多層熱防護(hù)服溫度薄膜現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究

陳卓瑤，張開(kāi)心，簡(jiǎn)明慧，齊幸幸，王 黎

（西安交通工程學(xué)院，陜西 西安 710300）

在每個(gè)城市都有一批默默付出的基層工作者，其中最為辛苦的是環(huán)衛(wèi)工人，他們對(duì)每個(gè)城市有著不可或缺的作用。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)生工作者主要是中老年人，75%的受訪者希望改善自己的工作服[1]，同時(shí)根據(jù)在近幾年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，普通環(huán)衛(wèi)工人在工作時(shí)都必須穿著工服，但這些工作服有一些功能上的缺點(diǎn)和不舒適性，尤其是在寒冷的冬季和炎熱的夏季，弊端會(huì)十分明顯。特別是夏季，長(zhǎng)時(shí)間露天的環(huán)衛(wèi)工作導(dǎo)致身著工作服的環(huán)衛(wèi)工人悶熱大量出汗，舒適性差[2]。針對(duì)普通工服的不足，我們通過(guò)研究新型薄膜材料，薄膜是工作服最主要的一種材料，薄膜應(yīng)用的環(huán)境和條件不同，往往應(yīng)用中對(duì)薄膜的耐溫性有一定的要求，與金屬、陶瓷、玻璃等傳統(tǒng)材料相比，塑料的整體耐熱性不高，這使得防護(hù)服在高溫作業(yè)中使用率很低。塑料薄膜的耐熱性因它們的類型而不同，有的耐熱性低，有的耐熱性高[3]。文章通過(guò)對(duì)目前環(huán)衛(wèi)工服主要材料性能進(jìn)行分析，總結(jié)出存在的主要問(wèn)題是耐熱性不高。

一般按照薄膜絕緣材料的耐熱等級(jí)中，長(zhǎng)期工作溫度達(dá)到H級(jí)180 °C以上，可以稱為耐高溫薄膜，而我們傳統(tǒng)界定指耐溫達(dá)到200 °C以上的成為耐高溫薄膜。

1 目前薄膜性能分析

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，目前各類型特種作業(yè)人員防護(hù)服主要材料有聚四氟乙烯（PTFE），聚醚醚酮（PEEK），聚酰亞胺（PI），液晶聚合物（LCP），聚苯硫醚（PPS）主要性能如下：

1.1 聚四氟乙烯（PTFE）薄膜

以四氟乙烯為單體聚集融合而成的高分子有機(jī)物稱為（PTFE），呈現(xiàn)蠟狀白色，半透狀，具有優(yōu)良的耐熱、耐冷性，密度約2.2克/毫升，可長(zhǎng)期使用于-181 ℃～261 ℃的特殊環(huán)境。這種材料與許多有機(jī)溶劑都不會(huì)發(fā)生反應(yīng)，也不會(huì)相溶于所有有機(jī)溶劑。聚四氟乙烯的摩擦性非常小，它具有十分好的潤(rùn)滑效果。耐蝕性，它對(duì)大多數(shù)化學(xué)藥物和化學(xué)試劑都不會(huì)反應(yīng)，與酸性強(qiáng)或者堿性強(qiáng)的有機(jī)溶劑都不會(huì)反應(yīng)；它具有很好的承受氣候變化的能力，并且它的可使用時(shí)間是所有塑料里最長(zhǎng)的；它是光滑性能最低的固體原料，它的表面不會(huì)粘附任何物質(zhì)且它的表面張力十分低；它還可制造人造的器官，無(wú)毒、無(wú)生理活性。

1.2 聚醚醚酮（PEEK）薄膜

PEEK是聚醚醚酮的英文簡(jiǎn)寫(xiě)，是在主鏈中含有兩個(gè)醚鍵和單個(gè)酮鍵的重復(fù)單元所聚合的高聚合物，一般采用與芳香族二元酚基縮合成的一種聚合芳醚類高聚合物，是一種半晶體的高分子材料，PEEK膜是6大特種耐溫工程材料之一（PEEK聚醚醚酮、PSF聚砜、PI聚酰亞胺、PAR聚芳酯、PPS聚苯硫醚、LCP液晶聚合物），PEEK材料的密度約為1.30 g/ml左右，熔點(diǎn)345 ℃，軟化點(diǎn)168 ℃，拉伸強(qiáng)度132～148 MPa，用玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)的PEEK制品在240 ℃的高溫下，機(jī)械強(qiáng)度也不降低，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料和電絕緣材料[4]。

1.3 聚酰亞胺（PI）薄膜

polyimide簡(jiǎn)稱PI即為聚酰亞胺，它是一種可承受高熱量的高分子聚合物，其主鏈上帶有琥珀酰亞胺環(huán)或鄰苯二甲酰亞胺，通常由二胺或者二酐組合形成。當(dāng)前它是工業(yè)中最常見(jiàn)的聚合物原料之一，分解溫度為545 ℃至600 ℃，其工作溫度為200 ℃～380 ℃。它有很好的尺寸穩(wěn)定性、不容易被氧化、抗輻射性、絕緣性、耐腐蝕性、耐磨性和高強(qiáng)度。

聚酰亞胺薄膜呈淡黃色透明，相對(duì)密度1.38至1.46，可在245 ℃至280 ℃的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間使用，玻璃化溫度分別為281攝氏度（Upilex R）、385 ℃（Kapton）和500 ℃以上（Upilex S）。20 ℃時(shí)拉伸強(qiáng)度可達(dá)到200 MPa，200 ℃時(shí)大于100 MPa。

1.4 液晶聚合物（LCP）薄膜

LCP的全稱是液晶聚合物材料，簡(jiǎn)稱LCP。它是一種新型的高分子材料樹(shù)脂，主要是縮聚反應(yīng)合成獲得，與其他有機(jī)高分子聚合物對(duì)比，液晶聚合物具有相對(duì)特別的熱反應(yīng)和分子元素機(jī)構(gòu)，這種材料在溶劑中加熱或熔化后失去了大部分固體材料的性質(zhì)，但產(chǎn)生一種液態(tài)部分與固態(tài)部分的性質(zhì)，過(guò)渡中間相-液晶態(tài)，分子的位置在理想晶體和理想液態(tài)之間，LCP具備良好的耐熱性，其加工溫度達(dá)到300 ℃～400 ℃，熱變形溫度約260 ℃～315 ℃[5]。

由于液晶聚合物的各向異性，它具有高強(qiáng)度、高彈性模量、自增強(qiáng)性能、優(yōu)良的抗熱性、抗冷性、很強(qiáng)的耐蝕性、阻燃性、氣電特性和成型加工性。其膨脹系數(shù)非常小，摩擦也非常小，還具有優(yōu)良的抗輻射性和優(yōu)良的微波傳輸性能。

1.5 聚苯硫醚（PPS）薄膜

聚苯基硫醚是聚苯硫醚的全稱，英文簡(jiǎn)寫(xiě)為PPS，苯硫基的熱塑性樹(shù)脂在其分子主鏈中分布，聚苯硫醚是一種晶體高分子聚合物。25 ℃環(huán)境溫度密度為1.36 g/ml，玻璃化溫度為150 ℃；熔點(diǎn)281 ℃，也是六大特種耐溫工程材料之一。

聚苯基硫醚樹(shù)脂具有很好的耐熱性、耐蝕性、抗輻射性、阻燃、平衡的物理性能和極好的穩(wěn)態(tài)性以及良好的電性能等優(yōu)點(diǎn)，其耐熱性能介于PET材料和PI材料之間，聚苯基硫醚樹(shù)脂通過(guò)填補(bǔ)、改良后大量用于做特殊種類作業(yè)塑料和各種功能性的薄膜、涂層材料和復(fù)合材料。

聚苯基硫醚薄膜可以通過(guò)各種工藝進(jìn)行成型加工，包括吹膜法、流延法或拉伸法進(jìn)行生產(chǎn)，但國(guó)外較常用的生產(chǎn)工藝為雙向拉伸法，拉伸溫度約在80 ℃～120 ℃，拉伸比約為2～6倍，定型溫度為220 ℃。

涂層工藝后，涂層布表層采用密閉涂層劑密封，涂層的親水基或通過(guò)其他方式形成的微型孔狀結(jié)構(gòu)保證了織物表層的透濕性。復(fù)合面團(tuán)是由特殊薄膜（微型孔狀薄膜、聚氨酯透水薄膜等）與聚四氟乙烯超防水透水復(fù)合面料等復(fù)合面料復(fù)合而成。由于織物的主要膜孔的孔徑遠(yuǎn)低于水滴的直徑，可以有效預(yù)防血液和體液的浸透，微孔變得更加多孔，孔徑大于直徑，透濕性更好，因?yàn)樗魵夥肿樱魵夥肿涌梢宰杂赏ㄟ^(guò)。

經(jīng)過(guò)對(duì)以上材料的調(diào)查分析，對(duì)比每個(gè)材料的優(yōu)劣性能對(duì)比分析，聚四氟乙烯比較符合我們的要求，可以在高、低溫中使用，而且做到不影響薄膜的性能；同時(shí)在使用中難免會(huì)接觸強(qiáng)酸強(qiáng)堿物品，此薄膜有良好的耐腐蝕性和密封性，不會(huì)與皮膚接觸；它還有良好的抗老化耐力，增加了防護(hù)服的使用年限。所以最終我們選擇聚四氟乙烯。

2 市場(chǎng)需求分析

如今社會(huì)在高速發(fā)展，我們的祖國(guó)也越來(lái)越強(qiáng)大，這些都離不開(kāi)每一位特種作業(yè)人員在自己崗位上默默無(wú)聞的付出，他們用汗水鑄就了我們現(xiàn)在的美好生活，因此國(guó)家對(duì)于特種作業(yè)人員的關(guān)注程度越來(lái)越高。工業(yè)防護(hù)服是特種工作人員的必要工具，其防護(hù)服的性能優(yōu)良很大程度上影響著工作人員工作環(huán)境的舒適性，然而現(xiàn)有工業(yè)防護(hù)服、環(huán)衛(wèi)工工作服等都缺乏舒適性，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們利用聚四氟乙烯所研究的薄膜在防護(hù)服舒適度上便有了很大的突破和提升，聚四氟乙烯樹(shù)脂經(jīng)成型、燒結(jié)、冷卻成坯、車削、壓延，形成聚四氟乙烯薄膜，這樣的材料和制備工藝使環(huán)衛(wèi)工人得到一個(gè)舒適的著裝體感，所以這種特殊防護(hù)服有很大的發(fā)展前景。

3 多層熱防護(hù)服研究展望

在工業(yè)防護(hù)服未來(lái)需求量巨大以及政府對(duì)于工業(yè)人員的高度重視情況下，我們利用聚四氟乙烯材料對(duì)目前市面上的普通防護(hù)服進(jìn)行加工再處理，其中，無(wú)紡布復(fù)合材料和聚乙烯透氣膜對(duì)防止細(xì)菌病毒的侵入和防止液體的浸入非常有效，還可以通過(guò)改變合成布的柔韌度來(lái)改變品質(zhì)，并且具有較高的抗拉強(qiáng)度和優(yōu)異的性能。顯著提高通氣性和適意性，耐消毒，不具有有毒物質(zhì)，重量60～100 g/m2。它具有很好的性價(jià)比，用它制成的工作服和防護(hù)服可以保護(hù)工人免受環(huán)境影響，并且對(duì)工人起到很好的保護(hù)作用，使環(huán)衛(wèi)人員長(zhǎng)時(shí)間露天的環(huán)衛(wèi)工作感到舒適，以便他們能更好地投入工作中。除此之外，隨著原材料使用技術(shù)的不斷進(jìn)步，聚四氟乙烯薄膜材料的不足正在逐漸被改進(jìn)，從而使它不僅在防護(hù)服的研究領(lǐng)域，更在光學(xué)、電學(xué)、醫(yī)學(xué)、工業(yè)防滲等多個(gè)領(lǐng)域有著很好的發(fā)展前景。

4 總結(jié)

文章通過(guò)對(duì)多層熱防護(hù)服溫度薄膜性能分析及市場(chǎng)需求分析，對(duì)多層熱防護(hù)服溫度薄膜研究進(jìn)行展望，為解決防護(hù)服薄膜材料耐熱性不高以及防護(hù)服舒適性而選擇它，它的細(xì)菌病毒防侵性和液體防滲性非常好，并且可以通過(guò)改變復(fù)合材料的柔和度來(lái)改變質(zhì)感，具有較高的抗拉強(qiáng)度、優(yōu)良的通氣性，大大提高了適意性。它是一種無(wú)毒的聚四氟乙烯薄膜，可以承受消毒。同時(shí)，在如今防護(hù)服需求量大的現(xiàn)狀下盡可能讓材料簡(jiǎn)單化從而增加防護(hù)服的產(chǎn)量。