CN102389169A - 一种地震防护服和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地震防护服，特指一种地震防护服及其制备方法，特别注重产品在地震危难时刻时保护人身安全的功能性，成衣具有穿着舒适性、人身防护的高效性。该方法是选择防火性外层面料，以高强韧网状金属材料作为支撑骨架，将冲击速硬材料、耐冲击阻尼材料机械压合并组装成防护服。衣服总厚度10~15mm，总重量2~4kg，穿上成衣后可抵抗300~400MPa的外部压力，冲击韧性6~8J/cm²，能在120℃下不燃烧，因此成品防护服具有“轻质、灵活、防火、抗压迫、抗冲击”的功能性。

Description

一种地震防护服和制备方法

技术领域

本发明涉及地震防护服，特指一种地震防护服及其制备方法，特别注重产品在地震危难时刻时保护人身安全的功能性，成衣具有穿着舒适性、人身防护的高效性。

背景技术

随着地球内部活动的频繁，地震成为给人类带来灾难的主要自然灾害，2008年“5.12汶川大地震”、2010年“3.11日本大地震”等都造成了不同程度的房屋建筑物倒塌和人身伤害，不仅带来巨大的经济损失，也带来了巨大的心理伤害，特别是建筑物倒塌造成的人身伤残更成为经历者此生难以磨灭的痛苦记忆。

当外界环境发生剧烈变化时，比如出现火灾、辐射、筑物倒塌时的撞击等，普通的棉质、化纤类衣服不能抵抗这些危险因素，需要穿特制的服装才能保护使用者的人身安全；从目前发展情况看，消防服是人们比较熟悉的功能较强的防护服装，从防护性看，现用消防服具有耐火性、耐热性和隔热性，特征在于面料防火，优质消防服除防火表层外，还有隔水层、隔热层和阻燃舒适里料，但不具有抵抗重物冲击和压迫的功能，不能承受地震时重物倒塌对人体的伤害；专利02110886.2提供“一种服装设置防护的方法及一种局部防护服装”，即是在服装内衬垫或设置防护材料，在使用者遭受刀枪袭击时降低损伤程度的作用，但是不具有抵抗重物倾压和冲击的功能，专利96190827.0提供“一种防冲力的防护服”，是有许多封闭的圆环链接在一起形成服装内侧防冲力保护层，主要是防止钉状物通过圆环刺入，但是圆环在强压和强冲击容易变形，防护作用减弱，专利89104293.8（1989年）提供一种“用于摩托车司机的气胀式减震防护服”，主要是通过气体调节器、触发装置、减震管道等实现，需要多部件联动使用，装置复杂，需要与摩托车车体联合使用，不适合作为地震逃生时的防护，专利97199807.8提供“聚醚聚氨酯用于防护服的用途”，生产从蜂窝状到密实的模压塑料制造的防护服，尤其防护靴的鞋底的用途，因为材质硬，不容易弯曲，不适合作为地震防护服用。

本发明意在克服现有防护服在“轻质、灵活、防火、抗压迫、抗冲击”功能上的不足之处，针对地震防护服对以上功能的集成化要求，提供一种地震防护服的材料和制备方法，该防护服所用材料具有较高的抗拉强度和抗压强度，能在受到一定强度的冲击或压力条件下不变形不破裂，起到保护使用者肢体免受伤害的功能，选用材料是高强韧金属材料和优质阻尼材料的复合体，从成衣设计上注意到穿着的舒适度，成衣重量轻，否则会影响灾难来临时人的快速行动，设计在2~4kg，特别注重胸部、头部的防护，以及胳膊、腿关节位置的灵活度设计。同时在地震发生时，容易发生煤气管道爆裂、泄漏等情况，容易引发火灾，所以要求防护服还具有一定的防火的功能。

发明内容

本发明内容和目的是选择金属材料和阻尼材料，注重材料的轻质和高强韧性，根据材料厚度和功能特征进行组装，作为防护服的核心材质；并依照人体工程学原理，针对材料有别于普通成衣面料的特殊性，设计成衣方法，提供一种制作“轻质、灵活、抗压迫、抗冲击、防火”地震防护服的集成方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:

第一步：材料的选择。

主要选择五类材料：

(1)   外层防火布质面料：外层布料材质应具有的功能是结实、不易划伤，且具有防火功能的布料，选择耐火芳纶布，面料厚度0.5~0.8mm。

(2)   内层贴身材料：选择棉布料，确保穿着时的舒适性以及贴身穿时的柔软度，面料厚度0.5~0.8mm。

(3)   金属材料：选择轻质高强金属支架网，比如高强韧铝合金、镁合金、钛合金做成金属支架网。因为金属材质硬，强度高，不易变形，起到支撑衣服和抵抗冲击的作用，防止因服装变形导致的人体伤害，单层金属支架网厚度1~1.2mm，即是所用金属网线材直径，此外，内外层用金属支架网材质和厚度一致，要求变形镁合金的室温抗拉强度≥240MPa，延伸率≥10%，以AZ31、AZ91D为主；变形铝合金室温抗拉强度≥350MPa，延伸率≥10%，以二系列六系列变形铝合金如2024、6061为主；变形钛合金的室温抗拉强度≥450MPa，延伸率≥12%，以TC系列为主。

(4)   阻尼材料：主要功能是吸收冲击带来的机械能，减少振动对人体的冲击，选择轻质高聚物粘弹材料，能快速将受激振动能转化成变形能，减少重物冲击时对人身体的震动和压迫，可选择轻质硅橡胶或海绵橡胶；为最大程度发挥阻尼功能，设计成波纹形状或蜂窝状，阻尼材料厚度7~11mm，为进一步提高防护服抗冲击性能，在防护关键部位嵌入使用块状冲击速硬材料，起到固定冲击速硬材料的作用，根据阻尼材料形状，起固定作用的嵌入孔形状又分为两种情况：如果阻尼材料设计成波纹状，则在局部开定位孔，定位孔呈正方形，边长30~40mm，深度6~10mm，如果阻尼材料设计成蜂窝状，就直接将冲击速硬材料嵌入蜂窝孔内部，蜂窝孔呈正六边形，孔边长15~20mm，深度6~10mm。

冲击速硬材料：是一种“智能分子”组成的抗冲击材料，在常态下，这种材料柔软而具有弹性，一旦遇到高速的冲撞或挤压，分子间立刻相互锁定，材料变得坚硬从而消化外力，以块状形式填充在阻尼材料中间，当从外部传递入内的剩余机械能冲击人身体时，材料瞬间变硬，起到保护人体的功能，当外力消失后，材料会回复到它最初的柔性状态，固定填充在波纹状阻尼材料中间，因成本较高，所以只在肢体关键部位使用，比如脏器、肘、膝、踝和颈等部位。

第二步：防护服成衣制作

设计成衣面料总厚度范围为10~15mm，整体防护服重量在2~4kg（因成衣尺寸而异）。

选择材料的组装方法见图1。

材料从外到里依次选择：耐火芳纶布、外层金属支架网（高强韧铝合金、镁合金或钛合金金属网）、阻尼材料（硅橡胶或海绵橡胶，防护关键部位嵌入使用D30冲击速硬材料）、内层金属支架网（材质同外层金属支架网）和内层加厚棉布面料，即用金属支架网包裹阻尼材料；通过机械压合方式将金属支架网、阻尼材料（含冲击速硬材料的嵌入）固定到一起，机械压合的具体操作步骤是：

①首先将冲击速硬材料放入阻尼材料中的定位孔中，冲击速硬材料的形状与阻尼材料上起固定作用的嵌入孔的形状相同，为确保冲击速硬材料的稳固置入，其尺寸要比定位孔大0.2~0.5mm，类似齿轮安装时的错配，目的是紧固；

②按照从下到上：“外层金属支架网→阻尼材料（嵌入冲击速硬材料）→内层金属网”的顺序叠放好材料；

③选择0.2MPa~0.25MPa的机械压力，最大限度将几层材料压实在一起；

④将内外层布料紧贴内外层金属支架网安放好，在纵横方向等间隔地用线缝纫固定，线之间平均间隔d为100~200mm。如图2所示。

经过抗压和抗冲击试验表明，穿上成衣后可抵抗300~400MPa的外部压力，冲击韧性6~8 J/cm²，具体测试方法：是以强度与人骨近似的猪骨代替人骨，上面覆以防护服，施加外部压力或冲击力，在猪骨和衣服不损坏不变形的条件下，实验对象所能承受的最大外压和外冲击，此外，防护服同时能在120℃条件下不燃烧，具有一定的抗热功能。

与现有防护技术相比，本项目具有以下特点和优势：

（1）功能侧重于抗压迫和抗冲击。现有防护服主要功能有防刺伤、防火阻燃、防蚊虫、防菌等，现有消防服在经纬方向的断裂强力干态不小于650N，撕破强力不小于100N，远远达不到重压时不断裂不变形的标准；而地震防护服主要用于抵抗地震时建筑物倒塌时的压迫和冲击，所选择材质有足够的抗压强度和抗冲击强度；

（2）材质以轻质金属支架网和阻尼材料为主，选材为高强轻质金属支架和轻质阻尼材料，防护服具有“轻质、高强”的功能性；

（3）制作方法以实现多层有效复合为主；现有防护服因采用传统软质面料，成衣方法仍多采用缝纫、连线等方式；而地震防护服虽有借鉴传统缝纫连接方法，但因材质特殊，在多种材料复合固定时采用“机械压合和机械缝纫”相结合的方法，成衣具有“各层材料不错位”的稳定性，也同时提高了使用安全性；

（4）设计中注重轻质和灵活。现有防护服多是针对特殊职业的，比如医生和军人等成年人使用的，质量比较重，普通人穿上后行动会受到一定程度的阻碍；而地震防护服的使用者是男女老幼，并是在紧急逃生过程中使用，特别注重轻质，整套服装重量在2~4kg（因服装尺寸而异），而且穿上身时需要的时间短，在初震时，只要5~10s内可就穿上身，快速前往安全场所，在行进过程中对穿者的人身安全形成保护。

附图说明

图1是地震防护服材料的纵向剖面图；

图2  防护服防错位固定示意图；

1、外层防火布质面料；2 、金属网状支架材料；3、波纹状阻尼材料；4、 冲击速硬材料；5、内层布质面料。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述，实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施例一：SM系列，选择硅橡胶阻尼材料（Silicon）、镁合金网状金属支架（Magnetism alloy）。

材料从外到里依次选择耐火芳纶布、设计成波纹状的硅橡胶阻尼材料、局部使用D30冲击速硬材料、镁合金支架和内层加厚棉布面料，面料总厚度10.5mm，其中：内、外层布料厚度各为0.5mm、内外层金属支架网厚度各为1mm，阻尼材料厚度为7.5mm，在阻尼材料上开方形孔，方形孔内设有D30冲击速硬材料，方形孔边长35mm，深度7mm，D30冲击速硬材料设计成方形柱体，边长35.2mm，深度7mm，主要用于肢体关键部位。

L号成衣总重量2.1kg，经过抗冲击试验表明，穿上成衣后可抵抗300MPa的外部压力，冲击韧性6 J/cm²。并同时能在120℃条件下不燃烧。

实施例二：SA系列，选择海绵橡胶阻尼材料（Sponge）、铝合金网状金属支架（Aluminum alloy）。

材料从外到里依次选择耐芳纶布、设计成蜂窝状的海绵橡胶阻尼材料、局部使用D30冲击速硬材料、2024铝合金支架和内层加厚棉布面料，面料总厚度12.5mm，其中：内层布料厚度0.6mm、外层布料厚度0.7mm、内外层金属支架网厚度各为1.1mm，阻尼材料厚度9mm，蜂窝孔呈正六边形，孔边长17mm，深度8mm，D30冲击速硬材料两端面设计成正六边形，孔边长17.5mm，深度8mm，主要用于肢体关键部位。

L号成衣总重量3kg，经过抗冲击试验表明，穿上成衣后可抵抗350MPa的外部压力，冲击韧性7 J/cm²，并同时能在120℃条件下不燃烧。

实施例三：ST系列，选择硅橡胶阻尼材料和钛合金（Titanium alloy）网状金属支架。

材料从外到里依次选择耐芳纶布、设计成波纹状的硅橡胶阻尼材料、局部使用D30冲击速硬材料、钛合金支架和内层加厚棉布面料，面料总厚度14.5mm，其中：内层布料厚度0.8mm、外层布料厚度0.8mm、内外层金属支架网厚度各为1.2mm，阻尼材料厚度10.5mm，在阻尼材料上开方形孔，方形孔内设有D30冲击速硬材料，方形孔边长40mm，深度10mm，D30冲击速硬材料设计成方形柱体，边长40.3mm，深度10mm，主要用于肢体关键部位。

L号成衣总重量3.9kg，经过抗冲击试验表明，穿上成衣后可抵抗400MPa的外部压力，冲击韧性8 J/cm²，并同时能在120℃条件下不燃烧。 

Claims (9)

1.一种地震防护服，其特征在于：从外到里依次有五层：防火布、外层金属支架网、阻尼材料、内层金属支架网、内层加厚棉布料；所述阻尼材料呈波纹状或蜂窝状；阻尼材料呈波纹状时，在对应人肢体关键部位的阻尼材料处开定位孔，孔内设有冲击速硬材料，阻尼材料呈蜂窝状时，对应人肢体关键部位的蜂窝孔内设有冲击速硬材料。

2.如权利要求1所述的一种地震防护服，其特征在于：所述内层或外层金属支架网的厚度为1~1.2mm，为变形镁合金、变形铝合金或变形钛合金；变形镁合金的室温抗拉强度≥240MPa，延伸率≥10%；变形铝合金的室温抗拉强度≥350MPa，延伸率≥10%；变形钛合金的室温抗拉强度≥450MPa，延伸率≥12%。

3.如权利要求2所述的一种地震防护服，其特征在于：所述变形镁合金为AZ31或AZ91D，所述变形铝合金为二系列火六系列变形铝合金，所述变形钛合金为TC系列钛合金。

4.如权利要求1所述的一种地震防护服，其特征在于：所述防火布为耐火芳纶布，面料厚度为0.5~0.8mm。

5.如权利要求1所述的一种地震防护服，其特征在于：所述棉布料的面料厚度为0.5~0.8mm。

6.如权利要求1所述的一种地震防护服，其特征在于：所述阻尼材料为硅橡胶或海绵橡胶，厚度为7~11mm；阻尼材料为波纹状时，定位孔呈正方形，边长30~40mm，深度6~10mm；阻尼材料为蜂窝状时，蜂窝孔呈正六边形，孔边长15~20mm，深度6~10mm。

7.如权利要求1所述的一种地震防护服，其特征在于：所述冲击速硬材料为D30，冲击速硬材料的形状与阻尼材料上起固定作用的定位孔的形状相同，为确保冲击速硬材料的稳固置入，其尺寸要比定位孔大0.2~0.5mm。

8.如权利要求1所述的一种地震防护服的制备方法，其特征在于：首先将冲击速硬材料放入阻尼材料中的定位孔中，按照从下到上的顺序：即外层金属支架网、阻尼材料、内层金属网的顺序叠放好材料；选择0.2MPa~0.25MPa的机械压力，将几层材料压实在一起；将内外层布料紧贴内外层金属支架网安放好，在纵横方向等间隔地用线缝纫固定，线之间平均间隔d为100~200mm。

9.如权利要求1所述的一种地震防护服，其特征在于：所述人肢体关键部位指脏器、肘、膝、踝和颈。

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