ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การจัดการและการตอบสนองเหตุฉุกเฉินได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นทั่วโลก ปัจจุบัน การจัดการเหตุฉุกเฉินในประเทศของฉันได้สร้างรูปแบบการพัฒนาแบบวงปิดซึ่งครอบคลุม "ภัยพิบัติทุกประเภท ทั้งห่วงโซ่ และทุกด้าน" ซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบจากการตอบสนองแบบกระจายอำนาจไปสู่การประสานงานที่ครอบคลุม และจากการบรรเทาภัยพิบัติเชิงรับไปจนถึงการป้องกันและควบคุมเชิงรุก โดยทั่วไปโมเดลนี้ครอบคลุมการจัดหาวัตถุดิบวัสดุฉุกเฉินต้นน้ำ การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีหลัก และการผลิตอุปกรณ์ แพลตฟอร์มและโซลูชั่นบริการฉุกเฉินกลางน้ำ และสถานการณ์และบริการแอปพลิเคชันที่หลากหลายปลายน้ำ ในจำนวนนี้ การจัดหาวัตถุดิบวัสดุฉุกเฉินขั้นต้นน้ำทำให้มีพื้นที่เพียงพอสำหรับการพัฒนาวัสดุฉุกเฉินและวัสดุตอบสนองที่มีประสิทธิภาพสูง เนื่องจากลักษณะเฉพาะของสถานการณ์การใช้งาน การจัดการเหตุฉุกเฉินและการตอบสนองโดยทั่วไปจึงจำเป็นต้องใช้วัสดุฉุกเฉินที่มีลักษณะเฉพาะ เช่น น้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง สารหน่วงไฟ ทนต่อการสึกหรอ ทนความร้อน ทนความเย็น ทนน้ำ และความสะดวกในการพับและการขนส่ง
ในบรรดาวัสดุตอบสนองและกำจัดในกรณีฉุกเฉินต่างๆ วัสดุโพลีเมอร์มีความโดดเด่นในฐานะหนึ่งในสมาชิกที่สำคัญที่สุดในตระกูลวัสดุเนื่องจากมีคุณสมบัติที่ครอบคลุมเป็นเลิศ กระทรวงการจัดการเหตุฉุกเฉินในประเทศของฉันได้สร้างแนวทางนโยบายที่ชัดเจนและความต้องการของตลาด และโครงการริเริ่มต่างๆ เช่น "การอัปเกรดอุปกรณ์กู้ภัยเฉพาะทาง" "การสร้างระบบติดตามอัจฉริยะและระบบเตือนภัยล่วงหน้า" และ "การสำรองวัสดุป้องกันและควบคุมความเสี่ยงเต็มรูปแบบ" ได้มอบสถานการณ์การใช้งานที่กว้างขวางสำหรับวัสดุโพลีเมอร์ประสิทธิภาพสูง (เช่น วัสดุตรวจจับอัจฉริยะที่ทนต่อสารเคมี ดูดซับน้ำมัน ป้องกัน และตรวจจับอัจฉริยะ) ในระดับนโยบาย กลไกต่างๆ เช่น "การชดเชยการประกันวัสดุใหม่ชุดแรก" และ "ฐานสาธิตอุตสาหกรรมฉุกเฉิน" ยังให้การสนับสนุนอย่างมากสำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมวัสดุโพลีเมอร์ประสิทธิภาพสูงสำหรับการตอบสนองและการกำจัดในกรณีฉุกเฉิน
วัสดุโพลีเมอร์ประสิทธิภาพสูงมีลักษณะต่างๆ เช่น น้ำหนักเบา ความแข็งแรงจำเพาะสูง โมดูลัสจำเพาะสูง ความต้านทานการกัดกร่อน ฉนวนสูง ความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี และความง่ายในการปรับเปลี่ยน ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการจัดการและการกำจัดเหตุฉุกเฉิน การใช้งานทั่วไปของวัสดุโพลีเมอร์ในด้านฉุกเฉิน ได้แก่:
(1) วัสดุโครงสร้างน้ำหนักเบาประสิทธิภาพสูง ตัวอย่าง ได้แก่ เสื่อปูพื้นโพลีเอทิลีนน้ำหนักโมเลกุลสูงพิเศษ (UHMW-PE) เสื่อป้องกันโพลีเมอร์คอมโพสิต และชุดอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์
(2) วัสดุตอบสนองและป้องกันที่ชาญฉลาด ตัวอย่าง ได้แก่ หนังคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก โพลียูรีเทน (TPU) (ชุดป้องกัน ถุงลมนิรภัย เต็นท์ ฯลฯ) ไฮโดรเจลโพลีเมอร์ การเคลือบอะรามิด/นาโนคอมโพสิต (ชุดดับเพลิง ฯลฯ) และฟิล์มป้องกันโพลีเมอร์มัลติฟังก์ชั่น (กันลม กันฝน กันแสง ฉนวนกันความร้อน ฯลฯ)
(3) วัสดุควบคุมการรั่วไหลและบำบัดมลพิษ ตัวอย่าง ได้แก่ สำลีดูดซับน้ำมัน/สักหลาดดูดซับน้ำมันโพลีโพรพีลีน (PP) วัสดุยาแนวโพลียูเรีย (PUA) และน้ำยาซีลโพลีเมอร์เจล
(4) วัสดุฉุกเฉินใหม่อื่น ๆ ตัวอย่าง ได้แก่ วัสดุที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ วัสดุเซ็นเซอร์โพลีเมอร์นำไฟฟ้า ชุดดับเพลิงอัจฉริยะ วัสดุกรองเส้นใยนาโน วัสดุโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และวัสดุทางการแพทย์ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ
แม้จะมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมและการใช้งานมากมาย แต่โพลีเมอร์ส่วนใหญ่ก็มีข้อเสียเปรียบที่ไม่อาจปฏิเสธได้: พวกมันไวไฟสูง เพื่อเอาชนะข้อบกพร่องนี้ นักวิจัยได้มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาโพลีเมอร์ที่มีคุณสมบัติหน่วงการติดไฟโดยธรรมชาติ โดยทั่วไปโพลีเมอร์จะแบ่งออกเป็นสี่ประเภทตามความต้านทานความร้อน (อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว Tg): โพลีเมอร์เอนกประสงค์ (Tg ≤ 100 ℃) โพลีเมอร์วิศวกรรม (100-250 ℃) ฯลฯ ในปัจจุบัน วัสดุฉุกเฉินของโพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายส่วนใหญ่ส่วนใหญ่เป็นโพลีเมอร์เอนกประสงค์และโพลีเมอร์เชิงวิศวกรรม อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของสถานการณ์ฉุกเฉิน ความต้องการวัสดุฉุกเฉินโพลีเมอร์เฉพาะทางและวิศวกรรมขั้นสูงจึงเพิ่มขึ้น สำหรับสถานการณ์ฉุกเฉินพิเศษบางอย่าง เช่น สภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง ความเย็นจัด และการแผ่รังสีที่รุนแรง วัสดุฉุกเฉินแบบโพลีเมอร์ทั่วไปไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดการใช้งานได้อีกต่อไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการพัฒนาวัสดุฉุกเฉินชนิดโพลีเมอร์เฉพาะทางอย่างเร่งด่วน โพลีเมอร์เหล่านี้มีอุณหภูมิการทำงานที่สูงกว่าและทนทานต่อความเค้นต่อสิ่งแวดล้อมได้ดีเยี่ยม สามารถทนต่ออุณหภูมิสูง และปล่อยสารระเหยที่ติดไฟได้น้อยมาก ประสิทธิภาพโดยรวมที่ยอดเยี่ยมของวัสดุโพลีเมอร์เหล่านี้ทำให้มักใช้ในอุตสาหกรรมที่ต้องจัดการกับสภาวะที่รุนแรง เช่น การบินและอวกาศและไมโครอิเล็กทรอนิกส์ หรือสำหรับการผลิตชุดทำงานที่ทนไฟ
โพลิอิไมด์ (PI) เป็นวัสดุโพลีเมอร์วิศวกรรมขั้นสูงทั่วไป โดดเด่นด้วยความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและต่ำได้ดีเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี ต้านทานรังสี สารหน่วงการติดไฟและการปราบปรามควัน ง่ายต่อการฆ่าเชื้อ ความเป็นพิษทางชีวภาพต่ำ คุณสมบัติทางกลและไดอิเล็กทริกที่ดี รูปแบบการใช้งานที่หลากหลาย และความสามารถในการออกแบบโครงสร้างโมเลกุลที่ยืดหยุ่น คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้เป็นข้อกำหนดประสิทธิภาพขั้นพื้นฐานสำหรับวัสดุในการป้องกันภัยพิบัติและการตอบสนองต่อเหตุฉุกเฉิน ทำให้วัสดุ PI มีแนวโน้มที่จะนำไปใช้ในการจัดการและการตอบสนองต่อเหตุฉุกเฉิน
แม้ว่าความก้าวหน้าของการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุ PI ได้รับการรายงานอย่างกว้างขวางในวรรณกรรม แต่รายงานที่เป็นระบบเกี่ยวกับความคืบหน้าของการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุ PI เนื่องจากยังขาดอุปกรณ์การจัดการเหตุฉุกเฉินและการตอบสนอง บทความนี้จะทบทวนการใช้งานวัสดุ PI ทั้งทางตรงและทางอ้อมในด้านฉุกเฉินจากมุมมองของความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของ PI และคุณสมบัติของ
I. คุณสมบัติของโพลีอิไมด์และผลกระทบต่อการใช้งานตอบสนองเหตุฉุกเฉิน
เนื่องจากเป็นวัสดุโพลีเมอร์อินทรีย์ชนิดที่สำคัญ วัสดุ PI จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตอบสนองฉุกเฉินเนื่องจากมีคุณสมบัติที่ครอบคลุมเป็นเลิศ โดยส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในหกด้านต่อไปนี้:
(1) ทนต่ออุณหภูมิและสารหน่วงไฟ วัสดุ PI มีลักษณะเฉพาะ เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูง (อุณหภูมิการสลายตัวด้วยความร้อน ≥500 ℃) ทนต่ออุณหภูมิต่ำ (จนถึงอุณหภูมิฮีเลียมเหลว -269 ℃) และค่าการนำความร้อนต่ำ ทำให้เป็นหนึ่งในวัสดุโพลีเมอร์ที่ทนต่ออุณหภูมิได้ดีที่สุด นอกจากนี้ วัสดุ PI มาตรฐานยังมีคุณสมบัติหน่วงไฟได้ดีเยี่ยม ตัวอย่างเช่น ดัชนีออกซิเจนจำกัด (LOI) ของฟิล์ม pyromellitic PI ชนิด Kapton® ที่ผลิตโดย DuPont คือ 37% และระดับการเผาไหม้ในแนวตั้งคือ UL 94 VTM-0; ค่า LOI ของฟิล์ม Biphenyl PI ประเภท Upilex®-S ที่ผลิตโดย Ube Industries, Ltd. อยู่ที่ 66% และยังมีระดับการหน่วงไฟ VTM-0 อีกด้วย ความต้านทานต่ออุณหภูมิและคุณสมบัติหน่วงไฟที่ดีเยี่ยมของ PI ทำให้เหมาะเป็นวัตถุดิบสำหรับวัสดุตอบสนองฉุกเฉิน เช่น ชุดดับเพลิง ผ้าห่มดับเพลิง ผ้าห่มกันไฟ และเสื้อผ้ากันหนาว
(2) คุณสมบัติทางกล ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลและระหว่างโมเลกุลที่แข็งแกร่งทำให้วัสดุ PI มาตรฐานมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม ตัวอย่างเช่น ความต้านทานแรงดึงของฟิล์ม PI แบบเน้นสองแกนที่ผลิตทางอุตสาหกรรมโดยทั่วไปจะอยู่ที่ ≥200 MPa โดยบางสายพันธุ์มีมากกว่า 400 MPa; การยืดตัวที่แตก ≥50%; และโมดูลัสแรงดึง ≥3.0 GPa ในขณะเดียวกัน ฟิล์ม PI มีความหนาแน่นต่ำ (~1.42 ก./ซม.³) มีความต้านทานการดัดงอได้ดีเยี่ยม และสามารถทนต่อการพับนับหมื่นครั้งโดยไม่มีความเสียหาย ทำให้การขนส่งวัสดุ PI สะดวกมาก และมีแนวโน้มการใช้งานในด้านฉุกเฉิน เช่น เต็นท์ สายพานแยก และฟิล์มป้องกัน นอกจากนี้ วัสดุคอมโพสิตที่ใช้ PI ยังมีความแข็งแรงจำเพาะสูงและโมดูลัสจำเพาะสูง จึงแสดงให้เห็นโอกาสการใช้งานที่กว้างขวางในส่วนประกอบต่างๆ เช่น โดรนบรรเทาสาธารณภัย เฮลิคอปเตอร์ หุ่นยนต์ และหมวกกันน็อคกันกระสุน
(3) ความมั่นคงด้านสิ่งแวดล้อม โดยทั่วไปแล้ว วัสดุ PI มาตรฐานจะไม่ละลายและละลายได้ มีความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อตัวทำละลายอินทรีย์ น้ำมันแร่ และน้ำมันก๊าดในการบิน อย่างไรก็ตาม วัสดุ PI มีความสามารถในการดูดความชื้นสูงเล็กน้อยและมีความต้านทานต่ำต่อสารละลายอัลคาไลน์ที่มีอุณหภูมิสูง ฟิล์ม PI แสดงให้เห็นความต้านทานที่ดีต่อรังสีจากรังสีเอกซ์ นิวตรอน อนุภาคที่มีประจุ และแสงอัลตราไวโอเลตสุญญากาศ แต่ไวต่อการกัดกร่อนจากออกซิเจนอะตอมมิกในวงโคจรโลกต่ำ คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้วัสดุ PI มีแนวโน้มสำหรับการใช้งานในกรณีฉุกเฉินทางเคมีอันตรายและการตอบสนองต่อเหตุฉุกเฉินเรื่องการปนเปื้อนนิวเคลียร์
(4) คุณสมบัติของฉนวนและอิเล็กทริก วัสดุ PI มาตรฐานมีความแข็งแรงของฉนวนที่ดีเยี่ยม (≥300 V/μm) ความต้านทานปริมาตรสูง (≥10¹⁷ Ω・cm) ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกค่อนข้างต่ำ (3.4~3.5 @1kHz) และการสูญเสียอิเล็กทริก (≤0.002 @1kHz) ทำให้วัสดุ PI เหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุฉนวนประสิทธิภาพสูงในการใช้งานในกรณีฉุกเฉิน เช่น การจัดการกระแสไฟรั่วและการป้องกันฉนวน
(5) คุณสมบัติทางแสง สายโซ่โมเลกุลของฟิล์ม PI มาตรฐานมีการผันคำกริยาที่แข็งแกร่ง อำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนประจุภายในและระหว่างสายโซ่โมเลกุล ส่งผลให้มีการดูดซับแสงที่มองเห็นได้อย่างมีนัยสำคัญ สิ่งนี้ทำให้ฟิล์ม PI มาตรฐานมีลักษณะโดยทั่วไปเป็นสีเหลืองทองถึงสีน้ำตาลเข้ม ทำให้เหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุป้องกันรังสียูวีและป้องกันแสงในการใช้งานฉุกเฉินบางอย่าง
(6) คุณสมบัติทางชีวภาพ วัสดุ PI ทั่วไปโดยทั่วไปมีความเป็นพิษต่ำและมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี ทำให้เหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุทางการแพทย์ในสถานการณ์ฉุกเฉิน นอกจากนี้ โครงสร้างของวัสดุ PI ยังปรับเปลี่ยนได้อย่างมาก ช่วยให้ออกแบบได้อย่างยืดหยุ่นเพื่อตอบสนองความต้องการการใช้งานที่หลากหลาย และด้วยเหตุนี้จึงขยายขอบเขตการใช้งานให้กว้างขึ้น วัสดุ PI สามารถใช้เป็นฟิล์ม สารเคลือบ วาร์นิช กาว เทป เส้นใย วัสดุผสม และโฟม ในที่สุด วัสดุ PI จะถูกรวมเข้ากับสารตัวเติมอนินทรีย์ต่างๆ เพื่อสร้างวัสดุคอมโพสิตที่หลากหลาย ซึ่งตอบสนองความต้องการในการใช้งานในด้านการตอบสนองฉุกเฉินต่างๆ
II. ความก้าวหน้าในการใช้วัสดุโพลีอิไมด์ในการจัดการและการตอบสนองต่อเหตุฉุกเฉิน
2.1 วัสดุฉุกเฉินโดยตรง
การใช้งานหลักของโพลิอิไมด์ (PI) ในวัสดุฉุกเฉินโดยตรง ได้แก่ อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE) และวัสดุทนไฟและทนไฟ วัสดุทนความร้อนและความเย็น วัสดุทนการตัด วัสดุทนรังสี และวัสดุกรองอากาศสำหรับวิศวกรรมฉุกเฉิน
2.2 วัสดุฉุกเฉินทางอ้อม
การใช้งานหลักของโพลีอิไมด์ (PI) ในวัสดุฉุกเฉินทางอ้อม ได้แก่ วัสดุคอมโพสิตสำหรับอุปกรณ์และเครื่องมือกู้ภัย การช่วยชีวิตและอุปกรณ์ฉุกเฉิน ฉนวนกันความร้อนและวัสดุอุด วัสดุแบตเตอรี่ วัสดุเซ็นเซอร์ และวัสดุการรักษาพยาบาล
2.2.1 วัสดุคอมโพสิตน้ำหนักเบา
2.2.2 วัสดุแบตเตอรี่
2.2.3 ฉนวนความร้อนน้ำหนักเบาและวัสดุอุด
2.2.4 ผ้าชนิดพิเศษ
นอกเหนือจากการใช้งานทั่วไปที่กล่าวถึงข้างต้น วัสดุ PI ยังได้รับความสนใจและการใช้งานในด้านต่างๆ เช่น ฉนวนมอเตอร์ป้องกันการระเบิด วัสดุฉุกเฉินทางการแพทย์ การช่วยเหลือทางอากาศ การตอบสนองฉุกเฉินในละติจูดสูง และการช่วยเหลือใต้น้ำ
"เพื่อที่จะทำงานได้ดี อันดับแรกต้องมีเครื่องมือที่เหมาะสม" การจัดการเหตุฉุกเฉินตามระเบียบวินัยที่เป็นอิสระ จะไม่สามารถทำงานได้หากไม่ได้รับการสนับสนุนจากสื่อขั้นสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาจากเมทริกซ์แอปพลิเคชัน "การป้องกัน - การตรวจสอบ - พลังงาน - การแพทย์ - โครงสร้างพื้นฐาน - ข่าวกรอง" ในการจัดการเหตุฉุกเฉินสมัยใหม่ วัสดุฉุกเฉินขั้นสูงได้กลายเป็นการสนับสนุนที่สำคัญและรับประกันสำหรับการตอบสนองฉุกเฉิน "อันตรายทุกประเภท" ในฐานะกลุ่มวัสดุโพลีเมอร์ขั้นสูงที่มีสมรรถนะที่ครอบคลุมเป็นเลิศ การพัฒนาในอนาคตของ PI ในด้านฉุกเฉินแสดงให้เห็นแนวโน้มต่างๆ เช่น การปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่อง การบูรณาการอัจฉริยะแบบมัลติฟังก์ชั่น การพัฒนาที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน นวัตกรรมกระบวนการผลิต การขยายสถานการณ์การใช้งานอย่างครอบคลุม และการก่อตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไปของระบบนิเวศอุตสาหกรรม กล่าวโดยสรุป วัสดุฉุกเฉินของ PI กำลังพัฒนาจากวัสดุประสิทธิภาพสูงเพียงชนิดเดียวไปเป็น "ระบบวัสดุอัจฉริยะ" และจะเปลี่ยนแนวคิดการออกแบบและรูปแบบการใช้งานของอุปกรณ์กู้ภัยฉุกเฉินโดยพื้นฐานในอนาคต การพัฒนาจะเป็นไปตามแนวทาง "ประสิทธิภาพสูง → ฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลาย → ระบบอัจฉริยะ → การอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม → ต้นทุนต่ำและขนาดใหญ่" ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะบรรลุเป้าหมายสูงสุดคือ "อุปกรณ์ชิ้นเดียวในการจัดการกับสถานการณ์ภัยพิบัติที่หลากหลาย" และให้การสนับสนุนด้านเทคนิคสำหรับการช่วยเหลือฉุกเฉิน
