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PAN -二氧化硅气凝胶纳米纤维膜在防护服装系统中

服装家居    2021-09-18 16:47

防护纺织品是旨在保护穿戴者免受各种环境中有害物质侵害的面料或与衣物相关的物品,被认为是任何危险条件下的最后一道防线。防护服系统通常由可渗透和不可渗透的织物的不同层组成,以提供可靠的保护,因此往往很厚大。不可渗透的材料通常在两个方向上都是不透水的,通过抑制空气和湿气通过织物的传输,在炎热和潮湿的条件下引起热疗。因此,衣服的透气性与穿着者在高温下工作的热舒适性有关的重要因素。因此,开发具有最大保护和最佳热舒适性的轻便、透气的防护服是必不可少的。

 

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在这项研究中,作者将电纺PAN -二氧化硅气凝胶纳米纤维膜与针刺粘胶非织造布结合在一起,开发出一种新型的柔性防护服,以达到所要求的防护水平和可接受的穿着舒适性。在将纳米纤维膜夹在非织造层中后,对其特性进行了表征和评估,以进行化学和热保护。PAN-二氧化硅气凝胶纳米纤维的分析表明,气凝胶颗粒是随机分布在膜中的。嵌入了功能化纳米纤维膜的非织造基材是一种轻巧、柔软而有弹性的织物,具有多种保护性能。新开发的织物表现出优异的抗辐射热和液体化学渗透性。此外,由于减少了汗液在材料上的积聚,改善的热和湿气透过率以及高的蒸发冷却指数表明了服装可接受的热舒适度。此外,适当的透气性和水分管理性能表明汗液蒸气通过膜扩散,从而在衣服皮肤的微环境中提供了良好的热舒适性。相关研究成果以“Electrospun polyacrylonitrile–silica aerogel coating on viscose nonwoven fabric for versatile protection and thermal comfort”为题目发表于期刊《Cellulose》上。

 

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图1生产非织造-PAN和非织造-PAN-二氧化硅气凝胶织物的示意图。

 

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图2 纯PAN纳米纤维和b PAN-二氧化硅气凝胶(4.0%)纳米纤维的SEM显微照片,纯PAN(PF)和4.0%气凝胶含量(PAF2)的PAN-二氧化硅气凝胶纳米纤维的c EDX和d FTIR光谱。

 

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图3纳米纤维膜集成前后织物物理参数a厚度和重量、b抗弯刚度的变化。

 

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图4织物的液体穿透阻力a保持和b液体对织物的穿透。

 

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图5分别去除顶层织物控制织物,PAN非织造布,PAN气凝胶非织造布(2.0%)和PAN气凝胶非织造布(4.0%)对a1的化学药品后的耐化学性机理, b1,c1,d1高表面张力(氢氧化钠溶液50.0%w / v:101.0达因cm-1)和a2,b2,c2,d2低表面张力(甲醇:22.7达因cm-1)。

 

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图6织物的热保护。a达到疼痛阈值(T44)和不可逆的二级燃烧温度(T55)所需的比较辐射耐热性能b。数据表示为平均值±标准偏差(SD)。

 

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图7在5 s (a1, b1, c1, d1)和60 s (a2, b2, c2, d2)时,a对照布、b PAN -二氧化硅气凝胶非织造布、c PAN -二氧化硅气凝胶非织造布(2.0%)和d PAN -二氧化硅气凝胶非织造布(4.0%)的红外热像图。

 

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图8织物的热舒适性。a热阻(Rcf)和蒸发阻力(Ref) b空气渗透性和水分渗透性指数(imt)。数据以均数±标准差(SD)表示。

 

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图9湿润120 s后,液体从织物内表面转移到织物外表面。

 

结论:

通过将二氧化硅气凝胶颗粒整合到PAN溶液中,成功地成功开发了电纺纳米纤维膜。通过将PAN-二氧化硅气凝胶NFs夹在粘胶非织造布层之间,可以制造出具有同时阻隔性能和热舒适性的防护服。形态学研究探索了随机沉积的气凝胶颗粒,它们均匀地分散在膜中,以提供功能特性,反之亦然。嵌入无纺布的功能化纳米纤维通过保留大量化学物质,提供了更好的保护,防止液体化学物质渗透。增强的抗辐射热性能证实了该织物在热防护方面的可靠性能。此外,柔软、可悬垂且重量轻的PAN-二氧化硅气凝胶非织造布具有足够的耐热性和蒸发透射率,并具有改善的透湿性,从而具有良好的热生理穿着舒适性。

高蒸发冷却指数和足够的透气性优于织物的低水分管理特性,这表明汗水蒸气通过膜扩散,从而在服装-皮肤微环境中具有良好的热舒适性。研究的总体结果表明,制造非织造的PAN二氧化硅气凝胶电纺防护服是一种创新的方法,用于开发轻巧的悬垂式服装,为用户提供多种防护性能和热生理穿着舒适性。

论文链接:https://doi.org/10.1007/s10570-020-03489-9(0123456789().,-volV)( 01234567