基于气凝胶的高性能热防护纺织新材料的研究

热防护服是保护消防员的重要装备,其性能直接关系到消防员的生命、安全和健康。据统计59%的消防员死亡是由于心脏病及热应激所致。这表明传统热防护服存在很大弊端,主要是增加了热应激现象的发生,且过于厚重也显著降低了服装的舒适性能。SiO2气凝胶由于其纳米三维网络结构,具有很好的隔热性能。因此,本课题采用SiO2气凝胶、相变材料与纺织材料结合,开发出兼具功能性和舒适性的新型轻薄高性能隔热薄膜,将其与传统热防护面料结合,形成新型热防护面料系统。利用改进的热防护性能测试仪(Thermal Protective Performance Tester,TPP),采用传统 TPP/RPP(Radiation Protective Performance)法和最小暴露时间(Minimum Exposure Time,MET)法,分别对低、中、高三种强度下的新型热防护面料系统的热防护及热蓄积性能进行较为系统地研究和评价。采用锥形量热仪,探究了不同热防护系统的热降解性能。此外,探讨了新型热防护面料在水分存在(蒸汽及液态水)及其分布不同时对织物系统的热湿传递及防护性能的影响。采用了数值模拟方法,理论分析了新型隔热薄膜对热防护性能的影响;揭示了多层织物系统热传递过程的温度场、热流密度的分布及变化规律,特别是微胶囊相变材料与气凝胶的协同效应对薄膜及多层织物系统的温度场、热流密度分布的影响,预测了试验参数等因素对热防护性能的影响。