火災(zāi)避難篷，創(chuàng)新救人命

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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(jī)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(qiáng)荒地火災(zāi)防護(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)者。

野外防火保護(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)罩的接縫處對庇護(hù)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(hù)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(hù)、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(hù)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(tuán)隊把關(guān)注點集中到接縫方法的研究上。標(biāo)準(zhǔn)的庇護(hù)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(hù)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(jī)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(qiáng)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(hù)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(hù)篷圓頂區(qū)域的三個主體弧形的縫隙，這已構(gòu)成庇護(hù)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(tuán)隊使用了幾種方法以分析防護(hù)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(qiáng)度進(jìn)行了測試，然后使用由團(tuán)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(kuò)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(hù)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(hù)篷增加了大約0.25磅，比起原有的庇護(hù)篷增加近55%的抗高溫拉撕強(qiáng)度。

由此，該團(tuán)隊成功地開發(fā)和完成了新型野外火災(zāi)防護(hù)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(hù)蓬夾層的熱傳導(dǎo)，能直接和間接保護(hù)野外受庇護(hù)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