国内外抗浸服的发展研究

时禄祯 唐 虹 薛 霜 张成蛟

（1.南通大学，江苏南通，226019；2.际华集团股份有限公司，北京，100000）

我国内陆水域线长且面广，航道复杂，水文气象多变，港口数量众多，水上险情时有发生。随着我国经济的发展，水上运输、生产、旅游等快速发展，重大船舶事故逐渐增加。抗浸服是搜救人员进行水域抢救时必不可少的个体防护装备，用于突发的水上安全事故，防止搜救人员作业过程中因服装浸湿而导致体内热量散失造成的身体损伤甚至死亡，最大限度地保障搜救人员的生命安全，并便于搜救人员进行救助［1］。目前，我国还没有建立抗浸专用的被装体系及保障制度，而欧美等一些国家研究的抗浸装备较为先进齐全，本研究总结了国内外抗浸面料及抗浸服的研发现状，为抗浸服的改进提供参考。

1 抗浸面料研究现状

对于抗浸服而言，其面料不仅要具备良好的抗浸防寒性能，同时要满足穿着的热湿舒适性，以达到最佳的防护效果。当水上作业遇到险情时，抗浸面料能有效阻止水分渗入，减少人体热量散失，同时具有吸湿透气性能，防止汗液冷凝冻伤人体，尽可能延长穿着者在水中的存活时间，降低损伤。

目前抗浸面料主要分为涂层织物、层压复合织物、拒水整理高密织物以及具有抗浸性能的智能织物等［2-4］。

涂层织物是比较常见的抗浸面料。杜邦公司生产的氯丁橡胶涂层织物的防水效果较好，可用于紧急救生衣面料，或手脚腕、颈部等开口部位的密封圈，但其几乎没有透湿性，所以不适合用作水上搜救服面料［5］。惠灵顿公司生产的PU涂层防水透气锦纶面料具有良好的透气性和防水性，可以用于户外运动服、搜救服等功能性服装。

层压复合织物是将一层或多层织物与高聚物薄膜进行层压，形成一种多功能织物复合体，也是目前市场上使用较广泛的材料。美国Gore公司研发的聚四氟乙烯微孔薄膜具有良好的防水透湿性，Gore-Tex薄膜常用于各类防泼水、防风的户外产品中。周海研究了层压复合材料在脱险抗浸服中的应用，指出现有抗浸服材料的适体性和保暖性较差，设计了一款新型层压材料，外层是经过拒水整理的氨纶与锦纶经编织物，具有高弹性、高强度、高耐磨牢度的特性；中间层为聚四氟乙烯薄膜，具有良好的防水透湿性能，在阻止海水渗入的同时并不妨碍汗液散发，其截面的网格结构能有效阻止外界空气进入，减少蒸发散热；内层选用细特的远红外丙纶织物。试验结果表明：该层压复合织物有效提升了面料的保暖、透气、耐磨等性能，实现了功能的倍增，同时这种新型材料成本低、来源广，在商业和军事领域都有较大的应用空间。ZHANG X等人开发了一种基于钴络合物的超吸湿材料，通过加速汗液蒸发，制造湿气触发的能量收集装置［6］。该材料具有透明的薄膜结构、快速的吸收动力以及高吸水性，将材料集成到透气防水的聚四氟乙烯薄膜上，得到的新型面料可以快速吸收汗液，防止汗液堆积，为人体提供干燥舒适的微气候，有效防止细菌或真菌感染；可穿戴能量收集装置由8个串联的电化学电池组成，夹在两个透气防水的聚四氟乙烯薄膜之间，可以将汗液通过电子设备蒸发产生的能量储存起来，在可穿戴式电子设备领域具有广阔的应用前景。Mustang公司研发了一款具有良好吸湿透气性能的织物，其使用了Total Comfort System技术，由阻水透湿的薄膜层和织物与泡沫以特殊结构缝制而成，具有良好的保暖透湿性，但由于工艺复杂、成本较高，仅对飞行员配备［7］。

致密亲水膜防水透湿织物是在大分子链上增加亲水基团，通过氢键和分子间的作用力，将水气分子从高湿度向低湿度一侧传递，达到透湿效果；同时薄膜本身的连续性和膜张力使织物具有良好的防水性。具有防水透湿性能的智能材料可以使织物在干态-湿态下呈现不同的状态，并对环境做出反应。贺昌城对涤纶织物进行接枝改性，使纤维表面形成聚丙烯酸水凝胶层，试验结果显示：织物透水率明显降低，透湿透气率增加。刘书芳等制备了凝胶复合型智能抗浸面料，基于涂层法使温敏性共聚物NTBA-co-AAM在交联剂BTCA的作用下变成三维交联凝胶，并与棉织物结合，利用红外光谱以及扫描电镜观察是否结合成功［8］。试验结果表明：棉与凝胶结合后阻水性能大幅提升，一定程度上可以完全阻水，但织物的透湿性能有所下降，还需进一步研究改进。

2 抗浸服研究现状

2.1 抗浸服分类

人体在寒冷的水中热量会急剧散失，人体暴露在寒冷水中的存活时间非常短，因此抗浸服是水上作业、救生必需装备。抗浸服有多种分类方式，按作业环境分为湿式抗浸服和干式抗浸服［9］；按用途分为遇险临时穿用抗浸服和抗浸工作服；按服装款式分为胸臂式、胸前直开式和胸前斜开式，如图1所示。抗浸服在工作环境中常与其他用品配套使用，如抗浸头套、抗浸手套、便携式单人脱险抗浸服状态检测仪、快速上浮脱险装置等［10］。目前我国还未建立抗浸服相关标准，完善的紧急搜救体系、健全的紧急搜救保障制度以及先进的搜救装备还需进一步研究和规范。

图1 抗浸服款式分类

2.2 抗浸服开发

抗浸服是用于水上作业、救生的特殊防护服装。水的导热系数大于空气，因此人体热量在水中的散失速率远快于在空气中。为保障在低温水域中人体的生理机能，抗浸服应具备相关性能。首先，抗浸服设计应符合防护救生装备的相关要求；其次，应满足穿脱方便、轻薄合体、运动舒适的需求；最后，服装应保证人体在低温环境中、一定时间内维持一定的热量。现有的抗浸服已经具备基本的防寒抗浸功能，在此基础上开发可以满足不同作业环境需求的具有更高性能、更多功能的新型抗浸服显得尤为重要。

肖红等人采用柔软的NBR/PVC共混泡沫塑料，研发了新型泡沫塑料救生衣［11］，试验表明：NBR与PVC共混比例在50∶50时，产品的柔软度和性能最佳；技术上采用压膜成边角圆润型的泡沫浮力内芯，使救生衣更加适体、易弯曲且弹性回复性好，穿着舒适，满足水上作业需求。李萌等对新型救生衣的结构进行改良，将救生马甲和短裤连接组合，增加固定带、发光装置、扣合件以及拉链，方便快速穿脱［12］。试验表明：该救生衣具有足够的浮力，发光哨笛装置利于夜间的迅速定位，大大增加落水者生存几率。陈虹等人制备了水上救生式双防服，对比不同样品的吸水率，选用吸水率最低的具有三明治结构的SBR复合材料［13］；浮力及浮力损失测试依据GB/T 4303—2008《船用救生衣》标准，选用漂浮能力极强的软质泡沫塑料NBR制备漂浮系统，制得的水上救生式双防服穿着舒适、安全系数高，可满足海上救生个体防护装备的需求。刘诗涵等人开发了一款基于卫星定位的智能水上救生衣系统［14］，针对水上作业人员存在的安全隐患，该救生衣系统将卫星定位技术与无线通信技术结合，在衣服内部设有卫星定位、测距、测速、测水温以及发出求救信号的装置，降低搜救难度，增加了落水者生还的机会。

2.3 抗浸服评价

抗浸服评价主要包括抗浸织物以及服装整体的性能评价。

2.3.1 抗浸织物性能评价

抗浸织物需具备防水、防寒、透湿透气等性能。防水测试通常借助现代防水检测仪器，测试水分从一侧透过另一侧所需要的曲挠次数或时间［15］；织物的抗渗水性以静水压为依据，涂层分布均匀且具有一定牢度的织物抗渗水性较好［16］；织物保暖性按照GB 11048—1989《纺织品保温性能测试方法》对织物的保温率进行测试［17］。而织物的透湿透气性能是重要的服用性能之一，相关评价研究较多。

影响织物透湿性能的因素主要包括出汗速度、温湿度等环境因素以及纤维组成、织物结构等内部因素［18］；织物透湿性差，汗液不能散逸出去，导致皮肤与织物间的微气候湿度增加，使人体感到黏腻、不舒适，甚至在潮湿条件下人体与织物间的摩擦增大，使皮肤生疮、起水泡等［19-22］。张才前等人基于织物在干燥状态和湿润状态下电阻值的显著差异研发了自动测试织物导湿排汗的方法，对比了毛细效应法、质量称量法［23］。试验结果表明：自动测试装置测试重复性和再现性好，可以测试液滴在织物内部的扩散及蒸发情况，操作效率高，试验误差小；质量称量法可以更准确地测试织物的干燥时间。WOODRUFF C W等人通过透湿杯法测试了织物的透湿性能［24］，结果表明：织物透湿量与其亲疏水性、织物结构的疏密程度有关。SARICAM C等人通过滴水称量法测试了不同织物的透湿性［25］，但测试过程繁琐，容易产生不稳定的人为因素而导致试验误差。WANG X等人研究了织物在运动过程中表面温度的变化对穿着者舒适性的影响，采用新型动态测试装置，模拟大风条件，测试织物吸湿过程表面温度的变化［26］。研究发现：滴水后温度骤降，然后趋于稳定，最后回升与环境平衡；当风速较高时，蒸发速度加快，表面温度降低。由于该方法无法完全模拟真实出汗情况，因此不能客观评价织物的快干性能。林楠等人研究了保温救生衣对低温海水浸泡犬的保护作用［27］，采用对照法将两组分别穿保温救生衣和普通救生衣的中华田园犬浸泡在海水中，观察其生存情况（包括呼吸、心率等指标）。结果显示：试验组存活时间均大于4 h，而对照组在4 h内的死亡率为100%，因此保温救生衣能有效维持落水者的体温，延长存活时间。热湿舒适性是衡量抗浸服防护性能的重要指标之一。有研究指出，维持人体的热平衡、代谢产生的热量必须从身体散发到环境中，如果干燥的热传递不足以消散，人体分泌的汗水蒸发会加剧热量损失。因此，服装的透湿性能是维持物理舒适性的一个重要指标。CELCAR D等人使用出汗暖体假人评估商务服装系统的热湿传递性能以及影响因素［28］，结果显示：不同环境和出汗条件下，服装影响皮肤表面与环境之间的微气候和蒸发热损失。

2.3.2 抗浸服整体性能评价

抗浸服整体的性能评价主要包含两个方面：一是服装的抗浸防寒效果；二是服装的热湿舒适性能。服装防水效果由面料的拒水能力和服装整体的密闭性决定。抗浸服一般配有防水帽、防水手套、防水袜等装备，与服装相连，拼接及开口处的封闭处理尤为关键，一般采用橡胶圈、防水拉链等防止水分渗入。目前抗浸服的评价标准主要以欧洲发布的EN 14225《潜水服》系列标准为参考，分别为EN 14225—1：2017《潜水服 第1部分：湿式潜水服要求和测试方法》、EN 14225—2：2017《潜水服第2部分：干式潜水服要求和测试方法》和EN 14225—3：2017《潜水服 第3部分：自动加热或冷却服装系统和组件要求和测试方法》，该系列标准全面介绍了潜水服性能的评价流程，如图2所示。

图2 性能评价流程

该系列标准的测试项目和技术要求简要介绍如下。

对耐冷和耐热性能的技术要求：每套服装及其组合材料进行70℃±3℃、16 h±30 min的耐高温试验及—20℃±3℃、3 h±5 min的耐低温试验，要求试验后无明显撕裂损坏及龟裂扭曲现象。

对耐盐雾性能的技术要求：每套服装及其组合材料浸没在15℃～25℃的人造海水中8 h±15 min后进行外观检验，要求表面无明显腐蚀破损现象。

对水中耐重复增压性能的技术要求：在水中反复增压10个连续循环，每个循环包括压力增至0.6 MPa（3 min内）、维持0.6 MPa（10 min）、释放压力（5 min内）这3个阶段，要求反复增压后材料损失低于原始厚度的5%。

对材料拉伸性能及弹性恢复的技术要求：采用拉伸试验仪，使材料在150 N±5 N的压力下维持10 s，要求材料不断裂，永久伸长少于原始长度的5%。

对接缝及闭合系统强力的技术要求：采用拉伸试验仪，接缝及闭合系统（如拉链、粘扣带等）在100 N±5 N的拉力下10 s不开口。

对实际性能的技术要求：实际性能评价分为整体工作、下肢活动、呼吸以及上肢活动4个方面，分别对应0级至11级评分，5级以上说明存在严重的问题。

3 抗浸服发展趋势

目前国内外抗浸服的研究仍处于发展阶段。相较国内而言，国外在面料开发、款式结构设计、标准制定、评价检测等方面更为领先；我国还未建立完善的抗浸装备体系，现存的抗浸服仍存在结构设计不科学、舒适性差、功能不齐全等问题。为促进抗浸产品的全面升级，为水上作业人员提供可靠、性能优异的防护装备，以下3方面是今后抗浸服的发展趋势。

（1）轻薄防护。开发轻薄型抗浸防寒面料，减轻服装自重，优化涤纶和防水透气膜复合技术，利用覆膜、层压等技术制备防护性强、轻质、可重复利用、强度高的复合结构功能性织物，替代传统涂层材料，从根本上改变传统面料厚重、臃肿、防护性能低等缺陷。

（2）符合人体工学。将人-机-环境有效结合，针对水上作业人员工作特征、运动特征、工作环境，研究基于人体特征的防护服设计，通过防护服整体、局部的区分设计，提升作业灵活性，改善穿着舒适性，提升综合运动能效；基于人体的生理特征，使用暖体假人对服装的热湿舒适性进行评价，最大限度地满足人体生理需求。

（3）智能服装。将新型技术装备与传统抗浸服相结合，例如增加导湿排汗系统、GPS定位、快速漂浮系统、加热保温装置等，最大限度地保障生命安全，更加高效地完成搜救任务。