海洋救生浮力材料的发展与应用
2008年第5期
阅乡f丝润
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海洋救生浮力材料的发展与应用
杨宝娣1’2,顾
(1.苏州大学材料工程学院,江苏苏州
平1
215400)
215021;2.苏州市太仓质量技术监督局,江苏太仓
摘要:浮力材料是海洋资源开发和水上救生不可或缺的一种材料,国内外对其研究和关注的热度经久不衰。本
文介绍了当前国内外浮力材料的应用范围和发展概况,并对救生浮力材料的种类及材料结构作了简要说明。关键词:浮力材料;救生衣;产品性能;发展与应用
我国有着很长的海岸线,海洋资源极其丰富。随着海洋开发科学的兴起,利用载人或无人潜器在深海中直接进行观察、测量、取样以至设置必要的仪器设施、水下作业等深潜技术是必不可少的。由此,低密度、高强度的固体浮力材料在这一领域得到了广泛的应用[I≈]。水上救生装备更是保证在水域活动者或落水者安全的一种水上防护用品,广泛用于渔业、水上作业、水上运动等活动及海关缉私军队等特殊行业和部门。英、美等国一直致力于水上救生材料的研究和开发,并在技术上处于领先地位。
能中还要考虑材料在水中的浮力大小及浮力损失率。目前浮力材料在军用和民用上有广泛的应用,如漂浮于水面或悬浮于水中的浮缆、浮标、海底埋缆机械、海床基、救生衣,救生筏、游乐浮萍等。使用环境不同,对其性能要求也不一样。随着海洋技术的开发,浮力材料的应用前景广阔r3]。
表1浮力材料的应用范围和应用形式
应用范围
类型
材料
主要应用形式(另参见图I)
海洋臌辇售镳标笪銎浮力篆塞乏裂等
志
材料
“”’”1…”’
海军救生
军用救生陆军救生
1
浮力材料的应用范围及主要形式
美、日、俄等国从20世纪60年代末开始研究高
民用
磊弄蓥木薯类襞譬襞皆’救生球、
发泡塑料
空军救生救生
捏耍娱乐
篡用救生衣、儿童救生衣
漂浮氆、浮力游泳衣、游
7
鑫囊莩型
强度浮力材料,以用于大洋深海海底的开发事业。目前已研制出可用于6
000
”"Tr嚣篡誊合禁霉幕矿川计孙慑、钟材料等
rn的载人潜器,日本已
2
开始研制1万m深的水下机器人。我国对浮力材料的研究起步较晚,青岛海洋化工研究院研制的固体浮力材料可用于1
000
救生浮力材料的性能、种类及发展趋势
作为水上救生器具,无论由何种浮力材料制成,
m的水深,对于6
000
ITI
水深的浮力材料研究正在探索实验阶段。水上救生材料的研发历史长、进展慢,直到二战中,海上死亡人数惊人,才引起了各国对水上救生材料的重视。20世纪50年代,英国首先研制出了充气式救生衣,与此同时,美国也开始研究木棉、泡沫塑料、玻璃纤维等固体浮力救生衣并比较其优缺点,也研制出了充气救生衣,之后又在结构没计,材料开发方面做了大量研究,取得显著进展。
浮力材料实际使用时需浸泡在水中,要求耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击。在救生浮力材料的各种性
都应具有以下4种基本性能:
(1)安全漂浮性能浮力材料应提供足够的浮力,救生器具应有合理的浮力分布,以保证落水者可保持安全的漂浮姿势,口鼻高出水面而不影响呼吸。
(2)营救性能
救生器具应配备可营救信号,
如示位灯、哨笛等声光示位装置,颜色为国际通用186橙黄色;可对付水中危险的物品,如驱鲨剂;可供捞救的吊带等。
(3)保暖性能对于寒冷水域,救生器具应具
万方数据
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酒多●丝l|Ij
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有一定的保暖功能,避免落水者因在水中热量迅速丧失而导致体温下降过快而引起死亡。
(4)适体性能
救生器具要有一定的适体性,
携带方便,一定时间使用无不舒适感,并且不妨碍使用者的其他活动[4]。
在以上4种性能中,除营救性能外,其他3种性能足浮力材料本身所应具有的,表2列示了目前市场上出现的几种浮力材料。
等鎏誊煮登要毪::娑晨亳三篓薹5:。:警告篡譬竺驽羹电缆定位浮于;(e)水上浮标l(f)各型航标;(g)船用救生衣;(h)
绝热抗浸水保温暖;(i)儿童浮力游泳衣
围1浮力材料的应用形式
在上述几种浮力材料中,木棉是唯一的天然纤维,纤维内部中空,中空度高达80%~90%,因而体
万方数据
积密度小,浮力大,在注重绿色环保的今天无疑有着较大优势,但由于其韧性差,无弹性。目前多作为填充物使用,如何改善其性能,拓展其应用形式是今后的研究方向;泡沫塑料经过了PVC、PE、EVA及橡塑共混等几代产品,性能日趋完善,广泛应用于各种救生器具上,目前最新的低密度Flotex聚乙烯泡沫塑料300g就可以产生130kg的浮力,保暖性能好,且柔软性好,改变了塑料在人们心中僵硬不合体的印象;合成纤维的发展拓展了浮力材料的可选范围,中空纤维的存在,为合成纤维制成内含一定量空气的材料,提高浮力奠定了基础,合纤的弹性改善了纤维集合体的回弹性[6],但市场上的合成纤维中空度普遍不高,局限了其作为浮力材料的发展。新近问世的Eliotex纤维有着极佳的浮力性能与保暖性能,用这种纤维制成的浮力游泳衣250g就能让130kg体重的人在水面上漂浮,而其优异的保暖性能已使其成为冬奥会上美国、加拿大运动员服装的首选材料‘川。
3救生浮力材料的结构研究
救生浮力材料种类繁多,性能也各有千秋,作为个体救生最常用的就是救生衣,下面就救生衣的结构作简单论述:浮力材料作为填充料,外层包覆抗浸水材料制成的救生器具主要有救生漂浮垫、救生衣等。所使用的浮力材料主要有木棉纤维、木棉纤维与新合纤如中空涤纶、中空丙纶的纤维集合体或絮片以及泡沫塑料等(如图1
g)。
图2所示为Eliotex(又称Insultex)织物结构,外层为防水织物,中间为Eliotex薄膜结构。其特
点是富含微小气囊,轻薄、保暖,一层Eliotex织物¨…~田…。。…¨…卜…
………w
就可让穿用者抵御一25℃的寒冷气候,lyd2Eliotex
织物厚度仅0.533mm、重量仅为11.91g,且其浮力很大,用于制成浮力游泳衣和保暖服。图3所示为北京泽泰科技有限公司生产的GORE—TEX织
3.1填充浮力材料
3.2层压复合材料
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图2
Eliotex织物结构原理示意
图3Gore-rex织物结构原理不薏
物,该织物由外层织物、GORE-TEX薄膜、底层织物三层复合而成,织物结构为95/5Nomex-Kevlar/水,能够为穿用者在7.2℃条件下提供2h防护,用于空军和海岸警备救生[6]。如夹层漂浮织物,将聚苯乙烯珠粒或不吸水高密封度的发泡聚乙烯薄片置于两层织物之间,用针刺或缝合的方法将其与两层织物结合在一起,则制成柔软透气的漂浮织物。可用于制作漂浮垫等。法国Noveltex公司开发了针刺、缝合立体织物的工艺技术,大大降低了立体织物的成本,拓展了立体织物的应用范围口]。
三维织物最初是为替代昂贵的耐高温金属合金而开始研究的,用于航空航天领域(图4为由超轻量纤维三维结构织物制成的飞艇)。三维织物较之二维织物具有不分层、质量轻、比强度高、抗冲击、耐腐蚀等特点,广泛用于航空、
图4飞艇
航海、汽车、建筑及消费工业领域。立体织物的成型
万方数据
方法有多种,包括编织、机织、穿刺、针织和无纺等。三维机织物的主要结构形式可分为正交结构、角连锁结构和三明治夹心结构。立体织物的纤维多数采用不加捻的长丝,为获得高强度、高摸量、耐高温、耐腐蚀等特殊性能的高级复合材料,要求采用伸长率低、耐高温、高强度的碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、硼纤维等。用于浮力材料的纤维多为碳纤维和玻璃纤维,可制成救生艇l
8q0]。
4结束语
从从事海洋开发和水上救生开始,人们就没停止过对浮力材料的研究,已从最早的只注重浮力大小到重视各方面的综合指标,如浮力损失、保暖性、适体性、安全分布等等。在众多的浮力材料中,质轻疏水的纺织浮力材料具有柔软贴体的特征,是其它浮力材料无法替代的,人们一直在对它的性能和结构进行开发和研究,在合成纤维世界里,新型浮力材料也在不断涌现,向着更轻、更薄、更保暖的方向发展。而就现有浮力材料而言,人们对其结构研究也从未停止过,固体浮力材料的一些复合结构也是纺织浮力材料可以借鉴的。研制质轻、保暖、贴体的浮力材料,既可用于水上救生,还可用于深潜人员的救生装备,无疑对于海洋技术的开发,具有较大的意
义。
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收稿日期:2008一05—20
GORE-TEX膜/100%Nomex。其特点为阻燃防3.3针刺、缝合复合材料
3.4三维织物复合材料
海洋救生浮力材料的发展与应用
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
杨宝娣, 顾平, Yang Baodi, Gu Ping
杨宝娣,Yang Baodi(苏州大学材料工程学院,江苏,苏州,215021;苏州市太仓质量技术监督局,江苏,太仓,215400), 顾平,Gu Ping(苏州大学材料工程学院,江苏,苏州,215021)国外丝绸
GUOWAI SICHOU2008,23(5)
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引用本文格式:杨宝娣.顾平.Yang Baodi.Gu Ping 海洋救生浮力材料的发展与应用[期刊论文]-国外丝绸 2008(5)