超吸水纤维含有大量的亲水基团和轻度交联的空间网格结构,能够迅速吸水并且有效保水,性能上优于传统的依靠毛细吸水的吸水性材料。现已开发出超吸水纱线、织物、非织造布等超吸水材料,应用领域涉及到建筑、卫生、农业、环保等方面。基于水分蒸发散热原理,超吸水纤维在降温服装方面的应用也受到广泛关注。本课题基于超吸水纤维的性能特点和已有研究,开发超吸水纤维絮片,探索其在降温背心和电焊防护服两个方面的应用。降温背心要求在指定时间段内具有降温效果,电焊防护服更强调瞬时降温效果。根据传热学原理,分析在两种应用场景下的热量传递过程,建立热量流动恒等式,得出各参数之间的关系,并在实验室内进行验证。主要内容如下:(1)超吸水絮片及性能。采用不同吸水倍率的超吸水纤维,分别与粘胶纤维和涤纶纤维按不同比例混合,经非织造加工工艺,开发不同超吸水絮片。测试超吸水絮片的吸水性指标及在不同条件下的保水性指标;将超吸水絮片置于设置恒温的垂直热辐射仪上,另一侧采用红外辐射灯照射,研究在不同辐照温度下超吸水纤维絮片表面和背面温度差以及其含水量与降温性能的相关性。(2)超吸水絮片在降温背心上的应用研究。分析室内高温环境下,“人体-降温背心-环境”这一系统的热交换过程,建立降温背心蒸发散热理论公式。理论计算表明:在其有效降温时间内,水分的平均蒸发速率与热力学温度呈四次方指数关系;其中,在环境温度为45℃-60℃之间时,几乎呈线性相关关系。在实验室内,通过垂直热辐射仪与红外辐射灯模拟高温受热环境,样品XP-4(SAF50/PET50)在辐射温度分别为45℃和60℃时,有效降温时间分别为85分钟和50分钟。实际穿着效果表明,吸水型降温背心的持续降温效果、舒适度都要好于18℃相变材料的降温背心:在室外气温32℃~37℃、实测地面温度50℃条件下,18℃相变材料的降温背心,持续降温时间只有1小时左右,之后会感觉闷热、出汗;B款降温背心(采用XP-3作为降温絮片)温度可以维持在29-32.5℃之间,凉爽持续时间超过2小时;A款降温背心(采用XP-4作为降温絮片)降温时间可保持在2h以上,无潮闷感。(3)超吸水絮片在电焊防护服上的应用研究。对焊滴飞溅过程中热量的流动进行系统性的分析与计算,进而探究焊滴携带热量、焊滴直径与絮片含水量、厚度的关系。分析三个过程的热量传递,包括在焊滴自熔池飞出及其在飞行过程中的热量流动;焊滴与服装面料接触后的热量传递;焊滴与吸水后的超吸水纤维絮片接触的热量传递。分析与计算表明,焊滴直径与常规阻燃面料或超吸水纤维絮片厚度之间存在一定的关系,满足一定条件可达到防护效果。