, уменьшая передачу лучистого тепла. На рисунке 1 показана микроклиматическая среда, образующаяся между телом человека, одеждой и внешним миром. Кроме того, теплопроводность однослойной ткани влияет на передачу тепла от слоя к слою. Напротив, активная низкотемпературная защитная одежда в основном использует передовые технологии для преобразования других видов энергии в тепловую энергию для поддержания тепла человеческого тела, а также использует материалы с фазовым переходом для сохранения тепла ткани при низких температурах.

3 Факторы, влияющие на теплоизоляционные характеристики низкотемпературной защитной одежды
3.1 Волокнистые материалы
Материал волокон является основным фактором при выборе защитной одежды. По сравнению с активной термоодеждой можно использовать гигроскопичные нагревательные волокна. Такие волокна нагреваются за счет гигроскопического тепла между макромолекулярными цепями. Кроме того, в защитную одежду добавляют материалы, изменяющие фазу. Капсулированный материал, изменяющий фазу, позволяет добиться эффекта самоизоляции. Полые волокна также являются своего рода активным теплоизоляционным материалом, который использует пространство между волокнами для удержания большого количества неподвижного воздуха, чтобы уменьшить потери тепла3). Волокна с внешним нагревом могут использоваться для сохранения тепла в виде внутренней энергии за счет использования внешней электрической и солнечной энергии, чтобы играть роль в сохранении тепла. К таким волокнам относятся электрические нагревательные волокна, солнечные нагревательные волокна и т.д.) Поглощение излучения для достижения тепла.
Большинство пассивных теплоизоляционных материалов состоит из меха, пуха, шерсти и хлопка. Эти волокна обладают лучшими теплоизоляционными свойствами и в основном полагаются на отличную сыпучесть для увеличения слоя воздушных полостей. Этот тип волокнистого материала содержит больше воздушных прослоек, и теплопроводность волокна также низкая. Многие производители в полной мере используют низкую теплопроводность между волокнами для улучшения теплоизоляции защитной ткани). В ходе исследований пассивных волокнистых материалов было установлено, что теплопроводность волокон оказывает большое влияние на теплоизоляцию, а воздух, удерживаемый волокнами, является ключом к теплоизоляции. По этой причине Цзя Хуан и др. протестировали влагопроницаемость, теплоизоляцию и термическое сопротивление различных натуральных волокон и пришли к выводу, что недостаток традиционных теплоизоляционных материалов связан не с недостаточной теплоизоляцией, а с плохой влагопроницаемостью и воздухопроницаемостью и др. проблемами, указав, что при использовании волокнистых материалов следует обратить внимание на комфорт. Используемые в различных отраслях промышленности, такие натуральные волокна могут быть использованы для тканей, которые носит обычный промышленный персонал во время деятельности или работы, в то время как для некоторых специальных отраслей промышленности, волокнистые материалы должны иметь лучшие физические и химические свойства при более низких температурах, таких как жидкий азот, защита металлических устройств от холодной обработки и т.д. Для такой защиты необходимо использовать волокна с меньшей теплопроводностью на волокнистом материале, а также волокна с лучшими физико-химическими свойствами и огнестойкостью. С этой целью были проведены эксплуатационные испытания арамидных и полиимидных изделий до и после обработки жидким азотом. Свойства не изменились, и можно сделать вывод, что арамидные и полиимидные изделия обладают лучшими свойствами по устойчивости к низким температурам. Поэтому такая термоодежда при более низкой температуре не требует изменения свойств волокон. С другой стороны, чем ниже теплопроводность волокнистого материала, тем лучше теплоизоляция волокна.

3.2 Толщина чешуйчатого слоя одежды
Толщина низкотемпературной защитной ткани определяет защитный эффект защитной одежды. Из-за холодной внешней среды ткань должна быть наполнена хлопьями внутри, чтобы поддерживать температуру тела. Толщина, которая не только увеличивает количество неподвижного воздуха внутри одежды, но и блокирует тепло, вырабатываемое человеческим телом, от распространения наружу. Согласно соответствующим исследованиям, можно заметить, что качество слоя хлопьев при одинаковых условиях тем выше, чем толще используемые хлопья, то есть хлопья с хорошей сыпучестью обладают лучшей теплоизоляцией. И характеристики лучше на 19-200. Поэтому на этой основе было проведено испытание теплоизоляционных характеристик полиэфирного ватина различной толщины. Видно, что термическое сопротивление увеличивается с увеличением толщины чешуйчатого слоя, поэтому при выборе толщины чешуйчатого слоя ее можно подобрать в зависимости от назначения одежды. дискомфорта. В чешуйках, используемых в особо суровых условиях и специальных отраслях промышленности, часто применяются волокна с низкой теплопроводностью, такие как полиимидные чешуйки, войлок из силиката алюминия и т.д. Его отличная теплоизоляция может эффективно защитить человеческое тело от низкотемпературных повреждений, В этих отраслях наружная температура часто близка к -100 ℃, и хлопья, используемые в это время, должны не только сохранять тепло, но и противостоять обмену собственного тепла с внешним миром [22]. Для достижения комфорта человеческого тела в слой чешуек могут быть добавлены функциональные волокна, которые будут смешиваться с другими волокнами, чтобы чешуйки могли повышать свою функциональность и регулировать температуру тела, сохраняя тепло. Учитывая комфорт и подвижность человеческого тела, толщина чешуйчатого слоя может регулироваться в диапазоне от 15 до 30 мм. Чем ниже температура, тем толще должны быть чешуйки, но не следует допускать, чтобы чешуйки были слишком толстыми, иначе это повлияет на жизнедеятельность человека.
3.3 Структурные параметры одежных тканей
Теплоизоляция одежных тканей связана с толщиной, плотностью, объемной плотностью и плотностью ткани. Чен Лили и др. в своем исследовании теплоизоляции и воздухопроницаемости параметров структуры ткани отметили, что чем меньше количество нитей основы и утка, тем структура ткани пушистее и толще, а теплоизоляция ткани выше. Тем лучше, и также сделан вывод, что теплоизоляция ткани снижается с увеличением насыпной плотности ткани при тех же параметрах структуры ткани. При исследовании организационной структуры было установлено, что порядок теплового сопротивления ткани от большого к малому следующий: полотняное переплетение>2/1 саржа>2/2 саржа>3/1 саржа>3/2 саржа>сатиновое переплетение, видно, что внешняя ткань структурно разработана. Использование полотняного переплетения способствует повышению тепловых свойств ткани. Кроме того, гладкость поверхности ткани имеет различное поглощение инфракрасных лучей. Поверхность ткани гладкая, отражение инфракрасных лучей большое, а поверхность ткани шероховатая, поглощение инфракрасных лучей больше, поэтому сохранение тепла лучше. По этой причине нить можно использовать при разработке структуры ткани. Ее можно использовать вместе с пряжей, чтобы увеличить шероховатость ткани, тем самым добиваясь лучшего сохранения тепла.
3.4 Воздухопроницаемость и толщина воздушного слоя защитной одежды
В условиях внешней среды, низкой температуры и влажности, человеческое тело будет выделять пот в состоянии физической нагрузки, и он будет передаваться через внутренний слой слой за слоем. Когда влагопроводность ткани одежды плохая, вода будет отводиться благодаря хорошей теплопроводности воды. Температура, циркулирующая в человеческом теле, снижает защитные свойства, поэтому защитная одежда для низких температур должна обладать хорошей влагопроницаемостью, которая позволяет быстро выводить пот и предотвращать ощущение духоты в теле. С другой стороны, в многослойной структуре толщина статической воздушной прослойки между слоями является основным способом перекрытия теплообмена между внешним миром и телом. Из-за особенностей расположения чешуйчатого материала в нем образуется множество пустот, в которых содержится большое количество неподвижного воздуха, что обеспечивает лучшую теплоизоляцию ткани одежды. Внутренний слой покрыт пленкой для повышения водонепроницаемости и ветрозащитных свойств ткани, а также для того, чтобы холодный воздух снаружи не забирал тепло тела. Чтобы сохранить толщину собственного воздушного слоя, потери тепла при конвекции между слоями ткани должны быть небольшими, а количество слоев флокового слоя может быть соответствующим образом увеличено для увеличения толщины воздушного слоя. Кроме того, в растягивающийся слой можно добавить антибактериальные волокна, чтобы реализовать функционализацию тканей для одежды.
4 Тенденция развития низкотемпературной защитной одежды
С развитием технологии текстильных и химических волокон, постоянным улучшением свойств волокнистых материалов и зрелостью некоторых материалов с низкой теплопроводностью, разработка тканей для низкотемпературной защитной одежды не ограничивается существующими материалами, а может быть выполнена из легких материалов, научных структур, функциональных В направлении рационализации, хорошего влагопоглощения и воздухопроницаемости, а одежда в целом легкая, тонкая и удобная, ультратонкие волокна (с диаметром менее 5 мм) могут быть выбраны в качестве материалов, и аэрогели также могут быть выбраны. Для повышения теплоты можно также использовать графен, чтобы добиться активного тепла.
При выборе материала ткани можно также смешивать различные типы материалов с низкой теплопроводностью, чтобы каждое волокно играло синергетическую роль, а также добавлять функциональные материалы для придания функциональности криогенной защитной одежде. Защитная одежда должна обращать внимание на пушистость при выборе термочешуек, а также на структуру укладки волокон, чтобы слой чешуек удерживал больше неподвижного воздуха и улучшал теплоизоляцию защитной ткани. С постоянным развитием новых технологий процесс подготовки некоторых микроволокон становится все более зрелым. Поскольку сверхтонкие волокна укладываются в стопки, их объемность и способность удерживать тепло улучшаются, и эти микроволокна интегрируются в одежду с некоторыми самонагревающимися, фотоэлектрическими и комбинированными тепловыми элементами. Для того чтобы достичь теплоизоляции и обогрева в условиях низких температур, достигается двойная теплоизоляция. При структурном проектировании одежды и тканей следует уделять внимание тепловому комфорту, регулировке и движению, чтобы сделать одежду более удобной.