汪嬌

美國加州持續(xù)數(shù)天的火災(zāi)已相關(guān)至少致17人死亡，給本地造成了有史以來最為嚴(yán)重的災(zāi)難。美國火災(zāi)頻發(fā)已是不爭的事實。早在2015年一場野外大火就燒毀了美國超1000萬英畝的森林。由于此類火災(zāi)發(fā)生極其危險，常常將消防員困在大火中，所以自1977年以來，美國進(jìn)入現(xiàn)場滅火的消防隊員都要求隨身攜帶應(yīng)急防護設(shè)備。這是最后的避難所，它可拯救許多人的生命，但火災(zāi)避難篷的防護能力需要不斷提高。最近來自美國北卡州立大學(xué)紡織學(xué)院紡織保護與舒適度研究中心（Textile Protection and Comfort Center，簡稱T-PACC）的學(xué)生完成了他們的研究：有效提高了避難篷的縫合技術(shù)以提高其保護能力。

主修紡織工程和紡織技術(shù)的學(xué)生通過一整年的高階課程學(xué)習(xí)，有機會參與到公司和組織的實際產(chǎn)品的開發(fā)，以解決現(xiàn)存的問題或達(dá)成既定的目標(biāo)。學(xué)生們在2016—2017學(xué)年度共同開展了一個項目，該項目由T-PACC支持，旨在增強荒地火災(zāi)防護的設(shè)計和建設(shè)，提高野外消防安全。同時他們的設(shè)計項目也獲得國家認(rèn)證支持。

目前他們開發(fā)出的火災(zāi)庇護篷有雙層系統(tǒng)，外層為鍍鋁的二氧化硅織物，內(nèi)層是鍍鋁的玻璃纖維織物，可折疊成小磚塊形，采用真空密封以減小整體包裝尺寸，防溫度滲透。美國過去就曾研發(fā)火災(zāi)防護罩，但當(dāng)它直接接觸到火焰時就失去了效用，特別是在接縫處。T-PACC也在研究并嘗試尋求新的材料和分層系統(tǒng)以改善庇護所的防火性，同時尋找更多學(xué)者將這些新材料創(chuàng)新設(shè)計，結(jié)構(gòu)調(diào)整，包裝精簡，最大限度地減少整體重量和減少熱量傳遞給被庇護者。

野外防火保護材料作為項目最重要的一部分，T-PACC一直在研究效果更佳的防火材料。在過去幾年中，他們在特殊實驗室進(jìn)行防火庇護測試，發(fā)現(xiàn)一個反復(fù)出現(xiàn)的問題，就是在火焰進(jìn)入庇護篷內(nèi)之前其邊縫連接處是否已失去防火效能。事實上，在這個測試過程中拍攝的視頻顯示，火焰進(jìn)入點和接縫位置恰好吻合。

接縫若能提高防火能力，那么防護的總時間就得以延長。該項目的主要目的就是從實踐中證明防護罩的接縫處對庇護篷整體傳熱有著重要影響。在該項目開始前，學(xué)生們通過深入研究現(xiàn)有的消防設(shè)施，包括其歷史和發(fā)展。防火庇護篷的規(guī)格正在不斷調(diào)整以改善其功能；直到2002年都一直在設(shè)計不同的形狀，截至目前，膠囊式的設(shè)計（大致的外觀和形狀與鋁箔包裹的烤土豆類似）被選中。這也是根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部林務(wù)局關(guān)于防護、消防品標(biāo)準(zhǔn)M-2002（5100-606c）的指導(dǎo)意見選擇了該形狀的設(shè)計?；赥-PACC的標(biāo)準(zhǔn)和方向，研究組試圖用合成材料對過去的防護篷進(jìn)行改造，以防燃燒時滲入有毒氣體和其他物質(zhì)，也保證測試的結(jié)果是與接縫的變化直接相關(guān)而不與材料的變化相關(guān)。

該研究團隊把關(guān)注點集中到接縫方法的研究上。標(biāo)準(zhǔn)的庇護篷使用縫紉作為主要的連接手段?？p紉，就其性質(zhì)而言，就是通過線把布料一塊一塊縫合起來，但他們卻希望找到能減少通過針孔發(fā)生熱傳導(dǎo)的方法。他們很快發(fā)現(xiàn)典型的可選擇的縫紉技術(shù)，包括熱焊、超聲波焊接、粘合劑，但在1800℃的野火高溫下防火效果都不理想。若只改變縫合的形狀而不改變庇護所的材料，那么在設(shè)計的選擇上就變得不能令人滿意。

接縫原型制造關(guān)注點又落在4種縫合織品上，他們打算以理論上的低熱量傳導(dǎo)和與雙層系統(tǒng)的相容性來確定原型。由此，該小組研發(fā)出小尺寸樣本，以便進(jìn)行實驗室規(guī)模的測試和材料的保存。他們使用工業(yè)縫紉機來構(gòu)造接縫，以便調(diào)整針的大小、針腳密度、線圈大小和張力，并設(shè)計出一個原型后測試三個變量：拉伸強度、輻射熱暴露或?qū)α鳠岜┞丁?/p>

研發(fā)出原型樣品后，他們又以25%比例尺寸研發(fā)出火災(zāi)避難篷和全尺寸火災(zāi)防護篷，展示其新設(shè)計縫合技術(shù)。原來他們使用了最高級的原型縫合了庇護篷圓頂區(qū)域的三個主體弧形的縫隙，這已構(gòu)成庇護篷大部分，并使用4次縫合加固材料的交叉搭接。

在研發(fā)過程中，團隊使用了幾種方法以分析防護篷的性能。由于火苗和溫度滲入度十分重要，他們首先對拉伸強度進(jìn)行了測試，然后使用由團隊設(shè)計的裝置進(jìn)行輻射熱暴露試驗，以隔離接縫的熱傳導(dǎo)。最后，讓火焰對流時產(chǎn)生的熱暴露，以確定和擴大輻射測試結(jié)果。

試驗表明，焊縫設(shè)計可至少減少焊縫區(qū)10%的對流熱傳導(dǎo)。原有庇護所的輻射測試表明材料的可見灼熱和降解發(fā)生在約370℃，新設(shè)計的高性能庇護篷增加了大約0.25磅，比起原有的庇護篷增加近55%的抗高溫拉撕強度。

由此，該團隊成功地開發(fā)和完成了新型野外火災(zāi)防護的設(shè)計，并且使用了極具個性的方法測試了縫合隔離區(qū)域。測試結(jié)果顯示新設(shè)計的縫合技術(shù)有效減少了防護蓬夾層的熱傳導(dǎo)，能直接和間接保護野外受庇護者，尤其是消防員的生命安全。

（據(jù)美國《紡織世界》最新資料http：//www.textileworld.com/textile-world/features/2017/07/innovative-fire-shelter-seam-design/）endprint