气凝胶材料在消防服中的应用研究进展

为了促进气凝胶材料在消防服领域的应用,提升消防服的综合服用性能,从而推动新型消防服的开发,评估了近年来气凝胶材料应用于消防服的优缺点。分析了气凝胶材料的热学性能,包括隔热性能和热稳定性;从作为涂层材料和直接嵌入多层织物系统2个方面,综述了其在消防服中的应用及研究现状,分析了气凝胶型消防服热防护性能和热湿舒适性能的优劣。最后归纳了气凝胶材料在应用过程中存在的问题,并展望了其未来的应用方向,指出热防护与热舒适的平衡、气凝胶力学性能和热稳定性的提升、气凝胶复合材料的开发与应用有望成为今后的研究趋势。     

气凝胶在防护服中的应用进展

为提高防护服的综合性能,平衡功能性需求和舒适性要求之间的关系,将密度小、导热率低的气凝胶材料合理有效地应用于防护服装领域,在爆炸和火灾等高温环境中减少物理、化学等外界因素对人体造成的热损伤,降低储存热,缓解热应激。文章回顾了国内外关于气凝胶材料的相关研究文献,总结了气凝胶材料在隔热保温、防寒隔热产品和热防护服中的应用进展,重点从力学、舒适性和高温下结构稳定性等方面分析其在使用过程中存在的瓶颈和缺陷,并从气凝胶种类、材料配伍、热源、服用性能、生理舒适性、低成本等角度凝练了气凝胶在防护服中的研究方向,展望了气凝胶在防护服装应用领域中的创新发展。     

石墨烯气凝胶复合防火织物的热防护性能

为进一步提高热防护服的综合性能,使其满足高防护性兼具低热蓄积的需求,利用改进的Hummers法制备了一种密度小、导热率低、隔热效果好的石墨烯气凝胶材料,并研发复合防火织物系统,在低辐射热环境下探讨不同厚度的石墨烯气凝胶的隔热效果。结果表明:加入石墨烯气凝胶的复合防火织物具有较好的热防护性能,可将人体产生热损伤的时间延长约203%,将人体产生二度烧伤的防护时间延长约218%,防火织物的防护性能与石墨烯气凝胶的厚度呈非线性关系;石墨烯气凝胶复合防火织物的平均透湿率保持在10.4 g/(m²·24 h),与复合防火织物的透湿性没有显著差异,石墨烯气凝胶的加入不影响防火织物整体的透湿性。     

SiO2气凝胶/芳纶非织造布复合织物的防护功能

为研究SiO₂气凝胶对芳纶非织造布抗压、阻燃防护功能的影响,以芳纶非织造布为骨架材料,将SiO₂气凝胶施加到芳纶非织造布表面,制备出SiO₂气凝胶混杂芳纶非织造布防护材料。通过扫描电子显微镜对其结构形貌进行表征,借助万能材料试验机对其抗压性能进行分析,最后利用热常数分析仪和火焰手系统,测试并评估了制备的防护材料的阻燃隔热性能。结果表明:SiO₂气凝胶以不同大小的块状、颗粒状填充进入芳纶非织造布纤维间的空隙;SiO₂气凝胶可增强芳纶非织造布的抗压性能,且降低其导热系数;混杂SiO₂气凝胶后芳纶非织造布总的吸收能量值降低,说明SiO₂气凝胶可明显增强芳纶非织造布的热防护效果。     

消防服用轻质隔热薄膜的制备及性能研究

探讨消防服用轻质隔热薄膜的制备方法,并测试了其性能。采用成膜法,将气凝胶和微胶囊相变材料与多层织物有效结合。测试分析了气凝胶和微胶囊相变材料含量对薄膜热稳定性能、力学性能、透湿性能和导热系数的影响。结果表明:添加气凝胶和微胶囊相变材料后,薄膜能够耐高温分解,薄膜的力学性能和导热系数降低,透湿性能提高。认为:气凝胶和微胶囊相变材料共同作用对织物热防护性能具有一定协同增强效果,且可降低消防服质量和节约生产成本。     

气凝胶材料在纺织品上的应用研究进展

为明晰气凝胶的定义并挖掘其在纺织品上的应用价值,综述了气凝胶材料的定义演变历程以及目前国内外在气凝胶基纺织品上的研究现状。具体分析了气凝胶在纺织品上的3种主要应用方法,即凝胶整体成型法、热黏合法和涂层法的工艺流程及其优缺点;围绕气凝胶基纺织品的4种应用形式,包括热防护纺织品、保暖防寒纺织品、超疏水纺织品和消声隔声纺织品,阐明了气凝胶的作用机制并提出该类应用形式目前面临的问题。最后指出,增强力学性能、优化材料配伍、降低制备成本以及推动智能化转型是气凝胶材料未来的重要发展方向。     

SiO_2气凝胶混杂芳纶非织布的性能研究

采用溶胶-凝胶法工艺,制备了一种SiO_2气凝胶混杂在芳纶1313/1414非织造布上的新材料,并进行了厚度、重量、孔径等基本结构与热阻、极限氧指数、压缩性能等性能的测试,考察SiO_2气凝胶对芳纶1313/1414非织造布的影响。结果表明:混杂了SiO_2气凝胶的芳纶非织布的隔热性能和阻燃效果提高,受到压力作用后吸收的能量也提高。对研发阻燃隔热、爆炸冲击波防护服装面料有指导作用。     

芳纶纳米纤维气凝胶的研究进展

为推动芳纶纳米纤维气凝胶从实验室走向实际应用,系统介绍了芳纶纳米纤维气凝胶国内外研究现状。首先分析了气凝胶领域面临的主要困难,阐述了芳纶纳米纤维气凝胶开发的重要意义;随后介绍了构筑单元芳纶纳米纤维的制备方法及其流变学行为,为后续芳纶气凝胶材料的制备提供参考;最后重点综述了芳纶气凝胶纤维、芳纶气凝胶薄膜以及3D打印芳纶气凝胶的制备、性能及应用等研究现状,总结了制备过程中一系列新型溶胶-凝胶转变原理,概述了芳纶气凝胶材料性能提升的策略以及在热管理、智能防护和分离过滤等新兴领域中的应用前景。分析认为,芳纶纳米纤维气凝胶发展仍处于初期阶段,优化芳纶纳米纤维气凝胶制备技术、进一步提升其性能仍将是研究的热点与重点。     

基于高分子水凝胶的阻燃织物研究与应用进展

针对纺织品的易燃问题,基于高分子水凝胶三维网络体系的高吸水性,提出了将高分子水凝胶作为新型阻燃材料应用于纺织品领域的思路。阐述了水凝胶作为新型阻燃材料在灭火过程中吸热冷却、稀释气体和隔绝氧气的阻燃机制;结合相关文献探讨了水凝胶与纺织品相结合制备复合阻燃织物的新型整理技术,证明了基于水凝胶的阻燃复合织物可具备优异的阻燃与隔热性能。最后分析了水凝胶作为阻燃材料在纺织品热防护领域存在的挑战及机遇,认为提高水凝胶与织物的结合牢度、开发自愈合-阻燃水凝胶材料和多功能性阻燃水凝胶织物等是未来的研究方向。     

洗涤对气凝胶复合织物隔热性能的影响

为探究洗涤对气凝胶复合织物隔热性能的影响，选取4种气凝胶复合织物进行多次洗涤处理。通过对比洗涤前后织物形态、透气率、热阻以及织物表面温度的分布情况，探究气凝胶复合织物隔热能力以及隔热均匀度的变化。结果表明：随着洗涤次数的增加，气凝胶复合织物的隔热性能下降，其中第1次洗涤的影响最大，主要是洗涤使得气凝胶颗粒部分脱落；洗涤对絮片结构材料的隔热均匀度影响最大，薄型结构材料次之，发泡结构材料最小，这与复合织物基布的厚度及厚度稳定性有关；绗缝处理可延缓气凝胶复合织物隔热性能下降的幅度，10次洗涤后热阻出现显著下降。     

相变材料在热防护服上的应用研究进展

为深入了解和提高附加相变材料热防护服的热防护性能,对现阶段相变材料在热防护服中的应用、影响因素以及未来研究趋势进行综述。首先介绍了相变材料的类型和特点,阐述了相变材料基于密封袋法、纺丝法和微胶囊技术的织物后整理法在热防护服中的应用;其次回顾了附加相变材料热防护服传热模型的发展过程,重点从相变材料的类型、相变温度、添加量以及相变材料在多层防护服装中的配置等角度归纳了影响热防护性能的因素;最后从新型服用相变材料的研发、降低相变材料储存热释放等角度预测了相变材料未来在该领域的研究趋势。     

热防护服蓄热防护与放热危害双重特性的研究进展

为全面评价热防护服在热暴露阶段的蓄热防护作用以及在冷却阶段因蓄热释放对人体造成的热危害效应,介绍了防护服热蓄积产生的原因,阐述了现阶段防护服热蓄积的测试方法以及数值模拟研究现状;从服装因素、环境因素以及人体因素3个方面归纳了防护服在热暴露阶段蓄热特性的影响因素;并总结了织物基本物理性能、空气层配置、织物水分、织物受压等因素对冷却阶段防护织物放热危害特性的影响。最后提出：在未来的研究中应针对多元化的热灾害环境以及冷却环境开展热防护服蓄放热双重特性的基础研究,并基于热防护服蓄放热双重效应探究其最优的配伍设计。     

石墨烯气凝胶复合防火面料防护性能的影响因素

为进一步提高热防护服的综合性能,满足增加防护性和降低热应激的需求,构建了石墨烯气凝胶复合面料系统。通过不同的评价指标,在低辐射热环境下探讨了制备过程中氧化石墨烯水溶液的质量分数、石墨烯气凝胶的厚度、石墨烯气凝胶中是否添加碳纤维3个因素对复合面料系统热防护效果的影响。实验结果表明,与对照组相比,加入石墨烯气凝胶的复合面料系统有较好的热防护性能,可将人体产生热损伤的时间延长165%~318%,将产生二级烧伤时间延长87%~225%,将面料系统最大温差降低35.6%~63.9%;温升12 ℃的时间、温升24 ℃的时间和面料系统最大温差3个影响因素之间存在交互作用,而指标面料系统到达最高温度的时间在3个因素之间不存在交互作用,碳纤维因素主效应显著。     

相变材料在消防服中的应用及可行性分析

火灾作业环境下,应用于消防服系统的相变材料对高温环境温度突变具有一定的缓冲、抑制作用。本文回顾评价了国内外相变材料应用于消防服研究的现状,分别从降低热应力、提高热舒适性能及抑制温度突变、提高消防服整体热防护性能两个方面的应用进行综述分析;并对火灾环境下使用的有机石蜡类相变材料的封装方法与阻燃处理进行了总结性分析探讨。基于上述应用情况总结,论文最后出对相变材料抑制消防服内温度突变可行性的分析,并思考了将来相变材料应用于消防服装备的研究发展趋势。     

防寒服用智能材料的研究进展

近年来,对外界刺激具有感知或反应能力的智能材料逐渐进入人们的视野,本文对可用于提高防寒服保暖隔热性能的智能材料进行了分类概述。首先根据提高防寒服保暖隔热性能的作用方式将防寒服用智能材料分为蓄热材料、电加热材料、形状记忆材料三大类,并从隔热保暖、防水透湿、人体安全舒适等角度分析各类智能材料在防寒服中应用的可行性与不足,之后对防寒服的智能化发展存在的问题做了总结,指出在未来的研究中应解决防寒服用智能材料的使用安全性、效能持久性等问题,为智能材料和智能防寒服的研究提供参考。     

Aerogels for thermal insulation in high-performance textiles

For many garment applications where protection is needed against hostile environments, part of the requirement is for insulation to shield the wearer from extremes of temperature. For an insulating garment to be fully effective, it needs to allow the wearer to move freely so that they can carry out their intended activity efficiently. Traditional materials achieve their insulation by trapping air within the structure thereby not only limiting heat loss by convection but also making good use of the low thermal conductivity of air to cocoon the wearer within a comfortable environment. To achieve effective protection with conventional textiles, it is usually necessary to have a thick fibrous layer, or series of layers, to trap a sufficient quantity of air to provide the required level of insulation. Several disadvantages arise as a result. For example, thick layers of insulating textile materials reduce the ability of the wearer to move in a normal manner so that the conduct of detailed manual tasks can become very difficult; the layers lose their insulating capacity when the trapped air is lost as they are compressed; the insulating capacity falls rapidly as moisture collects within the fibrous insulator – it does not have to become sensibly wet for this to happen; just 15% moisture regain can give a dramatic reduction in insulating capacity. Not surprisingly therefore, there has been continued interest in developing insulators that might be able to overcome the disadvantages of conventional textile materials and improve the mobility of the wearer by allowing the use of only a very thin layer of extremely-high insulating performance to provide the required thermal protection. One class of materials from which suitable candidates might be drawn is aerogels; their attractiveness derives from the fact that they show the highest thermal insulation capacity of any materials developed so far. Despite sporadic high levels of interest, commercialisation has been slow. Aerogels have been found to possess their own set of disadvantages such as fragility; rigidity; dust formation during working and cumbersome, expensive, batch-wise manufacturing processes. They may well have been destined to become a product of minor interest, confined to very specialist applications where cost was of little concern. However, methods have been developed to combine aerogels and fibres in composite structures which maintain extremely high insulating capacity whilst demonstrating sufficient flexibility for use in garments. Ways have been found to prevent the formation of powder as aerogel composite fabrics are worked. Most significant though, is the achievement, arising from a project supported by the Korean Government, of a simplified one-step production process developed with the express aim of providing a substantial reduction in the cost of aerogels. Suitably-priced aerogel is now available and this should provide fresh stimulus for research and development teams to engage in new product development work utilising aerogels in textiles and garments for thermal insulation. The mechanisms through which aerogels achieve their outstanding thermal insulating ability is unconventional, at least in terms of materials used in textiles. This issue of Textile Progress therefore includes detail about thermal transport in aerogels before reviewing the various forms in which aerogels can now be made, some of their applications and the research priorities that are now beginning to emerge.     

多种智能技术在防寒服装功能研发中的应用进展

为了使防寒服装更好地满足人体各部位冷防护差异化需求,并充分发挥其功能特性,针对各类电子、通信及计算机等相关技术在防寒服中有效应用的问题,在总结防寒服发展进程的基础上,聚焦4类技术问题详细探究其在防寒服中的应用难点及制约因素,包括人体与环境动态信号的采集与传输技术、加热元件的应用模式、温度控制算法的实现方法及人体热生理模型的应用。研究发现:信号监测与传输功能在防寒服中的应用程度低,加热单元的布局方式尚无夯实理论支撑,温控算法的设计缺乏对人体生理需求的机理性分析,人体热生理模型的应用局限较多;最后指出研究功能集成度高、可满足不同群体热生理需求的非均匀智能温控防寒服且构建完整的性能评价体系在未来的研究中十分必要。     

Effect of compressibility on heat transport phenomena in aerogel-treated nonwoven fabrics

The heat transport properties observed in nanostructured materials such as aerogel-treated nonwoven fabrics are promoting revolutionary breakthroughs as thermal insulators. This article is focused on the thermal transport characteristics of nonwoven fabrics treated with aerogel for potential uses in thermal protective applications. Highly efficient aerogel thermal blankets are now considered a viable option in applications such as clothing, building, and pipelines. A variety of fiber and fabric structures or finishing parameters influence the functional properties of nonwoven materials. In order to assess the thermal properties of aerogel-treated nonwoven fabrics, the KES Thermolabo II and NT-H1 (plate/fabric/plate method for thermal conductivity, q_max cool/warm feeling, and thermal insulation) was used. Fabrics of higher thicknesses show lower heat conductance and therefore higher thermal insulation properties. It has been found that thermal insulation is also related to the weight and compressional properties of the fabric. To make an insulating material effective, it should have low compression set and high resiliency to make the still air to be entrapped into the fibrous material.