Группа исследователей из Национального университета Сингапура (NUS) разработала новый супергигроскопичный материал, который усиливает испарение пота внутри индивидуального защитного костюма, чтобы создать охлаждающий эффект для лучшего теплового комфорта для пользователей, таких как медицинские работники и другие офицеры на передовой. Это изобретение было подтверждено лабораторными испытаниями, проведенными в сотрудничестве с исследователями из HTX (Home Team Science & Technology Agency) в Сингапуре.
Новая влагопоглощающая пленка, биосовместимая и нетоксичная, обладает высокой скоростью абсорбции, высокой абсорбционной способностью и отличными механическими свойствами. Это означает, что материал очень прочен и долговечен для практических применений, таких как защитные костюмы, которые носят медицинские работники. Он также доступен по цене, имеет малый вес, прост в изготовлении и многоразовом использовании.
«При комнатной температуре около 35º C медицинский работник, который надевает защитный костюм на один час, обычно испытывает тепловой индекс около 64º C. Это вызывает дискомфорт, а длительное тепловое напряжение может привести к тепловому удару и даже смерти. Наша новая композитная влага Улавливающая пленка обеспечивает охлаждающий эффект внутри защитного костюма за счет испарительного охлаждения — за счет увеличения испарения пота с кожи», — объяснил руководитель исследовательской группы доцент Тан Сви Чинг из Департамента материаловедения и инженерии Колледжа дизайна NUS. и машиностроение.
Прикрепление куска новой композитной пленки к защитному костюму, например, к задней части костюма, может снизить тепловой индекс примерно на 40%, что значительно снизит вероятность теплового удара.
Отчет был опубликован в Small 20 февраля 2022 года.
Этот исследовательский прорыв демонстрирует положительные результаты использования взаимодополняющих преимуществ NUS и HTX для создания ощутимых преимуществ для домашней команды и более широкого сообщества. Объединив научные знания команды NUS о передовых гидрогелевых материалах и глубокое понимание HTX потребностей и инженерных возможностей домашней команды, совместная исследовательская группа смогла настроить и оптимизировать новый влагоулавливающий материал для практического применения, чтобы повысить производительность и производительность. фронтовые офицеры.
Охлаждение за счет увеличения испарения пота
Медицинские защитные костюмы обладают отличными антибактериальными и водонепроницаемыми свойствами. Однако этот высокий уровень защиты останавливает выход водяного пара, образующегося при испарении пота, и препятствует потере тепла телом. Вот почему такие пользователи, как медицинские работники, которым приходится носить защитные костюмы в течение долгих часов, особенно в тропической среде, часто сообщают о профессиональных тепловых нагрузках.
Решения по управлению температурным режимом, такие как одежда с воздушным охлаждением с электрическими вентиляторами или проглатывание ледяной суспензии, непрактичны из-за таких ограничений, как громоздкость, большой вес и ограниченная эффективность. Хотя передовые ткани и покрытия являются многообещающими решениями, их сложно изготовить, а производственные затраты высоки.
Команда NUS разработала практическую стратегию преодоления текущих проблем, используя принцип испарительного охлаждения. Их решение заключается в использовании супергигроскопичной композитной пленки для контроля уровня влажности микросреды в защитном костюме. Когда влагоудерживающая композитная пленка поглощает водяной пар внутри защитного костюма, уровень влажности падает. Это, в свою очередь, ускоряет испарение пота с кожи. В результате от человеческого тела через потоотделение отводится больше тепла, что обеспечивает температурный комфорт для пользователей, таких как медицинские работники.
Чтобы проверить эффективность своего решения, команда NUS провела тесты в сотрудничестве с исследователями из HTX, используя 20-зонный манекен «Ньютон» в климатической камере. Это важная экспериментальная веха в оценке возможности применения композитной пленки для полной одежды.
С композитной пленкой относительная влажность (RH) в условиях умеренного потоотделения снизилась примерно на 40% — с 91% до 48,2% после одного часа потоотделения и до 53,2% после двух часов потоотделения. Группа также обнаружила, что в течение первого часа потоотделения индекс тепла или «чувствуемая температура воздуха» значительно снизился с 64,6ºC до 40ºC при температуре воздуха 35ºC. На этом уровне, хотя пользователи все еще чувствуют себя жарко, вероятность тепловые удары, тепловые судороги и тепловое истощение значительно уменьшаются.
«Эти эксперименты показывают, что наша влагоудерживающая пленка эффективно снижает относительную влажность внутри защитного костюма, тем самым значительно снижая тепловой индекс и улучшая температурный комфорт для пользователей», — зам. Профессор Тан объяснил.
В другом лабораторном эксперименте исследовательская группа также показала, что температура тела (или температура кожи) может быть значительно снижена на 1,5º C за счет испарительного охлаждения. Это еще раз доказывает, что композитная пленка потенциально может помочь пользователям, таким как медицинские работники , солдаты или пожарные, снять тепловой стресс, особенно во время напряженной деятельности.
Регенерация композитной пленки команды NUS также более энергоэффективна, поскольку требует более низкой температуры для высвобождения захваченной влаги. При 50ºC композитная пленка высвобождает 80% содержащейся в ней воды через 10 минут и достигает 95% через 40 минут. Большинство гигроскопичных материалов регенерируются при температуре более 100°С в течение более часа.
«Исходя из результатов различных исследований в рамках этого проекта, мы надеемся, что влагоудерживающая пленка может быть встроена в средства индивидуальной защиты (СИЗ) и/или одежду для индивидуальной защиты (СИЗ) офицеров домашней группы для повышения теплового комфорта и повысить эффективность работы офицеров на передовой», — сказал Ин Мэн Фай, директор Центра экспертизы человеческого фактора и моделирования в HTX.
Воодушевленные результатами своего последнего исследования, команда NUS сейчас работает над улучшением своего гигроскопичного материала, чтобы он мог поглощать больше и быстрее. Команда также планирует применить свою стратегию охлаждения к другим типам защитной одежды, например, для пожарных.
Кроме того, ассист. Профессор Тан и его команда ищут возможности коммерциализации этой технологии.
