要想成为英雄,一件超级战衣必不可少。漫威超级英雄钢铁侠就有几十套装甲,并且随着斯塔克的不断改造,逐步实现更精细的外观和更强大的功能。冬奥会的“超级英雄”则是肩负着国家荣誉使命的运动员们。冬奥赛场严苛极端,如何同时保证奥运健儿们的安全与舒适成为至关重要的问题。
2022年北京冬奥会中我国运动员的战衣本着“快、护、暖、美”的设计宗旨,深入贯彻“科技冬奥”的理念,向全世界展示了中国速度、中国风度和中国温度。
对抗极端条件,运动员需要“多方位保护罩”。覆盖全身表面的皮肤是人体最大的器官。皮肤系统可以通过分泌汗液和产生水蒸气来调节体温,但在严寒、酷热等极端环境下难以维持人体舒适。此时就需要借助服装来阻挡外界刺激并维持皮肤表面“微环境”的稳定。冬季奥运会的极端气候与极端运动对运动服的设计提出了双重考验。
防水透湿织物被人们亲切地称为“可呼吸织物”,能保护人体免受风、水以及其他有害物质的侵入,对人体提供很好的防护作用。防水透湿织物的诞生与发展正如英雄战衣需要不断升级,防水透湿织物也在不断发展。我国最早的“雨衣”可追溯到周代的“蓑衣”。国外关于防水织物的记载最早可追溯到15世纪末。具有代表性的是二战时期英国的Ventile雨布,作为英国空军防寒抗浸服使用。
防水透湿织物兼具耐水渗透性和湿气透过性两种功能,看似相互矛盾,实际上却可以通过改变材料表面润湿性和孔径来实现二者的协同调控。层压防水透湿织物的核心功能层是功能性防水透湿膜,按不同机理可分为两大类:亲水型无孔膜和疏水型微孔膜。亲水型无孔膜以亲水性高分子聚合物为原料,以熔融挤出法为主要制备方法,膜表面和内部不存在孔道结构,液态水完全无法渗透。
疏水型微孔膜以疏水性高分子聚合物为基本原料,以相分离或机械拉伸为主要制备方法,内部呈不规则网状/海绵状结构。
纳米纤维防水透气膜具有以下三大优势:自然风通过时会产生一定的阻力且不能垂直透过,从而延缓寒风侵入人体,有效解决了原始疏水膜不保暖的弊端。孔隙率可达85%以上,透气性极好,剧烈运动时产生的汗液会以蒸气形式快速通过膜内孔道直接排出,从而有效减少皮肤表面汗液的凝结。静水压高、耐冲击性强。运动员高速运动时,阻隔雨雪向内部渗透,摔倒时能起到有效防护作用。
中国科学院过程工程研究所曹宏斌团队在学术界率先提出基于溶解热力学过程调控的稀溶剂焊接技术,并对大规模电纺丝生产设备和工艺开展技术攻关,开发出了具有自主知识产权的大宽幅、高均匀性静电纺丝机及高速纺丝溶液。用上述技术纺织的聚氨酯纳米纤维膜可以和弹性面料复合,更加舒适柔软,集弹性环保、轻薄耐磨、防水透气于一体,全面实现多重防护。
这种新型纳米纤维膜面料已成功用于2022年北京冬奥会国家高山滑雪队等13个国家队的运动员赛场保暖服,科技助力冬奥。