应急用自制救生圈

目前，暴雨、台风等极端天气越来越多，我经常在电视里看到，暴风雨中，一座座民房瞬间就被冲走了，人们也被冲到水里，他们只能抓一些树木、板子随波逐流，等着被救，情况十分危险。

如果能在家利用一些简易材料自制救生圈，就可以使许多人在洪水中及时逃生了。

一、研究计划和设想

二、研究过程

1.浮力材料的筛选试验

（1）所用材料

①一块白色的发泡胶板：近似正方形，长25.8厘米；宽24.9厘米；高2.5厘米。

②一块黑色的塑料泡沫：近似正方形，长29.5厘米；宽27.6厘米；高3.2厘米。

③托盘天平：最大量程1000克。

④选10块大小不一的石头，分别编号，用记号笔写上1至10号。

⑤一个大的洗澡盆，装入4/5的水。

（2）方法

①先校准天平的零点。

②用天平分别将两块泡沫称出重量。白色的发泡胶板重38克；黑色的塑料泡沫重73克。

③用天平称出石头重量。记录如下：

④将两块泡沫分别放入水中，使之漂浮在水面上，然后逐渐加上和调换不同大小的石头，直到恰好漂浮在水中，即下沉的临界值，见图1、图2。记录全部石头的编号。

⑤计算浮力：根据石头的编号和每块石头的重量，累加计算出浮力，并推算出单位质量的白色发泡胶板提供的浮力是53.26公斤/公斤发泡胶；单位质量的黑色的塑料泡沫提供的浮力是42.87公斤/公斤塑料泡沫。实验证明，白色发泡胶板的浮力比黑色的塑料泡沫提供的浮力大。

2.发泡胶浮力试验

（1）材料

①发泡胶（商品名：多功能泡沫填缝剂，有喷枪，有导出管）。

②两个规格550毫升的矿泉水瓶，向其中一瓶中充入一半发泡胶，直到瓶中的发泡胶逐渐膨胀，一个小时后固化。见图3。

（2）试验方法

①先校准天平的零点。

②用天平将两个瓶分别称出重量。

③测浮力。

将两个瓶分别放入水中，使之漂浮在水面上，见图4。

然后逐渐加上和调换不同大小的石头，直到瓶子恰好漂浮在水中，即下沉的临界值，见图5。

④计算浮力：根据石头的编号和每块石头的重量，累加计算出浮力（见图6）。

⑤破坏性试验

我们把两个瓶去掉瓶盖再放入水中，模拟洪水来临，向两个瓶上扬水，空瓶很快灌水沉底了，而充满发泡胶的瓶依然漂浮在水面，见图7。

接着再进一步做破坏性试验，将充满发泡胶的瓶上扎一些孔，把底剪掉，瓶子仍然可以浮在水面。

这个试验证明如果填充物是发泡胶，救生圈不会因为被树枝刺穿后像充气游泳圈那样迅速失效。

（3）2.5升饮料瓶的浮力

用同样的方法测出2.5升充入发泡胶的饮料瓶可提供的浮力是786公斤/立方米。

3.救生圈模型浮力试验

（1）所用材料

中等强度的布，最好是旧雨伞上的防雨绸布；发泡胶；中等强度的缝纫线；高强度的绳子。

（2）制作方法

①将两块大小相等的防雨绸布裁减成如图8所示的形状，尺寸为内径15厘米；外径25厘米。

②内侧和外侧分别用中等强度的缝纫线缝合，只留下一个5厘米左右的口，用发泡胶向绸布内进行发泡。

先只填充一半，等待其慢慢发泡；经过6～10分钟加固，经过1小时左右可以干固，见图9。将两边分别用细绳扎紧，然后扎在一起，从而形成应急用的救生圈模型，见图10。

（3）浮力性能测试

将模型救生圈放入水中，使之漂浮在水面上，然后逐渐加上和调换不同大小的石头，直到恰好漂浮在水中，即下沉的临界值，记录石头的编号。用排水法测出救生圈的体积（忽略布的体积），可以得到单位体积救生圈模型提供的浮力是918.9公斤/立方米。

三、研究结果讨论及放大设计

1.研究结果讨论

根据试验结果，以发泡胶为填充物的救生圈具有以下特点：

⑴发挥了发泡胶的优点

聚氨酯泡沫（OCF）是气雾技术和聚氨酯泡沫技术交叉结合的产物。它是一种将聚氨酯预聚体﹑发泡胶﹑催化剂等组分装填于耐压气雾罐中的特殊聚氨酯产品。当物料从气雾罐中喷出时，沫状的聚氨酯物料会迅速膨胀并与空气或接触到的基体中的水分发生固化反应形成泡沫。固化后的OCF泡沫具有填缝﹑粘结﹑密封﹑隔热﹑吸音等多种效果，是一种环保节能﹑使用方便的材料。

发泡胶还能防水，它的膨胀率在60倍左右，甚至更高。它的固化依靠空气中的水蒸汽进行硫化反应，20分钟就可完成。

⑵更适应洪水的特点

①逐渐发水

②树枝等杂物多

③水流急

⑶与其他救生设备相比的优点

①轻便，体积小，便于储存和携带，只需要一瓶发泡胶，一个做好的圆环外包布，就可在遇到紧急情况时快速做成。

②填充物是发泡体，不会因为被树枝刺穿后像充气游泳圈那样迅速失效。

③填充时无需其他动力，即使在停电时也可以用，不用像皮筏艇等救生用具需要充气。

④发泡胶凝固时间短，适合于洪水来临时应急使用。

⑤缝纫线可保护防雨绸布，即使被树枝划到，裂口也不会过大，避免发泡胶流失，造成危险。

⑥与专门的救生圈比较，因材质不是密度大的材料，被异物钩住后会自行破损，防止被钩住后被洪水卷入水底的危险。

2.放大设计

⑴找两块中等强度的布料（最好利用旧物：将两个旧雨伞上的防雨稠布拆下），将中间挖出内径468mm的洞，外径尺寸为850mm，按照模型的方法进行缝制，然后填充发泡胶做成救生圈。

⑵救生圈的体积计算

救生圈的标准尺寸：内径468mm，外径50mm，厚（高）95～115mm；可按100mm计算。把救生圈看成是一个圆绕着球心做一个圆周，由此得到救生圈的体积为74升。

⑶浮力安全性推算

以100kg的人为例，人体体积的2/5露出水面，需提供100×2/5=40kg的浮力（因为人体密度与水接近，所以浸在水中的3/5合力为0）。

发泡胶可膨胀60倍，一罐发泡胶13元，750毫升，发泡后可膨大到45升；救生圈的体积为74升，需要两罐发泡胶，可提供浮力67公斤。只要救生圈的浮力大于需要的浮力，该救生圈就是安全的。

四、研究结论

1.通过浮力材料的筛选试验，说明发泡胶的浮力大于普通塑料泡沫。

2.通过发泡胶浮力试验，得到以发泡剂作为填充物，具有充气类简易救生圈无法比拟的优点和安全性。

3.通过救生圈模型浮力试验，进一步说明本应急用自制救生圈，具有诸多优点，是一种便携、方便、廉价、安全的应急自救设施。

五、下一步试验设想和实践检验

1.可以采用广泛的选择，如在轻的纸盒箱里填充发泡胶，测试浮力。

2.仿救生衣的设计，向马甲里填充发泡胶，测试浮力。

3.按放大设计的尺寸，制作实物，可在有救生员保护的前提下，来到游泳池进行实际检验。

六、建议或体会

1.体会

做了好几次试验，我感觉到头脑中的想象与实际应用之间的差距还是比较大的，只有一步一步通过实践才有说服力，才能达到目的。成功的结果固然重要，但是试验的过程更为可贵，即使失败了，也能知道失败的原因，找出不足再去努力。

2.建议

由于发泡胶具有易燃性，建议储备时远离火源和烟雾，放在儿童接触不到的地方；瓶内有压力，避免阳光直射，也避免暴露在超过50℃的高温环境下。

使用完毕，不要刺破或点燃瓶体，不要往火焰或炽热的物体上喷射。使用时应在通风良好的环境下操作，并防止吸入挥发的溶剂，同时注意避免接触皮肤，最好是戴上手套。

（指导老师：陈希勇）