陶瓷纖維材料火災(zāi)逃生裝備的設(shè)計(jì)研究

龍 洲 陳陽(yáng)露（景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)）

近年來(lái)，火災(zāi)作為熱點(diǎn)話題不時(shí)出現(xiàn)在新聞報(bào)道與網(wǎng)絡(luò)熱搜中，因此，消防安全以及逃生設(shè)備這兩個(gè)關(guān)鍵詞，也引起人們的重視，目前隨著消防安全意識(shí)的不斷增強(qiáng)，消費(fèi)者對(duì)于逃生設(shè)備使用時(shí)的安全性與便捷性更為關(guān)注，對(duì)于一款能夠在火災(zāi)中有效提高逃生幾率的裝備亦有訴求，對(duì)于火災(zāi)逃生裝備行業(yè)來(lái)講，這更是一個(gè)值得思考的重要問(wèn)題。

一、國(guó)內(nèi)外火災(zāi)逃生裝備現(xiàn)狀研究分析

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的火災(zāi)逃生裝備形式主要有滑梯式、滑索式、降落傘式以及穿戴式等。

滑梯式火災(zāi)逃生裝備主要優(yōu)點(diǎn)在于安裝位置靈活，可以安裝在室內(nèi)或室外。安裝在安全通道處，可以緩解逃生樓梯的擁堵情況，適用于人口密度大的酒店、商場(chǎng)，安裝在室內(nèi)時(shí)，可以保持通風(fēng)，避免窒息。缺點(diǎn)則在于占用空間大，安裝成本高，樓層過(guò)高，下滑時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)安全碰撞事故，體重大的逃生人員比體重輕的加速度更大，被“甩飛”的可能性更大，并且人體與滑梯之間會(huì)“摩擦生熱”造成皮膚傷害，這些都有可能會(huì)造成二次傷害。適用人群只能是身體健康、活動(dòng)靈活的年輕人?；魇交馂?zāi)逃生裝備的優(yōu)點(diǎn)在于可以應(yīng)對(duì)緊急情況，輕便易攜帶，節(jié)省逃生時(shí)間且承重強(qiáng)度高。缺點(diǎn)則在于操作難度大，且下滑過(guò)程中可控性降低，材料特殊導(dǎo)致成本高，適用人群窄，不適用于老人、兒童及身體殘疾人士。降落傘式火災(zāi)逃生裝備主要優(yōu)點(diǎn)在于比其他產(chǎn)品更適合高層住戶，缺點(diǎn)在于價(jià)格昂貴，使用與回收不方便，降落傘需要長(zhǎng)期保養(yǎng)，人在下降時(shí)難以保持平衡，降落地點(diǎn)難以控制，可能會(huì)導(dǎo)致擦傷、骨折、車(chē)禍等二次傷害。另外其適用人群狹窄，老人、小孩、婦女不適用。穿戴式火災(zāi)逃生裝備整體為阻燃防火材料，穿戴后，全身每個(gè)部位都得到有效保護(hù)，配備的面罩可以防止毒煙，免于窒息，適用人群較廣，年輕人、老年人都可使用且易放置儲(chǔ)存。

二、陶瓷纖維在消防類(lèi)服裝中的創(chuàng)新應(yīng)用

陶瓷纖維國(guó)外研究現(xiàn)狀，美國(guó)3M公司自上世紀(jì)60年代開(kāi)始研制Al2O3基陶瓷纖維。經(jīng)過(guò)多年的深入研究，3M公司現(xiàn)已形成Nextel系列Al2O3基陶瓷纖維產(chǎn)品，其中較具代表性的品種是Nexte1-312、Nextel-440、Nextel-550、Nextel-610和Nextel-720，極大提高了氧化物陶瓷纖維的性能。

陶瓷纖維國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀，我國(guó)從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始對(duì)氧化物耐高溫陶瓷纖維進(jìn)行了研究和制備，種類(lèi)包括氧化硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、莫來(lái)石質(zhì)、氧化鋁質(zhì)等，制作方式為熔融甩絲、溶膠甩絲等。對(duì)Al2O3連續(xù)纖維的研究還基本停留在實(shí)驗(yàn)室階段，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行Al2O3連續(xù)纖維研究的主要機(jī)構(gòu)有中科院山西煤炭化學(xué)研究所、廈門(mén)大學(xué)、陜西理工大學(xué)、山東大學(xué)等。其中山東大學(xué)主要針對(duì) Al2O3連續(xù)陶瓷纖維的制備基礎(chǔ)，對(duì)可紡性溶膠的控制合成進(jìn)行了大量研究，集中在溶膠粒子微觀結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)、膠粒間相互作用等的控制及其與溶膠流變性關(guān)系以及可紡性溶膠的性質(zhì)與纖維性質(zhì)間的關(guān)系等，并在此基礎(chǔ)上制備了不同Al2O3含量的可紡性溶膠；對(duì)溶膠流變性質(zhì)、紡絲條件、紡絲工藝等進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究，進(jìn)而制備了長(zhǎng)度達(dá)到1000m的Al2O3纖維。

陶瓷纖維是一種纖維狀輕質(zhì)耐火材料，具有重量輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱率低、比熱小及耐機(jī)械震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，因而在機(jī)械、冶金、化工、石油、陶瓷、玻璃、電子等行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。目前，陶瓷纖維材料在消防類(lèi)產(chǎn)品中的應(yīng)用，還停留在了低端的初級(jí)加工中，如陶瓷纖維防火毯等，對(duì)于產(chǎn)品的性能與市場(chǎng)挖掘還不夠深入。因此，我們項(xiàng)目選擇陶瓷纖維類(lèi)材料，通過(guò)研發(fā)，充分發(fā)揮其隔熱防火性能，實(shí)現(xiàn)粗加工到精加工的轉(zhuǎn)型升級(jí)。通過(guò)將陶瓷纖維材料進(jìn)行加工升級(jí)，使其與其他材料復(fù)合加工，最終成為具有更高的舒適性、延展性、耐熱性、防火性、隔熱性的陶瓷纖維復(fù)合材料。

三、陶瓷纖維民用火災(zāi)逃生裝備設(shè)計(jì)

陶瓷纖維民用火災(zāi)逃生裝備的系列設(shè)計(jì)的主要用途是高層建筑住戶在不可控火災(zāi)下的逃生保護(hù)，配套相關(guān)的周邊設(shè)計(jì)以及服務(wù)設(shè)計(jì)，是一種以追求逃生安全防護(hù)的防火類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，最終作用于逃生幾率的提高。適用于具有一般逃生能力的普通人使用，適用于發(fā)生在不可控的一般火災(zāi)下的逃生行為，如家庭火災(zāi)、商場(chǎng)火災(zāi)、酒店火災(zāi)等。

陶瓷纖維民用火災(zāi)逃生裝備的系列設(shè)計(jì)是基于陶瓷纖維這一材料的功能為主的服裝設(shè)計(jì)。在材料的選擇上由于陶瓷纖維的特殊性，充分考慮舒適度的問(wèn)題，舒適親膚的內(nèi)層面料以及阻燃耐火外層的功能性面料；在款式的設(shè)計(jì)方面符合人體工學(xué)的廓形設(shè)計(jì)，完美地貼合人體的生理曲線；細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方面考慮功能性原則，螺紋束口、護(hù)膝等的設(shè)計(jì)；色彩方面以在火災(zāi)中顯眼的紅黃藍(lán)為主，在色彩上具有標(biāo)識(shí)性。具體手繪設(shè)計(jì)效果圖如（圖1）所示。

陶瓷纖維民用火災(zāi)逃生裝備的系列設(shè)計(jì)在功能設(shè)計(jì)方面主要有五大核心功能構(gòu)成，分別是供氧系統(tǒng)、隔熱防火系統(tǒng)、穿戴系統(tǒng)、溫度感應(yīng)系統(tǒng)以及智能引導(dǎo)系統(tǒng)。

核心系統(tǒng)一，供氧系統(tǒng)，氧氣筒位于背部，氧氣罐頭部朝下，管道從肩部通過(guò)，直至口鼻處，并銜接至口塞處。此項(xiàng)系統(tǒng)可有效保證在火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中穿戴者的氧氣供應(yīng)，避免因缺氧而導(dǎo)致的窒息。

核心系統(tǒng)二，隔熱防火系統(tǒng)，本產(chǎn)品隔熱防火能力主要依賴(lài)于陶瓷纖維材料，同時(shí)結(jié)合其他面料，組成多層面料，共同構(gòu)成隔熱防火系統(tǒng)。

核心系統(tǒng)三，穿戴系統(tǒng)，一體式穿戴，火災(zāi)發(fā)生的情況下，裝備穿戴的速度直接決定了逃生時(shí)間的長(zhǎng)短以及逃生幾率的高低，一體式穿戴能夠幫助使用者盡快完成裝備的穿戴，增加逃生幾率。防護(hù)服上下衣與鞋子一體化，衣服與頭盔處于半銜接狀態(tài)，其主要入口為襠部至脖子處，采用內(nèi)外雙門(mén)襟拉鏈結(jié)構(gòu)，穿戴時(shí)拉開(kāi)拉鏈，進(jìn)入后拉上并貼好門(mén)襟，鎖死頭盔，完成穿戴。既節(jié)約了穿戴時(shí)間，也增強(qiáng)拉鏈處的防火隔熱能力。

核心系統(tǒng)四，溫度感應(yīng)系統(tǒng)，手套指尖的小方塊為紅外線測(cè)溫儀，可以對(duì)周邊溫度進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)在頭盔中放置的的耳機(jī)會(huì)根據(jù)溫度等級(jí)發(fā)出提示音，提醒溫度，并且將溫度顯示在頭部的透明面罩上。溫度感應(yīng)可有效地檢測(cè)周邊溫度環(huán)境，為消費(fèi)者提供合理的感知路線。

核心系統(tǒng)五，智能引導(dǎo)系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)溫度顯示、個(gè)人定位、路線規(guī)劃、服裝情況報(bào)告等功能，集中展示在智能頭盔及其UI面板中，為消費(fèi)者推薦最安全的逃生路線，提高消費(fèi)者的逃生幾率。火場(chǎng)溫度瞬息萬(wàn)變，除了基本的燃燒物自身的溫度及輻射熱外，還存在著偶然的轟燃情況，為了保證對(duì)火場(chǎng)溫度的掌控，盡量避免高溫灼傷，在UI面板中，會(huì)實(shí)時(shí)顯示周?chē)鷾囟茸兓┦褂谜咦龀霭踩由x擇。采用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，在穿上服裝時(shí)，會(huì)激發(fā)消防定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)給消防局發(fā)送個(gè)人位置信息，以便提供救援。該產(chǎn)品智能系統(tǒng)內(nèi)收錄各高層公共建筑和小區(qū)住宅內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)框架圖，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，通過(guò)紅外溫度感應(yīng)系統(tǒng)可感應(yīng)周?chē)h(huán)境溫度，規(guī)避著火點(diǎn)與高溫區(qū)域。通過(guò)智能語(yǔ)音助手向您實(shí)時(shí)匯報(bào)最新情況，同時(shí)可結(jié)合系統(tǒng)收錄的建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架圖，避面因?qū)?chǎng)所不熟而走彎路，耽誤最佳逃生時(shí)間，智能系統(tǒng)可規(guī)劃最佳逃生路線，使您安全快速逃離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)時(shí)展示服裝狀況，70%正常運(yùn)轉(zhuǎn)綠色、40%黃色、20%紅色，方便使用者在基于服裝損傷情況下做出最優(yōu)選擇。記錄逃生情況，并根據(jù)周?chē)鸁熿F與溫度變化自動(dòng)化選擇提醒使用者穿戴并報(bào)警。

圖1

四、結(jié)語(yǔ)

陶瓷纖維材料的研究及其在在服裝中創(chuàng)新應(yīng)用，為火災(zāi)逃生設(shè)備行業(yè)提供了一條新的探究方向。本文圍繞陶瓷纖維民用火災(zāi)逃生裝備的五大核心系統(tǒng)設(shè)計(jì)，整合各項(xiàng)設(shè)計(jì)資源，構(gòu)建完整的火災(zāi)逃生設(shè)備的設(shè)計(jì)體系，有效地提高了消費(fèi)者的火災(zāi)逃生概率，同時(shí)為火災(zāi)逃生設(shè)備行業(yè)的發(fā)展增添了新的可能。