陶瓷纤维材料火灾逃生装备的设计研究

2020-09-11陈阳露景德镇陶瓷大学

景德镇陶瓷 2020年3期

龙洲陈阳露（景德镇陶瓷大学）

近年来，火灾作为热点话题不时出现在新闻报道与网络热搜中，因此，消防安全以及逃生设备这两个关键词，也引起人们的重视，目前随着消防安全意识的不断增强，消费者对于逃生设备使用时的安全性与便捷性更为关注，对于一款能够在火灾中有效提高逃生几率的装备亦有诉求，对于火灾逃生装备行业来讲，这更是一个值得思考的重要问题。

一、国内外火灾逃生装备现状研究分析

国内外现有的火灾逃生装备形式主要有滑梯式、滑索式、降落伞式以及穿戴式等。

滑梯式火灾逃生装备主要优点在于安装位置灵活，可以安装在室内或室外。安装在安全通道处，可以缓解逃生楼梯的拥堵情况，适用于人口密度大的酒店、商场，安装在室内时，可以保持通风，避免窒息。缺点则在于占用空间大，安装成本高，楼层过高，下滑时可能会出现安全碰撞事故，体重大的逃生人员比体重轻的加速度更大，被“甩飞”的可能性更大，并且人体与滑梯之间会“摩擦生热”造成皮肤伤害，这些都有可能会造成二次伤害。适用人群只能是身体健康、活动灵活的年轻人。滑索式火灾逃生装备的优点在于可以应对紧急情况，轻便易携带，节省逃生时间且承重强度高。缺点则在于操作难度大，且下滑过程中可控性降低，材料特殊导致成本高，适用人群窄，不适用于老人、儿童及身体残疾人士。降落伞式火灾逃生装备主要优点在于比其他产品更适合高层住户，缺点在于价格昂贵，使用与回收不方便，降落伞需要长期保养，人在下降时难以保持平衡，降落地点难以控制，可能会导致擦伤、骨折、车祸等二次伤害。另外其适用人群狭窄，老人、小孩、妇女不适用。穿戴式火灾逃生装备整体为阻燃防火材料，穿戴后，全身每个部位都得到有效保护，配备的面罩可以防止毒烟，免于窒息，适用人群较广，年轻人、老年人都可使用且易放置储存。

二、陶瓷纤维在消防类服装中的创新应用

陶瓷纤维国外研究现状，美国3M公司自上世纪60年代开始研制Al2O3基陶瓷纤维。经过多年的深入研究，3M公司现已形成Nextel系列Al2O3基陶瓷纤维产品，其中较具代表性的品种是Nexte1-312、Nextel-440、Nextel-550、Nextel-610和Nextel-720，极大提高了氧化物陶瓷纤维的性能。

陶瓷纤维国内研究现状，我国从20世纪60年代就开始对氧化物耐高温陶瓷纤维进行了研究和制备，种类包括氧化硅质、硅酸铝质、莫来石质、氧化铝质等，制作方式为熔融甩丝、溶胶甩丝等。对Al2O3连续纤维的研究还基本停留在实验室阶段，没有实现规模化的工业生产。目前国内进行Al2O3连续纤维研究的主要机构有中科院山西煤炭化学研究所、厦门大学、陕西理工大学、山东大学等。其中山东大学主要针对 Al2O3连续陶瓷纤维的制备基础，对可纺性溶胶的控制合成进行了大量研究，集中在溶胶粒子微观结构和表面状态、胶粒间相互作用等的控制及其与溶胶流变性关系以及可纺性溶胶的性质与纤维性质间的关系等，并在此基础上制备了不同Al2O3含量的可纺性溶胶；对溶胶流变性质、纺丝条件、纺丝工艺等进行了深入系统研究，进而制备了长度达到1000m的Al2O3纤维。

陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，因而在机械、冶金、化工、石油、陶瓷、玻璃、电子等行业都得到了广泛的应用。目前，陶瓷纤维材料在消防类产品中的应用，还停留在了低端的初级加工中，如陶瓷纤维防火毯等，对于产品的性能与市场挖掘还不够深入。因此，我们项目选择陶瓷纤维类材料，通过研发，充分发挥其隔热防火性能，实现粗加工到精加工的转型升级。通过将陶瓷纤维材料进行加工升级，使其与其他材料复合加工，最终成为具有更高的舒适性、延展性、耐热性、防火性、隔热性的陶瓷纤维复合材料。

三、陶瓷纤维民用火灾逃生装备设计

陶瓷纤维民用火灾逃生装备的系列设计的主要用途是高层建筑住户在不可控火灾下的逃生保护，配套相关的周边设计以及服务设计，是一种以追求逃生安全防护的防火类产品设计，最终作用于逃生几率的提高。适用于具有一般逃生能力的普通人使用，适用于发生在不可控的一般火灾下的逃生行为，如家庭火灾、商场火灾、酒店火灾等。

陶瓷纤维民用火灾逃生装备的系列设计是基于陶瓷纤维这一材料的功能为主的服装设计。在材料的选择上由于陶瓷纤维的特殊性，充分考虑舒适度的问题，舒适亲肤的内层面料以及阻燃耐火外层的功能性面料；在款式的设计方面符合人体工学的廓形设计，完美地贴合人体的生理曲线；细节设计方面考虑功能性原则，螺纹束口、护膝等的设计；色彩方面以在火灾中显眼的红黄蓝为主，在色彩上具有标识性。具体手绘设计效果图如（图1）所示。

陶瓷纤维民用火灾逃生装备的系列设计在功能设计方面主要有五大核心功能构成，分别是供氧系统、隔热防火系统、穿戴系统、温度感应系统以及智能引导系统。

核心系统一，供氧系统，氧气筒位于背部，氧气罐头部朝下，管道从肩部通过，直至口鼻处，并衔接至口塞处。此项系统可有效保证在火灾发生过程中穿戴者的氧气供应，避免因缺氧而导致的窒息。

核心系统二，隔热防火系统，本产品隔热防火能力主要依赖于陶瓷纤维材料，同时结合其他面料，组成多层面料，共同构成隔热防火系统。

核心系统三，穿戴系统，一体式穿戴，火灾发生的情况下，装备穿戴的速度直接决定了逃生时间的长短以及逃生几率的高低，一体式穿戴能够帮助使用者尽快完成装备的穿戴，增加逃生几率。防护服上下衣与鞋子一体化，衣服与头盔处于半衔接状态，其主要入口为裆部至脖子处，采用内外双门襟拉链结构，穿戴时拉开拉链，进入后拉上并贴好门襟，锁死头盔，完成穿戴。既节约了穿戴时间，也增强拉链处的防火隔热能力。

核心系统四，温度感应系统，手套指尖的小方块为红外线测温仪，可以对周边温度进行探测，同时在头盔中放置的的耳机会根据温度等级发出提示音，提醒温度，并且将温度显示在头部的透明面罩上。温度感应可有效地检测周边温度环境，为消费者提供合理的感知路线。

核心系统五，智能引导系统，包括实时温度显示、个人定位、路线规划、服装情况报告等功能，集中展示在智能头盔及其UI面板中，为消费者推荐最安全的逃生路线，提高消费者的逃生几率。火场温度瞬息万变，除了基本的燃烧物自身的温度及辐射热外，还存在着偶然的轰燃情况，为了保证对火场温度的掌控，尽量避免高温灼伤，在UI面板中，会实时显示周围温度变化，供使用者做出安全逃生选择。采用北斗卫星系统，在穿上服装时，会激发消防定位系统，实时给消防局发送个人位置信息，以便提供救援。该产品智能系统内收录各高层公共建筑和小区住宅内部建筑结构框架图，在火灾发生时，通过红外温度感应系统可感应周围环境温度，规避着火点与高温区域。通过智能语音助手向您实时汇报最新情况，同时可结合系统收录的建筑内部结构框架图，避面因对场所不熟而走弯路，耽误最佳逃生时间，智能系统可规划最佳逃生路线，使您安全快速逃离火灾现场。实时展示服装状况，70%正常运转绿色、40%黄色、20%红色，方便使用者在基于服装损伤情况下做出最优选择。记录逃生情况，并根据周围烟雾与温度变化自动化选择提醒使用者穿戴并报警。