王 帥， 盧業(yè)虎,2， 王麗君， 尤禪懿

(1. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院， 江蘇 蘇州 215006； 2. 蘇州大學(xué) 現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 蘇州 215123)

低輻射環(huán)境下形狀記憶合金對防火面料隔熱性能的影響

王 帥1， 盧業(yè)虎1,2， 王麗君1， 尤禪懿1

(1. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院， 江蘇 蘇州 215006； 2. 蘇州大學(xué) 現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 蘇州 215123)

為提高消防服的熱防護(hù)性能，將若干形狀記憶合金彈簧設(shè)置在防護(hù)服的防水透氣層與隔熱層之間，研制出具有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)功能的智能防火面料組合。采用熱防護(hù)性能測試儀模擬低輻射熱環(huán)境，測量處于輻射暴露環(huán)境下的各面料層間的溫度，從而基于層間溫度的變化情況來評價(jià)不同排列方式下的形狀記憶合金彈簧對防火面料的動(dòng)態(tài)隔熱作用。結(jié)果表明：形狀記憶合金彈簧在輻射環(huán)境下彈起后產(chǎn)生的空氣層具有良好的動(dòng)態(tài)隔熱作用，進(jìn)而提高面料的熱防護(hù)性能；采用不同的彈簧排列方式也可影響其隔熱性能，其中1個(gè)彈簧正中排列及3個(gè)彈簧對角線放置的試樣隔熱效果最明顯；在不同的排列方式下，彈簧產(chǎn)生的空氣層形狀和厚度具有明顯差異，從而影響防火面料組合的隔熱作用。

消防服； 形狀記憶合金彈簧； 低輻射熱； 隔熱性能

消防員或應(yīng)急救援人員在工作中經(jīng)常遭受諸如火焰、輻射、高溫物體、高溫液體和蒸汽等各種災(zāi)害的侵襲[1-3]，需要穿著特定的熱防護(hù)服以保障健康和人身安全。一般從新型阻燃纖維材料的研制或面料厚度及層數(shù)的增加等方面來提高熱防護(hù)服的防護(hù)性能[4-5]，但是，多層面料組成的防護(hù)服過于厚重，透氣性較差，不僅約束著裝者的肢體活動(dòng)，還嚴(yán)重影響人體散熱，產(chǎn)生熱應(yīng)激。為減小面料的厚度，達(dá)到提高服裝舒適性的目的，歐盟建議在防護(hù)服中取消防水透氣層。然而，此舉降低了服裝的防護(hù)性能，導(dǎo)致著裝者被燒傷的概率上升。此外，傳統(tǒng)的防護(hù)服裝不具有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能，其隔熱性能相對固定，使用過程中無法根據(jù)常溫與高溫的環(huán)境轉(zhuǎn)換而自動(dòng)調(diào)整。

形狀記憶材料具有獨(dú)特的形狀記憶功能，即經(jīng)高溫處理后塑形，然后冷卻并被任意改變形狀，再次加熱至形變溫度時(shí)可自動(dòng)恢復(fù)原狀的功能[6-7]。根據(jù)這一性能，陳艷等[8]研制了形狀記憶合金(SMA)彈簧，采用高溫火焰接觸法對其進(jìn)行防火隔熱性能測試，發(fā)現(xiàn)合金彈簧的隔熱效果顯著。Yates[9]在高溫下將形狀記憶合金盤曲成中部拱起的8字形，冷卻后加壓使其平整，并把合金絲圈固定在防護(hù)服口袋內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該合金絲圈可顯著減少從熱源傳遞至口袋部位的熱量。Congalton[10]將扁平蚊香狀的形狀記憶合金放置在3層組合熱防護(hù)面料內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)面料對強(qiáng)輻射環(huán)境的防護(hù)性能得到明顯改善，但是，考慮到消防員至少80%的工作時(shí)間處于低輻射的一般環(huán)境中[5]，上述研究缺乏對低輻射暴露環(huán)境下的熱防護(hù)織物隔熱性能的探討，存在一定的局限性。再者，三者均未探究不同彈簧排布方式下織物隔熱性能的差異。此外，在Congalton[10]的研究中，形狀記憶合金彈簧的設(shè)計(jì)規(guī)格及固定方法尚未明確表述。

本文針對以上問題設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)方案，即將若干能夠靈活感應(yīng)環(huán)境溫度變化的形狀記憶合金絲盤繞成彈簧狀，以一定的規(guī)律排布在多層防護(hù)服的防水透氣層與隔熱層之間。采用熱防護(hù)性能測試儀模擬低輻射熱災(zāi)害環(huán)境，并進(jìn)行防火面料的性能測試實(shí)驗(yàn)。基于各層面料的溫度變化情況評價(jià)不同排布方式的形狀記憶合金彈簧的隔熱作用。

1 智能防火面料的研制

1.1 設(shè)計(jì)原理

空氣在常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.024 W/(m·K)，遠(yuǎn)低于許多常用保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù),所以空氣層具有較好的保溫隔熱作用，因此，改進(jìn)隔熱防寒服可從利用空氣的低導(dǎo)熱性的角度著手[7,11-12]。然而過厚的空氣層易產(chǎn)生對流導(dǎo)熱，導(dǎo)致隔熱性能下降，故空氣層也不是越厚越好[4]。常用的單層熱防護(hù)服內(nèi)空氣層厚度均值在35 mm以內(nèi)，雙層防護(hù)服厚度在40 mm左右[5]。此外，Congalton[10]建議形狀記憶合金彈簧產(chǎn)生的空氣層的厚度應(yīng)低于35 mm。

基于形狀記憶合金的記憶功能，將形狀記憶合金彈簧熱定型成盤曲的圓錐體，如圖1(a)所示，常溫時(shí)壓平為扁平盤香狀，如圖1(b)所示。若干彈簧元件設(shè)置在防護(hù)服的防水透氣層與隔熱層之間。在高溫工作環(huán)境中，該服裝內(nèi)層所采用的彈簧發(fā)生相變，彈起后在服裝織物層之間形成空氣層，熱防護(hù)服的隔熱作用增強(qiáng)。在常溫環(huán)境下，彈簧較為平整，防護(hù)服保持輕薄的結(jié)構(gòu)，可降低熱應(yīng)激，延長工作時(shí)間，因此，形狀記憶合金的形變溫度和彈起高度的設(shè)計(jì)要充分考慮人體皮膚受損的臨界溫度(44 ℃)和衣下空氣層的厚度等因素。

圖1 高/低溫狀態(tài)下的形狀記憶合金彈簧Fig.1 Shape memory alloy spring at high (a) and low (b) temperature

1.2 形狀記憶合金彈簧制作

經(jīng)對合金絲各項(xiàng)性能的測試，最終制作出在常溫環(huán)境下為扁平蚊香狀的形狀記憶合金彈簧。合金材料為銅基，在常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)為90 W/(m·K)。合金絲直徑為1.5 mm，合金彈簧內(nèi)直徑為14 mm，外直徑為28 mm。形變溫度為45 ℃左右，彈簧在完全彈起后高度可達(dá)32 mm。合金彈簧質(zhì)量較輕，為5.8 g，且能夠靈敏地感應(yīng)到環(huán)境溫度的變化，進(jìn)而及時(shí)調(diào)節(jié)熱防護(hù)服的結(jié)構(gòu)。

1.3 智能防火面料組合

消防服面料通常由防火外層、防水透氣層及隔熱層3層面料組合而成。面料裁剪尺寸為15 cm×15 cm。3層組合面料在斜對角處固定，以模擬實(shí)際穿著時(shí)服裝內(nèi)層面料間的相互作用，同時(shí)可防止面料間的相對滑移。面料的基本性能見表1。形狀記憶合金彈簧排布實(shí)物圖如圖2所示。面料組合采用6組不同阻燃芳綸線形狀記憶合金彈簧排列方式，即：無形狀記憶合金彈簧(編號為Con，見圖2(a))；1個(gè)彈簧中心排列(編號為One，見圖2(b))、2個(gè)彈簧對角(編號為Two-diag，見圖2(c))及并列排列(編號為Two-pasa，見圖2(d))、3個(gè)彈簧對角(編號為Three-diag，見圖2(e))及等邊三角形排列(編號為Three-tria，見圖2(f))。采用阻燃芳綸線固定形狀記憶合金彈簧。

表1 消防服面料的基本性能

圖2 形狀記憶合金彈簧排布實(shí)物圖Fig.2 Arrangements of shape memory alloy spring

2 實(shí)驗(yàn)過程

消防員經(jīng)常處于低輻射熱[2]環(huán)境中，即空氣溫度范圍為70～300 ℃，熱輻射強(qiáng)度低于12.6 kW/m2。本文研究采用熱防護(hù)性能測試儀模擬低輻射熱環(huán)境，如圖3所示。熱流量為12 kW/m2，輻射時(shí)長為70 s。為研究彈簧排列方式對隔熱性能的影響，設(shè)計(jì)6組不同的排列方式。采用NI數(shù)據(jù)記錄儀(NI 9231，美國)實(shí)時(shí)記錄熱輻射實(shí)驗(yàn)過程中的防水透氣層與防火外層間溫度T1、隔熱層與防水透氣層間溫度T2、隔熱層內(nèi)層溫度T3(T1、T2、T3均為面料中心溫度)。測量T1、T2、T3的傳感器分別固定于防水透氣層外表面、隔熱層的外表面和隔熱層的內(nèi)表面。NI數(shù)據(jù)記錄儀由熱電偶測試模塊與32 gauge T型熱電偶組成。每組排列方式測試3次。

圖3 熱輻射實(shí)驗(yàn)Fig.3 Thermal radiation test

3 結(jié)果與討論

圖4示出采用不同彈簧排列方式的面料組合在實(shí)驗(yàn)后的空氣層形狀。無形狀記憶合金彈簧的組合面料在熱輻射環(huán)境中始終保持扁平狀態(tài)，最外層略微發(fā)黃，其他面料層不變色、不起皺、無異味。而嵌入彈簧的組合面料在熱輻射環(huán)境下彈起并在內(nèi)部形成空氣層，各空腔的形狀均不同，與形狀記憶合金彈簧的排列方式有關(guān)。

圖4 輻射后形狀記憶合金組合面料中的空氣層形狀Fig.4 Air layer shapes in fabrics incorporated with SMA springs after radiation exposure

3.1 防水透氣層與防火外層間溫度

圖5示出采用不同形狀記憶合金彈簧排列方式的試樣防火外層和防水透氣層之間的溫度T1的變化曲線。從整體來看，在該熱輻射條件下，采用6種不同形狀記憶合金彈簧排列方式的試樣的溫度T1均在0～40 s內(nèi)迅速升高，隨后增速放緩并逐漸趨于平穩(wěn)。T1的最終溫度范圍為235～260 ℃。由于形狀記憶合金彈簧排布在隔熱層與防水透氣層之間，隔熱作用與導(dǎo)熱性能無法在該處完全體現(xiàn)，故T1的總體差異性不大。T1的動(dòng)態(tài)變化取決于熱源向外表面?zhèn)鳠崤c防水透氣層向隔熱層及彈簧形變產(chǎn)生的空腔散熱的綜合作用，當(dāng)T1穩(wěn)定時(shí)，吸熱與散熱獲得動(dòng)態(tài)平衡。

圖5 不同形狀記憶合金彈簧排列方式的T1變化曲線Fig.5 T1 change curves in different arrangements of SMA springs

同時(shí)，與其他5組試樣相比，由于開始時(shí)增長速度最慢，Con試樣的T1始終最低，尤其是在40 s時(shí)與其他5組的差距最大。特別地，Con試樣在40 s時(shí)的T1比Two-para的試樣低40 ℃，但在40 s后該試樣的T1增長速度大于其他試樣，所以最終70 s時(shí)6組數(shù)值差距較小。該結(jié)果可能與形狀記憶合金彈簧在相變過程中產(chǎn)生的應(yīng)力有關(guān)。該應(yīng)力將防水透氣層與防火外層面料向下擠壓，使得防水透氣層發(fā)生輕微形變，一方面導(dǎo)致面料與熱源之間的距離縮短(見圖4)，另一方面減小了彈簧所排布位置處防水透氣層與防火外層之間的接觸間隙，即面料間的空氣層厚度減少，從而加速了熱量的傳遞。此外，彈簧排列方式為Three-diag和One試樣的T1變化曲線幾乎重合，即這2組試樣的T1變化幾乎相同?？赡芘c這2種試樣均有1個(gè)彈簧安裝在面料中心有關(guān)。

在彈簧形變產(chǎn)生的應(yīng)力以及面料組合對角線固定產(chǎn)生的阻力雙重作用下，5種安裝形狀記憶彈簧的面料組合的外部形狀具有明顯差異。盡管在輻射條件下防火外層面料中心處發(fā)生變形，柔軟度下降，導(dǎo)致在邊緣處防火外層與防水透氣層的間隙增加至 10 mm 左右，但是5組排布形狀記憶合金彈簧的試樣在面料中心的防水透氣層與防火外層間的空氣層整體差異極小，故該5組試樣的T1的增長趨勢相近。

3.2 隔熱層與防水透氣層間溫度

圖6示出采用不同形狀記憶合金彈簧排列方式的試樣隔熱層正面的溫度T2的變化曲線。從整體來看，在同樣的熱輻射條件下，除彈簧排列方式為Con的試樣外，其他5 種安裝形狀記憶合金彈簧的試樣的溫度T2在0～40 s上升較快，之后逐漸趨于穩(wěn)定，最終溫度在100 ℃左右。而彈簧排列方式為Con的試樣T2始終高速上升。其中，在0～25 s間的溫度曲線與彈簧排列方式為Two-para及Two-diag的試樣幾乎重合，但隨后差值逐漸增加，到70 s時(shí)最大，此時(shí)的T2大于165 ℃。兩極分化的曲線走勢圖初步體現(xiàn)出形狀記憶合金彈簧的隔熱作用，即在25 s左右面料溫度達(dá)到彈簧的形變溫度，彈簧逐漸彈起并形成空氣層，隔熱作用開始起效，40 s左右彈簧形變完成，隔熱性能逐步穩(wěn)定。此外，5種安裝形狀記憶合金彈簧的試樣T2基本低于同一時(shí)刻的Con試樣，尤其是在40 s后，表明形狀記憶合金彈簧具有的導(dǎo)熱性能對面料的局部升溫作用遠(yuǎn)小于彈簧彈起形成的空氣層對熱量傳遞的阻礙作用。

圖6 不同形狀記憶彈簧排列方式的T2變化曲線Fig.6 T2 change curves in different arrangements of SMA springs

T2的數(shù)值波動(dòng)取決于防水透氣層內(nèi)層向空腔內(nèi)的空氣層傳熱與隔熱層外表面散熱的綜合作用，散熱對象包括隔熱層內(nèi)層和外環(huán)境。當(dāng)T2達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，表明吸熱與散熱獲得動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，彈簧形變過程已經(jīng)結(jié)束，作用效果穩(wěn)定。

5種安裝形狀記憶合金彈簧的試樣受熱后因彈簧形變產(chǎn)生的空氣層是動(dòng)態(tài)變化的。由于面料組合在對角處固定、彈簧散點(diǎn)分布以及面料重力等因素，導(dǎo)致防水透氣層和隔熱層之間的空氣層厚度不均勻(見圖4)，即在彈簧排布位置處最厚，并向周圍遞減。不同排列方式下的空氣層變化規(guī)律見表2。

表2 不同排列方式下的空氣層分布

在對空氣層形狀及厚度進(jìn)行分析后，具體討論T2的變化原因。彈簧排列方式為One和Three-diag試樣的溫度T2上升速度最為緩慢，最終溫度最低，約為90 ℃。由于本文實(shí)驗(yàn)測量面料中心點(diǎn)的溫度，在上述2種情形下，彈簧受熱彈起而形成的空氣層在測試點(diǎn)處最厚，因而對熱量傳遞的阻礙作用最強(qiáng)。相較于其他3種排列方式，彈簧排列方式為Three-tria和Two-para的試樣在70 s時(shí)無優(yōu)勢。這是由于組合面料在對角處固定，使得空氣層總體呈中部突出邊緣窄小的形狀，導(dǎo)致單個(gè)試樣內(nèi)部熱傳導(dǎo)性能分布不均，所以，彈簧的數(shù)目對隔熱性能的影響不占主導(dǎo)地位。

3.3 隔熱層內(nèi)層溫度

圖7為采用不同形狀記憶合金彈簧排列方式的試樣隔熱層內(nèi)層的溫度T3的變化曲線。從整體上來看，由于熱量傳遞至內(nèi)表面需要一定的時(shí)間，相較于T1、T2的變化曲線圖，這6種不同彈簧排列方式的試樣的溫度T3在0～5 s內(nèi)保持穩(wěn)定，5 s后才開始出現(xiàn)明顯增長。其中，在沒有安裝形狀記憶彈簧的試樣Con中，T3自5 s后始終高速上升，并且上升速度在30 s后顯著加快。其他5組安裝形狀記憶合金彈簧的試樣的溫度T3以緩慢的速度平穩(wěn)上升。表明形狀記憶合金彈簧能夠有效地降低熱量的傳遞速度，增強(qiáng)隔熱層的隔熱效果，且作用效果持續(xù)穩(wěn)定。這與陳艷等[8]、Yates[9]及Congalton[10]的研究結(jié)果一致[8,10]。T3的數(shù)值波動(dòng)取決于空氣層向隔熱層導(dǎo)熱與隔熱層向外環(huán)境散熱的綜合作用。與T1和T2不同，T3在70 s時(shí)依然繼續(xù)增加，表明此時(shí)吸熱大于散熱，這也與熱量逐層傳遞的滯后性有關(guān)。

圖7 不同形狀記憶彈簧排列方式的T3變化曲線Fig.7 T3 change curves in different arrangements of shape memory alloy springs

與T2類似，彈簧排列方式為One、Three-diag的試樣T3增長最為緩慢，70 s時(shí)的T3比其他安裝形狀記憶合金彈簧的試樣低15 ℃左右，比Con的試樣低55 ℃。由此可見，采用這2種排列方式的形狀記憶合金彈簧對提升消防服面料的隔熱作用具有顯著的效果。由圖7可知，安裝彈簧的試樣的T3變化趨勢可分成差異明顯的2組，這是因?yàn)椴煌瑥椈膳帕蟹绞较滦纬傻目諝鈱有螤畈煌?見圖4)。與其他3組相比，彈簧排列方式為One、Three-diag的試樣產(chǎn)生的空氣層中部突出，整體隔熱性能略好。

此外，由于中心點(diǎn)單點(diǎn)測溫法的局限性，這2組試樣的T3曲線幾乎重合，僅能表明中心部位的隔熱效果差別不大，但由圖4可知，放置3個(gè)彈簧后，隔熱層面料整體較放置單個(gè)彈簧的試樣平整，產(chǎn)生的空氣層也較均勻，進(jìn)行服裝層面的實(shí)驗(yàn)效果也可能會更好，這將在后續(xù)的研究中進(jìn)一步驗(yàn)證。

鑒于44 ℃(溫升為12 ℃)為人體皮膚開始出現(xiàn)損傷的臨界溫度，而56 ℃(溫升為24 ℃)為出現(xiàn)二級燒傷的臨界溫度。本文以T3溫度達(dá)到44 ℃和56 ℃的時(shí)間分析6組試樣的隔熱效果，具體結(jié)果見表3。彈簧排列方式為Con、Two-diag、Two-para、Three-tria的試樣在25 s左右達(dá)到44 ℃，彈簧排列方式為Three-diag的試樣在66.2 s時(shí)達(dá)到44 ℃，而排列方式為One的試樣最終溫度沒有達(dá)到44 ℃。彈簧排列方式為Con、Two-diag的試樣在40 s左右達(dá)到56 ℃，彈簧排列方式為Two-para、Three-tria的試樣分別在55 s、65.7 s達(dá)到56 ℃，而彈簧排列方式為One、Three-diag的試樣在70 s時(shí)未能達(dá)到該溫度。就延長皮膚受熱損傷時(shí)間而言，彈簧排列方式為Two-diag、Two-para、Three-tria的試樣均具有一定的作用，而彈簧排列方式為One、Three-diag的試樣的作用效果最明顯，可較大程度地增加消防人員入火場救援時(shí)間，從而搶救效果提高，減少財(cái)產(chǎn)損失。

表3 T3達(dá)到44 ℃和56 ℃的時(shí)間

4 結(jié) 論

本文研究在防護(hù)服的防水透氣層與隔熱層之間設(shè)置若干形狀記憶合金彈簧，在低輻射熱環(huán)境下基于各層面料的溫度變化評價(jià)不同排列方式的形狀記憶合金彈簧的隔熱作用，得到如下結(jié)論。

1)整體上6組不同形狀記憶合金彈簧排列方式的試樣T1先上升較快，然后趨于平緩，相互間的差異較小。

2)彈簧排列方式為Con的試樣的T2始終高速上升，其他5種安裝形狀記憶合金彈簧試樣的T2先增長較快，然后上升緩慢并趨于穩(wěn)定，排列方式為One、Three-diag的試樣T2上升最緩慢。

3)彈簧排列方式為Con的試樣的T3始終高速上升，其他5組安裝形狀記憶合金彈簧的試樣的T3上升較緩慢，表明形狀記憶合金彈簧有效地降低熱量的傳遞速度，增強(qiáng)面料組合的隔熱效果。其中，排列方式為One、Three-diag的隔熱效果最明顯，較之其他3種排列方式，上述2種排列方式可顯著延長皮膚受熱損傷時(shí)間。

4)在不同的排列方式下，彈簧相變過程中產(chǎn)生的空氣層形狀和厚度具有明顯差異，從而影響面料組合的隔熱作用。

[1] SONG G, LU Y. Flame Resistant Textiles for Structural and Proximity Fire Fighting[M]. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2013:520-548.

[2] LU Y, LI J, SONG G, et al. The effect of air gaps in moist protective clothing on protection from heat and flame[J]. Journal of Fire Sciences, 2013, 31(2): 99-111.

[3] LU Y, WANG F, SONG G. The impact of air gap on thermal performance of protective clothing against hot water spray[J]. Textile Research Journal, 2014, 85(7): 709-721.

[4] 翟麗娜, 李俊. 服裝熱防護(hù)性能測評技術(shù)的發(fā)展過程及現(xiàn)狀[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2015, 36(7): 162-168. ZHAI Lina, LI Jun. Development and current status on performance test and evaluation of thermal protective clothing[J]. Journal of Textile Research, 2015, 36(7): 162-168.

[5] LU Y, SONG G, LI J. A novel approach for fit analysis of thermal protective clothing using three-dimensional body scanning[J]. Applied Ergonomics, 2014, 45(6): 1439-1446.

[6] MONDAL S, HU J, YANG Z, et al. Shape memory polyurethane for smart garment[J]. Research Journal of Textile and Apparel, 1999, 6(2): 75-80.

[7] YOO S, YEO J, HWANG S, et al. Application of a NiTi alloy two-way shape memory helical coil for a versatile insulating jacket[J]. Materials Science & Engineering A, 2008, 481-482(1): 662-667.

[8] 陳艷, 林蘭天, 任乾乾. 采用形狀記憶合金的瞬時(shí)隔熱組合面料的研究[J]. 上海紡織科技, 2012, 40(2): 43-46. CHEN Yan, LIN Lantian, REN Qianqian. Investigation on the instant fireproof composite fabric made of shape memory alloy[J]. Shanghai Textile Science & Technology, 2012, 40(2): 43-46.

[9] YATES D A. Design and evaluation of a thermally responsive firefighter turnout coat[D]. College Park: University of Maryland, 2012, 11-15.

[10] CONGALTON D. Shape memory alloys for use in thermally activated clothing, protection against flame and heat[J]. Fire & Materials, 1999, 23(5): 223-226.

[11] SONG G. Clothing air gap layers and thermal protective performance in single layer garment[J]. Journal of Industrial Textiles, 2007, 36(3): 193-205.

[12] 李利君, 宋國文, 李睿, 等. 消防員防護(hù)服面料的熱濕舒適性[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2017, 38(3): 122-125. LI Lijun, SONG Guowen, LI Rui, et al. Heat-moisture comfort of fire-fighter′s protective clothing mate-rials[J]. Journal of Textile Research, 2017, 38(3): 122-125.

Influence of shape memory alloy on thermal insulation performance of flame retardant fabrics in low radiation environment

WANG Shuai1， LU Yehu1, 2， WANG Lijun1， YOU Shanyi1

(1.CollegeofTextileandClothingEngineering,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215006,China;2.NationalEngineeringLaboratoryforModernSilk,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215123,China)

To improve thermal protective performance of firefighters′ protective clothing, several shape memory alloy (SMA) springs were arranged between the moisture barrier layer and the thermal insulation inner layer to develop smart flame retardant fabric combinations with a dynamic structure. A low radiant heat was simulated by a thermal protective performance tester and the surface temperatures between layers under exposure to low radiation were recorded. The protective performance of fabric in different arrangement modes of SMA springs was evaluated by the temperature changes between layers. The results indicated that SMA springs have good dynamic heat insulating properties by means of the air layer caused by the deformation of SMA springs under radiant heat, and thus improve the protective performance of fabrics. Meanwhile, the arrangement of SMA springs has impact on the thermal protection as well. The samples with the SMA arrangements of one spring in the center and three springs on the diagonal line exhibit better thermal protection performance. The shape and size of the air gap produced by different arrangements of SMA springs show obvious difference, and thus affect the thermal insulation properties of flame retardant fabric combinations.

firefighters′ protective clothing; shape memory alloy spring; low radiation; thermal insulation performance

10.13475/j.fzxb.20161006006

2016-10-19

2017-04-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51506137)；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20161255)；江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201610285117H)；江蘇省先進(jìn)紡織工程技術(shù)中心開放課題項(xiàng)目(XJFZ-2016-5)

王帥(1996—)，女，本科生。主要研究方向?yàn)橹悄軣岱雷o(hù)服裝。盧業(yè)虎，通信作者，E-mail：yhlu@suda.edu.cn。

TS 941.73

A