功能化耐高温3D纺织品

L.Lechthaler K.Simonis M. Popzyk C.Peiner T.Gries M. Tutsch

1. 亚琛工业大学 纺织技术研究所(德国) 2. STS纺织有限公司(德国)

在德国，约10%的劳动力会暴露于工作场所(金属、玻璃、陶瓷和钢铁生产及锻造、铸造厂、消防队等)的高温环境中。在这些工作场所，员工因工作和环境条件而面临极端高温。除了大量的体力消耗外，环境温度升高还会导致体温[通常为(37±0.5) ℃]升高，从而引发危及生命的热休克(≥40 ℃)。使用合适的防护服可对以抗这种危险。

传统防护服主要通过服装外层涂层提供保护。与此相反，研究项目“热暴露下的工业安全纺织品的开发”(HEATex)则专注于服装内层。传统的棉质内衣在防护服内部用于吸收水分，而防护服则防止热辐射和烧伤。因良好的吸湿性，棉纤维与皮肤直接接触可吸收并储存大量来自身体的水分。储存的水分受外部加热但并不会被防护服的外层吸收，这可能导致着装者由于自身出汗而引起过热或烫伤。此外，防护服的受压区域也非常重要，因为它们阻碍了空气循环，从而阻止了可能的冷却效果。若防护服外层受外部压力而压缩，则皮肤与内衣直接接触，导致水分无法流失，将会引起更严重的烫伤。

1 具有增强结构的功能化3D纺织品

在德国，从业者工作在热环境因过热和烫伤引起的工伤比例约占50%。使用新型功能化3D内衣的目的是将这一比例降至10%。可通过使用专门设计和开发的内衣用于高温环境穿着而实现。设计采用了局部增强的3D间隔织物，一方面可避免皮肤与内衣大面积直接接触，从而防止烫伤；另一方面，可通过排除湿气防止过热。此外，对防护肤受压区域进行局部增强，以可靠地防止皮肤与防护服覆盖层之间的接触。

图1 改性间隔材料在隔热内衣中形成耐压区

3D间隔织物的层数经过了严格的设计、制作和验证。间隔织物通常由2个平行的针织物层组成，并由第三层纱线(间隔纱，通常是刚性单丝)隔开(图1)。通过这些层间的空气滞留产生隔热层。为防止烫伤，必须在整个使用过程中保持这种隔热层。因此，在高应力区域(膝盖、肘部、肩部、背部)需使用更硬、间距更大的间隔纱线进行局部加强。

2 方法

该防护内衣的基本设计理念是由不同防护层组成织物结构。各防护层既包括间隔织物，也包括可利用各种物理机制吸收和反射热流的层。

层结构必须能将织物所吸收的水份(汗液)输送至外部(高扩散性)，而非吸收水份或对皮肤传导过多热量(低导热性)。在此，纺织品与皮肤之间的接触面积存在目标冲突。高接触面积能更好地排除湿气，但有更高的热传导，低接触面积具有更好的隔热效果，但更低的吸湿性。此外，通过增大横截面和开放式网状结构可确保良好的通风和扩散性能。通过间隔织物的回弹性可减少服装内层与皮肤之间的接触。

该层结构还可通过低透射率和高反射率屏蔽来自热源的热辐射。采用了基于相变材料(PCM)的潜热蓄能器，可用于抵消进入织物较里层的热量输入。此外，还通过反射层将热辐射反射，从而减少热量吸收。