2022
09/30
相关创新主体

创新背景

医用防护服具有优异的抗菌和防水性能。高水平的保护同时阻止了蒸发汗液产生的水蒸气排放,并阻碍身体的热量损失。因此,长时间穿防护服的医护人员经常报告职业热应变,特别是在热带环境中。

使用带电风扇的风冷服装或摄入冰浆等热管理解决档案因为笨重和有效性等限制,可行性非常低。虽然先进的纺织品和涂料是有前途的解决方案,但它们很难制造,生产成本很高。

 

创新过程

新加坡国立大学(NUS)的一组研究人员开发了一种新型超吸湿材料,可增强个人防护服内的汗液蒸发,从而产生冷却效果,为医护人员和其他一线人员等用户提供更好的热舒适度。这项发明在与新加坡家庭团队科学技术局(HTX)的研究人员合作的实验测试中得到验证。

新型干燥剂膜具有生物相容性,无毒,吸收速率快,吸收能力高,机械性能优异。这意味着该材料非常坚固耐用,可用于医护人员穿的防护服。此外,新的材料价格实惠,重量轻,易于制造和重复使用。

在约35摄氏度的室温下,穿防护服一小时的医护人员通常会经历约64摄氏度的热指数。这会导致不适并延长热应变,从而导致中暑甚至死亡。新型复合吸湿膜通过蒸发冷却在防护服内实现冷却效果,进而增加皮肤的汗液蒸发。在防护服中附着一块新型复合膜可以将热指数降低约40%,显着降低中暑的可能性。

新加坡国立大学的研究团队通过将对先进水凝胶材料的科学知识与HTX对需求和工程能力的深刻理解相结合,能够定制和优化新型吸湿材料,以用于实际应用,以提高前线人员的绩效和生产力。

研究团队通过利用蒸发冷却原理来克服当前的挑战,使用超吸湿性复合膜来控制防护服中微环境中的湿度水平。当吸湿复合膜吸收防护服内的水蒸气时,湿度水平下降会加速皮肤上的汗水蒸发。

为了研究其解决方案的有效性,研究团队在气候室中使用了20个区域的模型,评估将复合膜应用于全身服装规模的可行性。在使用复合膜的情况下,中度出汗的相对湿度(RH)下降了约40% ,出汗一小时后从91%降至48.2%,出汗两小时后降至53.2%。
研究小组发现,在出汗的第一个小时内和35摄氏度的气温下,热指数或“感觉空气温度”从64.6摄氏度显着下降到40摄氏度。在这个水平上,当用户感到热时,中暑、热痉挛和热衰竭的可能性显着降低。

在另一项实验室实验中,研究表明,通过蒸发冷却,体温或皮肤温度可以显着降低1.5摄氏度。这进一步证明,复合薄膜可以帮助医护人员、士兵或消防员等用户缓解热应力,尤其是在剧烈活动期间。

此外,复合薄膜的再生也更节能,因为它需要较低的温度来释放被捕获的水分。在50°C时,复合膜在10分钟后释放其80%的含水量,40分钟后达到95%。大多数吸湿性材料在超过100°C的温度下可再生,持续时间超过一个小时。

根据本项目各项研究的结果,研究人员希望吸湿膜能嵌入到家庭队人员的个人防护装备(PPE)或个人防护服(PPC)上,以提升热舒适度及改善前线人员的表现。研究团队正在努力改进其吸湿性材料,使其能够更快地吸收更多、更强的吸湿性材料。该团队还计划将其冷却策略应用于其他类型的防护服,例如消防员的防护服。

 

创新关键点

创新利用蒸发冷却原理开发可控制防护服中微环境中的湿度水平的超吸湿性复合膜来,有效处理防护服的热应激。

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