國內外抗浸服的發(fā)展研究

時祿禎 唐 虹 薛 霜 張成蛟

（1.南通大學，江蘇南通，226019；2.際華集團股份有限公司，北京，100000）

我國內陸水域線長且面廣，航道復雜，水文氣象多變，港口數(shù)量眾多，水上險情時有發(fā)生。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，水上運輸、生產(chǎn)、旅游等快速發(fā)展，重大船舶事故逐漸增加?？菇撬丫热藛T進行水域搶救時必不可少的個體防護裝備，用于突發(fā)的水上安全事故，防止搜救人員作業(yè)過程中因服裝浸濕而導致體內熱量散失造成的身體損傷甚至死亡，最大限度地保障搜救人員的生命安全，并便于搜救人員進行救助［1］。目前，我國還沒有建立抗浸專用的被裝體系及保障制度，而歐美等一些國家研究的抗浸裝備較為先進齊全，本研究總結了國內外抗浸面料及抗浸服的研發(fā)現(xiàn)狀，為抗浸服的改進提供參考。

1 抗浸面料研究現(xiàn)狀

對于抗浸服而言，其面料不僅要具備良好的抗浸防寒性能，同時要滿足穿著的熱濕舒適性，以達到最佳的防護效果。當水上作業(yè)遇到險情時，抗浸面料能有效阻止水分滲入，減少人體熱量散失，同時具有吸濕透氣性能，防止汗液冷凝凍傷人體，盡可能延長穿著者在水中的存活時間，降低損傷。

目前抗浸面料主要分為涂層織物、層壓復合織物、拒水整理高密織物以及具有抗浸性能的智能織物等［2-4］。

涂層織物是比較常見的抗浸面料。杜邦公司生產(chǎn)的氯丁橡膠涂層織物的防水效果較好，可用于緊急救生衣面料，或手腳腕、頸部等開口部位的密封圈，但其幾乎沒有透濕性，所以不適合用作水上搜救服面料［5］?；蒽`頓公司生產(chǎn)的PU涂層防水透氣錦綸面料具有良好的透氣性和防水性，可以用于戶外運動服、搜救服等功能性服裝。

層壓復合織物是將一層或多層織物與高聚物薄膜進行層壓，形成一種多功能織物復合體，也是目前市場上使用較廣泛的材料。美國Gore公司研發(fā)的聚四氟乙烯微孔薄膜具有良好的防水透濕性，Gore-Tex薄膜常用于各類防潑水、防風的戶外產(chǎn)品中。周海研究了層壓復合材料在脫險抗浸服中的應用，指出現(xiàn)有抗浸服材料的適體性和保暖性較差，設計了一款新型層壓材料，外層是經(jīng)過拒水整理的氨綸與錦綸經(jīng)編織物，具有高彈性、高強度、高耐磨牢度的特性；中間層為聚四氟乙烯薄膜，具有良好的防水透濕性能，在阻止海水滲入的同時并不妨礙汗液散發(fā)，其截面的網(wǎng)格結構能有效阻止外界空氣進入，減少蒸發(fā)散熱；內層選用細特的遠紅外丙綸織物。試驗結果表明：該層壓復合織物有效提升了面料的保暖、透氣、耐磨等性能，實現(xiàn)了功能的倍增，同時這種新型材料成本低、來源廣，在商業(yè)和軍事領域都有較大的應用空間。ZHANG X等人開發(fā)了一種基于鈷絡合物的超吸濕材料，通過加速汗液蒸發(fā)，制造濕氣觸發(fā)的能量收集裝置［6］。該材料具有透明的薄膜結構、快速的吸收動力以及高吸水性，將材料集成到透氣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，防止汗液堆積，為人體提供干燥舒適的微氣候，有效防止細菌或真菌感染；可穿戴能量收集裝置由8個串聯(lián)的電化學電池組成，夾在兩個透氣防水的聚四氟乙烯薄膜之間，可以將汗液通過電子設備蒸發(fā)產(chǎn)生的能量儲存起來，在可穿戴式電子設備領域具有廣闊的應用前景。Mustang公司研發(fā)了一款具有良好吸濕透氣性能的織物，其使用了Total Comfort System技術，由阻水透濕的薄膜層和織物與泡沫以特殊結構縫制而成，具有良好的保暖透濕性，但由于工藝復雜、成本較高，僅對飛行員配備［7］。

致密親水膜防水透濕織物是在大分子鏈上增加親水基團，通過氫鍵和分子間的作用力，將水氣分子從高濕度向低濕度一側傳遞，達到透濕效果；同時薄膜本身的連續(xù)性和膜張力使織物具有良好的防水性。具有防水透濕性能的智能材料可以使織物在干態(tài)-濕態(tài)下呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，并對環(huán)境做出反應。賀昌城對滌綸織物進行接枝改性，使纖維表面形成聚丙烯酸水凝膠層，試驗結果顯示：織物透水率明顯降低，透濕透氣率增加。劉書芳等制備了凝膠復合型智能抗浸面料，基于涂層法使溫敏性共聚物NTBA-co-AAM在交聯(lián)劑BTCA的作用下變成三維交聯(lián)凝膠，并與棉織物結合，利用紅外光譜以及掃描電鏡觀察是否結合成功［8］。試驗結果表明：棉與凝膠結合后阻水性能大幅提升，一定程度上可以完全阻水，但織物的透濕性能有所下降，還需進一步研究改進。

2 抗浸服研究現(xiàn)狀

2.1 抗浸服分類

人體在寒冷的水中熱量會急劇散失，人體暴露在寒冷水中的存活時間非常短，因此抗浸服是水上作業(yè)、救生必需裝備。抗浸服有多種分類方式，按作業(yè)環(huán)境分為濕式抗浸服和干式抗浸服［9］；按用途分為遇險臨時穿用抗浸服和抗浸工作服；按服裝款式分為胸臂式、胸前直開式和胸前斜開式，如圖1所示?？菇诠ぷ鳝h(huán)境中常與其他用品配套使用，如抗浸頭套、抗浸手套、便攜式單人脫險抗浸服狀態(tài)檢測儀、快速上浮脫險裝置等［10］。目前我國還未建立抗浸服相關標準，完善的緊急搜救體系、健全的緊急搜救保障制度以及先進的搜救裝備還需進一步研究和規(guī)范。

圖1 抗浸服款式分類

2.2 抗浸服開發(fā)

抗浸服是用于水上作業(yè)、救生的特殊防護服裝。水的導熱系數(shù)大于空氣，因此人體熱量在水中的散失速率遠快于在空氣中。為保障在低溫水域中人體的生理機能，抗浸服應具備相關性能。首先，抗浸服設計應符合防護救生裝備的相關要求；其次，應滿足穿脫方便、輕薄合體、運動舒適的需求；最后，服裝應保證人體在低溫環(huán)境中、一定時間內維持一定的熱量?，F(xiàn)有的抗浸服已經(jīng)具備基本的防寒抗浸功能，在此基礎上開發(fā)可以滿足不同作業(yè)環(huán)境需求的具有更高性能、更多功能的新型抗浸服顯得尤為重要。

肖紅等人采用柔軟的NBR/PVC共混泡沫塑料，研發(fā)了新型泡沫塑料救生衣［11］，試驗表明：NBR與PVC共混比例在50∶50時，產(chǎn)品的柔軟度和性能最佳；技術上采用壓膜成邊角圓潤型的泡沫浮力內芯，使救生衣更加適體、易彎曲且彈性回復性好，穿著舒適，滿足水上作業(yè)需求。李萌等對新型救生衣的結構進行改良，將救生馬甲和短褲連接組合，增加固定帶、發(fā)光裝置、扣合件以及拉鏈，方便快速穿脫［12］。試驗表明：該救生衣具有足夠的浮力，發(fā)光哨笛裝置利于夜間的迅速定位，大大增加落水者生存幾率。陳虹等人制備了水上救生式雙防服，對比不同樣品的吸水率，選用吸水率最低的具有三明治結構的SBR復合材料［13］；浮力及浮力損失測試依據(jù)GB/T 4303—2008《船用救生衣》標準，選用漂浮能力極強的軟質泡沫塑料NBR制備漂浮系統(tǒng)，制得的水上救生式雙防服穿著舒適、安全系數(shù)高，可滿足海上救生個體防護裝備的需求。劉詩涵等人開發(fā)了一款基于衛(wèi)星定位的智能水上救生衣系統(tǒng)［14］，針對水上作業(yè)人員存在的安全隱患，該救生衣系統(tǒng)將衛(wèi)星定位技術與無線通信技術結合，在衣服內部設有衛(wèi)星定位、測距、測速、測水溫以及發(fā)出求救信號的裝置，降低搜救難度，增加了落水者生還的機會。

2.3 抗浸服評價

抗浸服評價主要包括抗浸織物以及服裝整體的性能評價。

2.3.1 抗浸織物性能評價

抗浸織物需具備防水、防寒、透濕透氣等性能。防水測試通常借助現(xiàn)代防水檢測儀器，測試水分從一側透過另一側所需要的曲撓次數(shù)或時間［15］；織物的抗?jié)B水性以靜水壓為依據(jù)，涂層分布均勻且具有一定牢度的織物抗?jié)B水性較好［16］；織物保暖性按照GB 11048—1989《紡織品保溫性能測試方法》對織物的保溫率進行測試［17］。而織物的透濕透氣性能是重要的服用性能之一，相關評價研究較多。

影響織物透濕性能的因素主要包括出汗速度、溫濕度等環(huán)境因素以及纖維組成、織物結構等內部因素［18］；織物透濕性差，汗液不能散逸出去，導致皮膚與織物間的微氣候濕度增加，使人體感到黏膩、不舒適，甚至在潮濕條件下人體與織物間的摩擦增大，使皮膚生瘡、起水泡等［19-22］。張才前等人基于織物在干燥狀態(tài)和濕潤狀態(tài)下電阻值的顯著差異研發(fā)了自動測試織物導濕排汗的方法，對比了毛細效應法、質量稱量法［23］。試驗結果表明：自動測試裝置測試重復性和再現(xiàn)性好，可以測試液滴在織物內部的擴散及蒸發(fā)情況，操作效率高，試驗誤差??；質量稱量法可以更準確地測試織物的干燥時間。WOODRUFF C W等人通過透濕杯法測試了織物的透濕性能［24］，結果表明：織物透濕量與其親疏水性、織物結構的疏密程度有關。SARICAM C等人通過滴水稱量法測試了不同織物的透濕性［25］，但測試過程繁瑣，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定的人為因素而導致試驗誤差。WANG X等人研究了織物在運動過程中表面溫度的變化對穿著者舒適性的影響，采用新型動態(tài)測試裝置，模擬大風條件，測試織物吸濕過程表面溫度的變化［26］。研究發(fā)現(xiàn)：滴水后溫度驟降，然后趨于穩(wěn)定，最后回升與環(huán)境平衡；當風速較高時，蒸發(fā)速度加快，表面溫度降低。由于該方法無法完全模擬真實出汗情況，因此不能客觀評價織物的快干性能。林楠等人研究了保溫救生衣對低溫海水浸泡犬的保護作用［27］，采用對照法將兩組分別穿保溫救生衣和普通救生衣的中華田園犬浸泡在海水中，觀察其生存情況（包括呼吸、心率等指標）。結果顯示：試驗組存活時間均大于4 h，而對照組在4 h內的死亡率為100%，因此保溫救生衣能有效維持落水者的體溫，延長存活時間。熱濕舒適性是衡量抗浸服防護性能的重要指標之一。有研究指出，維持人體的熱平衡、代謝產(chǎn)生的熱量必須從身體散發(fā)到環(huán)境中，如果干燥的熱傳遞不足以消散，人體分泌的汗水蒸發(fā)會加劇熱量損失。因此，服裝的透濕性能是維持物理舒適性的一個重要指標。CELCAR D等人使用出汗暖體假人評估商務服裝系統(tǒng)的熱濕傳遞性能以及影響因素［28］，結果顯示：不同環(huán)境和出汗條件下，服裝影響皮膚表面與環(huán)境之間的微氣候和蒸發(fā)熱損失。

2.3.2 抗浸服整體性能評價

抗浸服整體的性能評價主要包含兩個方面：一是服裝的抗浸防寒效果；二是服裝的熱濕舒適性能。服裝防水效果由面料的拒水能力和服裝整體的密閉性決定。抗浸服一般配有防水帽、防水手套、防水襪等裝備，與服裝相連，拼接及開口處的封閉處理尤為關鍵，一般采用橡膠圈、防水拉鏈等防止水分滲入。目前抗浸服的評價標準主要以歐洲發(fā)布的EN 14225《潛水服》系列標準為參考，分別為EN 14225—1：2017《潛水服 第1部分：濕式潛水服要求和測試方法》、EN 14225—2：2017《潛水服第2部分：干式潛水服要求和測試方法》和EN 14225—3：2017《潛水服 第3部分：自動加熱或冷卻服裝系統(tǒng)和組件要求和測試方法》，該系列標準全面介紹了潛水服性能的評價流程，如圖2所示。

圖2 性能評價流程

該系列標準的測試項目和技術要求簡要介紹如下。

對耐冷和耐熱性能的技術要求：每套服裝及其組合材料進行70℃±3℃、16 h±30 min的耐高溫試驗及—20℃±3℃、3 h±5 min的耐低溫試驗，要求試驗后無明顯撕裂損壞及龜裂扭曲現(xiàn)象。

對耐鹽霧性能的技術要求：每套服裝及其組合材料浸沒在15℃～25℃的人造海水中8 h±15 min后進行外觀檢驗，要求表面無明顯腐蝕破損現(xiàn)象。

對水中耐重復增壓性能的技術要求：在水中反復增壓10個連續(xù)循環(huán)，每個循環(huán)包括壓力增至0.6 MPa（3 min內）、維持0.6 MPa（10 min）、釋放壓力（5 min內）這3個階段，要求反復增壓后材料損失低于原始厚度的5%。

對材料拉伸性能及彈性恢復的技術要求：采用拉伸試驗儀，使材料在150 N±5 N的壓力下維持10 s，要求材料不斷裂，永久伸長少于原始長度的5%。

對接縫及閉合系統(tǒng)強力的技術要求：采用拉伸試驗儀，接縫及閉合系統(tǒng)（如拉鏈、粘扣帶等）在100 N±5 N的拉力下10 s不開口。

對實際性能的技術要求：實際性能評價分為整體工作、下肢活動、呼吸以及上肢活動4個方面，分別對應0級至11級評分，5級以上說明存在嚴重的問題。

3 抗浸服發(fā)展趨勢

目前國內外抗浸服的研究仍處于發(fā)展階段。相較國內而言，國外在面料開發(fā)、款式結構設計、標準制定、評價檢測等方面更為領先；我國還未建立完善的抗浸裝備體系，現(xiàn)存的抗浸服仍存在結構設計不科學、舒適性差、功能不齊全等問題。為促進抗浸產(chǎn)品的全面升級，為水上作業(yè)人員提供可靠、性能優(yōu)異的防護裝備，以下3方面是今后抗浸服的發(fā)展趨勢。

（1）輕薄防護。開發(fā)輕薄型抗浸防寒面料，減輕服裝自重，優(yōu)化滌綸和防水透氣膜復合技術，利用覆膜、層壓等技術制備防護性強、輕質、可重復利用、強度高的復合結構功能性織物，替代傳統(tǒng)涂層材料，從根本上改變傳統(tǒng)面料厚重、臃腫、防護性能低等缺陷。

（2）符合人體工學。將人-機-環(huán)境有效結合，針對水上作業(yè)人員工作特征、運動特征、工作環(huán)境，研究基于人體特征的防護服設計，通過防護服整體、局部的區(qū)分設計，提升作業(yè)靈活性，改善穿著舒適性，提升綜合運動能效；基于人體的生理特征，使用暖體假人對服裝的熱濕舒適性進行評價，最大限度地滿足人體生理需求。

（3）智能服裝。將新型技術裝備與傳統(tǒng)抗浸服相結合，例如增加導濕排汗系統(tǒng)、GPS定位、快速漂浮系統(tǒng)、加熱保溫裝置等，最大限度地保障生命安全，更加高效地完成搜救任務。