煤矿工防护服的功能性设计研究

2021-01-06马超凡

化纤与纺织技术 2021年5期

马超凡

西安工程大学，陕西西安 710048

防护服是在特殊工作环境中防止工作人员受到外部因素影响和伤害的服装，满足了保护人体健康的要求，同时充分体现了现代人类文明的发展进程。井下作业环境直接关系到人的生理状态和心理状态，具有良好性能的矿工防护服可以切实保障工人的身体健康和人身安全。因此，加强煤矿工防护服的功能性研究与设计具有十分重要的现实意义。

1 煤矿工防护服的设计思路

煤矿工需要长时间在矿井下进行作业，劳动强度大，工作空间狭窄，环境条件恶劣，且存在一定的危险性。矿井内的封闭空间和高浓度的灰尘，会对人的健康造成威胁。由此可知，优化煤矿工防护服设计至关重要。煤矿工防护服的合理设计，对于保证煤矿工人的人身安全具有重要意义。

煤矿工的个人防护装备包括工作服、手套、安全帽、头灯、水靴和便携式氧气瓶等。其中，工作服是保障煤矿开采作业安全与煤矿工人身安全的重要装备。煤矿工的劳动强度较大，为此，防护服的设计要满足煤矿工的大规模动作需求，以提高井下作业效率。在舒适性方面，因为矿井作业环境较为特殊，所以防护服的设计形式与组成面料要减轻煤矿工的负重感，减少煤矿工的汗液。在安全卫生方面，因为矿井是封闭性的空间环境，视线昏暗，所以煤矿工的防护服需进行反光设计，以便煤矿工快速辨识工友的具体位置。同时，防护服要尽可能地减少开口和挂钩，以免进入灰尘，或者挂到机械设备上，造成不必要的麻烦。另外，煤矿矿井下含有高浓度的易燃易爆气体，防护服必须具备抗静电能力和阻燃性。在使用耐久性方面，因为煤矿工长时间持续作业，防护服的磨损程度较大，所以有必要优先选择耐磨性较好的材料。

2 面料的防护功能设计

面料的纤维、纱线和织物结构的各项整理工艺决定了面料的性能。煤矿用防护服的用途要求防护服具有强度高、耐磨、透气性好、防静电、阻燃、防水、防油、防污的特点。本研究主要采用纯棉涡流纺纱线作为主料，在织造的过程中加入适量的导电丝，以优化防护服的导电性能，有效处理工作环境中产生的静电。在印染整理的过程中，采用普鲁苯法优化面料的阻燃性能，在增强“三防”处理效果的基础上增加面料防油、防污及防水等功能。

2.1 耐久性和舒适性

煤矿作业人员身着的防护服需具有优良的耐久性，能够在复杂的环境下保持优良的性能，可经受多次摩擦、拉扯和反复洗涤。因此，工作服的面料必须具备较高的强度、优良的耐磨性能和相对稳定的形态。再者，服装加工线缝的强度也不容忽视。该方案选择了双股线材料，与单纱相比，该材料在强度和耐磨性等方面均存在显著优势，而且该面料也具有优良的耐久性。纬纱选择纯棉纱线，具有优良的吸湿性能，与涡流纺纱线特殊的芯层结构配合后，便可以在较短的时间导出纱线所吸收的水分[1]。煤矿工人在井下作业的过程中需要快速吸收汗水，并在纱线芯层的作用下及时挥发，从而显著增强工作服的舒适度。

2.2 防静电

随着我国煤矿工程作业的增多，存在的事故问题也在不断增加，再加上井下粉尘的加剧，产生的静电问题愈发严重，因此人体静电放电应该成为人们关注的焦点。研究显示，受人体运动状态的影响，工作人员在井下穿着矿工服作业时，起跳和脱衣等动作均会出现较大的静电，且静电的强度是缓慢动作的几十倍。若处于瓦斯浓度相对较高的环境中，遇火花或明火时极易发生爆炸等安全事故。应用抗静电织物是防静电的重要途径，如纯棉工作服在高湿环境中可避免产生大量的服装静电。为确保防护服在低湿度条件下依然具有优良的抗静电性能，要求煤矿作业人员穿着具有防静电功能的纯棉面料防护服[2]。

2.3 阻燃性

受到煤矿作业环境的影响，存在燃烧因素相对较多，一旦出现明火，则很容易发生火灾事故，对作业人员生命安全构成威胁。这种情况下，要求作业人员穿着具备良好阻燃性的防护服，尽可能地降低危险发生概率。在纺织物燃烧的过程中，纤维热裂解产物的构成比例对于提升防护服性能有着显著作用，同时直接影响燃烧的时间，对纤维的燃烧性起到了决定性的作用。纤维燃烧的影响因素较多，主要分为内因和外因。根据实际需求，矿工防护服以天然纤维织物为主要材料。

目前，国际上较常见的纤维植物阻燃性整理方法是Proban 法。Proban 法的优势主要体现在织物的强力损失不明显，具有优良的阻燃性和耐洗性，但是织物较硬，色泽不够均匀，且需要使用专用的氨熏设备，但不阻碍Proban法成为当前发展较快且应用较广的整理方法[3]。

2.4 防水、防油、防污性

井下作业环境的特殊性较强，受地质条件等因素的影响，很多煤矿的现场作业环境十分复杂，湿度较大，明度较低，工作面较窄，内部涵盖设备设施数量较多。在维修养护中，产生的油污等杂质会对防护物带来一定影响。在经过一系列研究后，确保其具备不沾油、不沾水等功能，减少杂质对防护服的影响。在该研究理论下产生了以含氟整理剂和丙烯酸丁酯共聚物涂层生产工艺相结合的制作工艺，以达到上述要求。此外，煤矿防护服在防污处理中利用纳米界面超双疏技术增加织物密实度，以达到保护效果。该技术下织物不易受到污染，且不易渗入污渍，洗涤周期得到延长，防护服使用寿命也得以延长。

3 款式的防护功能设计

3.1 可识别性

采矿业的工作人员需要面对恶劣的工作环境，且工作面也应该充分利用矿灯实现采矿目标。为了实现服装与作业环境的有效区分，可在局部采用特殊反光材料进行装饰。现阶段，井下反光材料中亮度反光PVC 晶格十分常见，应用范围较广。设计人员可根据服装功能及环境需求对反光材料颜色予以科学选择，以区分服装功能，维护作业安全性。一般情况下，所选颜色会以明亮度较强的色调为主，如白色、黄色、橙色和黄绿色等。由于煤矿作业人员防护服相对特殊，可从白色、黄橙、黄绿及橙色中选取所需颜色。

3.2 不同部位的功能设计

在井下特殊的作业环境中，需要全方位考虑粉尘的预防和处理。在矿工防护服设计中，服装设计人员应注重领口、袖口、下摆和裤脚口位置的严密性，且其松紧度要适中，以增强防护服的舒适性，为工作人员井下作业创造有利条件，避免杂物进入防护服。

（1）领部处理。防护服领部结构要求具备较好的调节效果，如开关式领口，以翻领和立领两用结构为主，或者可在领口位置设置调节松紧的结构，一方面加强防尘效果，另一方面优化服装的透热和透湿性能。

（2）袋口处理。在井下作业中，防护服袋口禁止张开，防止杂物落入袋中。为此，设计时可将袋口设置成半侧身斜插袋口加带盖的结构形式，保证井下作业时袋口的密封性。

（3）裤装设计。裤袋要选择两侧可调节式结构形状，以满足不同体型员工的需求；裤装腰部以下要以切割与褶间处理方式为主，保障屈伸时的灵活性。

（4）其他部位。在安全的前提下，对背部、肘部等灵活活动部位加以科学处理，增强防护服的舒适性，提高作业效率。如设计中采用分割或调节袖口的设计模式，确保防护服的舒适度。另外，可将衣服设置成可调节的款式，从而提高活动的灵活度。在易于受损的位置内侧或外侧增加织物，从而优化防护服的性能。

4 设计案例

以笔者曾参与的一次设计为例。设计中采用了藏青色面料与白色感光材料，领子部位以立领和翻领两用结构形式为主；领口、袖口、腰口、裤脚口等部位均以松紧设计为主，加强衣服灵活性和适用性；衣服口袋以斜插袋形式为主，在设计中，为了提高识别度，反光材料分别应用在上衣和下装前后部位、衣袖部位，每个部位设置3 道反光条，不仅具备装饰作用，还可增强识别性。井下作业中需频繁做出下弯和伸肘等动作，劳动强度较大，防护服堪称人的第二层皮肤，因此安全性及活动性是设计中需要关注的焦点。在高度顺应上述要求的前提下，设计人员还要全方位考量防护服的美观性、舒适度、标识度和效率。立足心理学视角，增强衣服的美观性，在服装上绘制行业及集团标识是设计工作中的重点。醒目且美观的标识不仅能够突显服装的美观性，还能够增强工作人员的荣誉感，使其在工作中更加自信。