一种游泳救生衣的制作方法

本发明属于救生装置或游泳装置领域，具体涉及一种游泳救生衣。

背景技术：

游泳是人在水的浮力作用下产生向上漂浮，凭借浮力通过肢体有规律的运动，使身体在水中有规律运动的技能。游泳具有改善心血管系统、提高肺活量、提高呼吸系统的机能、改善肌肉系统的能力、改善体温调节的机制、加强皮肤血液循环、增强抵抗力、减肥和健美形体等效果，因而越来越受到更多人的喜爱。

但即算是对于本身会游泳的人来说，无论是在江河湖海中野泳还是在游泳馆中游泳，都存在一定概率的溺水淹死可能性。例如说，人体下水后因手脚抽筋的突发情况能使得本身会游泳的人溺亡在深水区。然而，让会游泳的人出入深水区或野泳时都穿戴救生衣显然是不现实的，因为救生衣给泳者带来的浮力使得人体难以达到应有的运动效果，而且穿上救生衣还会使得其对人体的浮力过大而让普通游泳爱好者不适应和显得多余。

因此，开发一种在常规游泳状态下能舒适地穿戴，而在溺水的紧急状态下能迅速自救的游泳救生衣成为本领域需要解决的问题。

发明人通过对现有技术的仔细检索得知，现有技术中基本都是通过在普通游泳状态下不充气或少充气、而在紧急状态下对泳具快速充气的方案来实现游泳救生效果，例如专利cn200320111352提供一种组合式安全游泳衣，专利cn201310181580提供一种护卫游泳衣。然而，无论使用哪种充气用具，都会在游泳时显得怪异且不方便。因而，实际上游泳池中基本没有人会穿戴这样的救生装置游泳。

因此，本领域仍然需要一种在常规游泳状态下能舒适地穿戴，而在溺水的紧急状态下能迅速自救的游泳救生衣。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种游泳救生衣，包括低密度层和高密度层，所述低密度层和高密度层可分离设置，低密度层的密度小于1g/cm³，高密度层的密度大于1g/cm³；且包括低密度层和高密度层的游泳救生衣的整体密度为0.2～3g/cm³；所述游泳救生衣穿戴后低密度层至少固定在人体的上身，而高密度层通过锁定部件直接或间接固定于低密度层上和/或固定于人体上；当穿戴者穿上所述游泳救生衣时，由所述游泳救生衣的整体密度与水的密度的差值影响穿戴者在水中的游泳难度；当穿戴者或旁人感觉到穿戴者存在溺水危险时，可以立即解锁释放掉全部或部分所述高密度层，而固定在人体的低密度层对穿戴者起到救生的作用。

本发明中，低密度层至少固定在人体的上身的意思是部分低密度层还可以固定在人体的下身，另外还可以是部分低密度层固定在脖子或头部位置。

在一种具体的实施方式中，所述低密度层和高密度层覆盖人体的面积相同或不同，优选高密度层的覆盖面积为低密度层覆盖面积的0.2～1.5倍，更优选0.5～1.2倍，最优选0.7～1倍。

具体地，所述低密度层覆盖人体的面积和高密度层覆盖人体的面积可以呈部分相交重叠或一个包含另一个的关系。

在一种具体的实施方式中，所述低密度层与游泳穿的泳装在至少部分覆盖人体面积上合二为一设置。也即穿上所述游泳救生衣时，可以不再穿普通的泳装，这对于女装来说尤其合适。此时，优选将部分低密度层与胸托合二为一设置，也即成型的低密度层设置为胸罩的造型，和/或在女装游泳救生衣的胸前位置将低密度层设置得较厚，还具有为胸部塑形和外观更美的效果。另外，优选游泳救生衣的领口和袖口(或还包括衣下边)都使用松紧布设计成贴身的防走光形式。

在一种具体的实施方式中，低密度层的密度小于0.7g/cm³，高密度层的密度大于2g/cm³；优选低密度层的密度小于0.5g/cm³，高密度层的密度大于5g/cm³；更优选低密度层的密度小于0.4g/cm³，高密度层的密度大于6.5g/cm³；最优选低密度层的密度小于0.3g/cm³，高密度层的密度大于7.5g/cm³。

在一种具体的实施方式中，包括低密度层和高密度层的游泳救生衣的整体密度为0.5～1.5g/cm³，优选0.8～1.2g/cm³，更优选0.95～1.05g/cm³。

因淡水的密度为1g/cm³，海水密度为1.025g/cm³，因而为适宜在淡水或海水中练习游泳和提高水平，所述游泳救生衣的整体密度设置为0.95～1.05g/cm³时为最优。一般情况下，所述救生衣的整体密度设置为小于1g/cm³，甚至远小于1g/cm³时适宜于不敢下水游泳的初学者；所述救生衣的整体密度设置为1g/cm³左右时，基本不会影响穿戴者游泳的难度，因而适宜于正常水平的游泳爱好者；而当所述救生衣的整体密度设置为大于1g/cm³，甚至远大于1g/cm³时适宜于游泳技术熟练的游泳者。但这种情况下，从安全角度考虑，救生衣的整体密度或整体质量仍然不宜设置得过大。

在一种具体的实施方式中，直接或间接穿戴在人体上的高密度层的总重量设置为可调节，或者同一件游泳救生衣的低密度层匹配设置多个不同重量的高密度层，使得救生衣的整体密度可调以适应不同风格的游泳者或适应游泳者的不同体力状态。

在一种具体的实施方式中，所述低密度层和高密度层之间设置有一个或多个可锁合和解开的锁扣。本发明中，所述锁定部件和锁扣均指其广义意义，只要是能实现高密度层与低密度层之间，和/或高密度层与人体之间的位置相互固定与解开状态切换的机构即可。优选的，所述锁扣设置在高密度层内侧和低密度层外侧且二者凹凸匹配，此时锁扣的结构由低密度层和高密度层本身构成。本发明中，低密度层可以设置为充气式、低密度固体式或二者的结合，高密度层可以设置为高密度的固体和/或液体(如汞)形式。高密度层可设置在低密度层外侧或内侧甚至夹设在低密度层中间，但优选高密度层设置在外侧，方便溺水时弃去。从游泳时人体舒适的角度去优化设计该游泳救生衣，例如游泳救生衣的整体形状，高密度层和低密度层的材料和形状，高密度层和低密度层的位置关系和锁合关系等，可以设计得到最为舒适安全的游泳救生衣。

所述游泳救生衣低密度层的上部和下部所用材料的密度可以不同，所用材料的厚度也可以不同，使得游泳救生衣低密度层的上部和下部的单位覆盖人体面积对应的质量不同。所述游泳救生衣高密度层的上部和下部所用材料的密度可以不同，所用材料的厚度也可以不同，使得游泳救生衣高密度层的上部和下部的单位覆盖人体面积对应的质量不同。同样的，所述游泳救生衣低密度层和高密度层的前页和后页所用材料的单位面积质量都可以不同。这在本发明中并无限制，甚至对应人体的不同部位都可以分别设计其单位面积质量，所述设计以人体游泳时最舒适和救生时最安全为准。例如其中的高密度层为下重上轻时，下部更大的单位质量可以是材料更厚或使用密度更大的材料。本发明中，锁定部件的材料不受限，它的材料可以与低密度层和高密度层的材料相同或不同。例如本发明在肩膀处设置连接钢质前页和钢质后页的锁扣时，锁扣可以采用软质金属如金、银、铝等材料，以便紧急状态时使得锁扣材料变形而解锁。本发明中所述低密度层和高密度层都可以不被包裹或采用其它材料全部包裹或部分包裹。

在一种具体的实施方式中，所述低密度层的前页平均厚度为设置在背部位置的后页平均厚度的1.05～1.3倍。因为人呼吸用的鼻子和嘴朝前，鼻子、耳朵和眼睛这些容易泡水而引起泳者心理恐慌的部位均靠近人体前侧，因而将低密度层在前面位置的厚度设计为略大于背部位置的厚度时，可使得人体自救时头部某些位置能更大程度地避免进水。

在一种具体的实施方式中，所述锁定部件为将高密度层的前页和后页连接而使得高密度层挂设在人肩膀上的锁扣，或所述锁定部件为将高密度层拉合的拉链结构。

在一种具体的实施方式中，所述高密度层的材料包括铅、银、铜、汞、铁、钢中的一种或多种，所述低密度层的材料包括气体(例如空气、氮气、氧气等)、发泡型高分子材料、气凝胶材料中的一种或多种。且优选所述高密度层的总质量为2～6kg，更优选3～5.5kg(这是对应成人用游泳救生衣的质量)。本发明中，虽然所述游泳救生衣的总重量高达数千克，但在水中游泳时，因所述救生衣的整体密度设置成与水相近，因而其并不会增加人体的游泳负担，人体难以感受到其重量的存在。但建议在游泳结束出水时，泳者从浅水区处出水，或先将高密度层整体解锁脱下后再出水，以免该游泳救生衣的重量过大而使得出水费力。

本发明中，所述低密度层为整体式结构或分散式结构，所述高密度层同样可以为整体式结构或分散式结构。所述低密度层为分散式结构时，其中的多个条状结构、块状结构等组件一般采用某种材料固连在一起，而所述高密度层为分散式结构时，其中的多个条状结构、块状结构等组件一般采用某种材料固连在一起或者相互间并不固连且每个结构分别单独固定在低密度层上和/或人体上，在分散式高密度层的多个结构相互间并不固连时，可以分别地、渐进地将所述高密度层组件从游泳救生衣上移除；当然，一般情况下会更优选高密度层的分散结构相互固连成一个整体，使得在发生紧急溺水情况时可以一次性将其从游泳救生衣上移除。另外，所述高密度层为整体式结构时，其可以是板状、网状、网块结合状等不同结构形式。

本发明中，因为穿此游泳救生衣的穿戴者大多是在游泳馆、河流湖泊或海洋中游泳，只要不是用于洪灾中等极端恶劣条件，则对设置在游泳救生衣内侧的低密度层的强度要求并不高，因为在一般的使用状态下它都处于外层的高密度层保护下，这些环境中也一般不会有尖锐物来戳刺它。

本发明至少具有如下有益效果：

1、穿上所述游泳救生衣在游泳馆(尤其是深水区)、河流湖泊或海边游泳时，不用再担心因抽筋、滑倒和磕碰等意外而导致溺水。

2、当出现洪灾或在游泳区域用于抢救其他人的生命时，可以直接脱去高密度层(2)而穿着低密度层而防止落水和溺水事故。且因为普通的救生衣其使用可能性极低因而普通民众都不会购买，但本发明的游泳救生衣却完全可以人手一件，且每次游泳时都能使用，因而从大概率上防止了洪灾时出现无浮物可抓取的情况，为营救争取到时间。

3、在优选方式中，本发明可以通过调整高密度层的穿戴质量而调整整件游泳救生衣的平均密度，因而方便不同的游泳者练习游泳和日常的游泳锻炼，也方便同一游泳者在不同熟练阶段练习不同难度的游泳。

附图说明

图1为本发明中一种游泳救生衣的结构示意图；

图2为本发明中游泳救生衣的高密度层的结构示意图；

图3为本发明中另一种游泳救生衣的结构示意图。

具体实施方式

虽然救生衣不能100％保证人在水中的安全，但救生衣能够大幅降低溺水的概率。本发明克服了普通救生衣在正常游泳时无端地提供很大浮力的弊端，使得游泳者能够习惯和喜爱穿上游泳救生衣，尤其是游泳池等静水环境中该游泳救生衣能给泳者带来最大限度的安全保障。事实上，成人在溺水前和溺水过程中是有清晰的意识和足够的时间来解除高密度层的。举个例子，不会游泳的人在溺水时往往会上窜下沉地折腾好几个回合然后才溺亡，总的溺水时间往往长达数十秒以上，而本发明中解除高密度层的平均时间为几秒甚至1秒都是能轻松做到地，而这数秒以内的时间在水下闭气即可防止呛水。

本发明中，即算是在水中或陆地上误触了解除高密度层的开关，也不会给人体或环境带来任何不利影响，将分离的高密度层重新拾起并穿戴或安装好即可。

实施例1

本申请的发明人在泳池练习游泳时，发现一个重要的共同现象，人体在肺部吸饱空气以及包括头部在内的整个身体全部入水时，人体的整体密度是小于水密度的(此时人体会漂浮在水面上，且人体部分结构例如头部会有一截露出水面)；但在人体往外呼气直至排空肺部气体的过程中，人体的整体密度会略大于水密度(人体会缓慢下沉)。因而防成人溺水时，需要保证在人体完全排空肺部气体时保持头部一直露出水面正常呼吸即可。因此，本发明需要低密度层提供的浮力初步设计为人体肺活量(v1)与头部体积(v2)之和排空的水的质量与重力加速度g的乘积，即f浮＝(v1+v2)ρ水×g。

统计数据显示：人头部的平均体积大概是1.76l；而人的肺活量，男性平均值为2.44～3.35l，女性平均值为1.76～2.36l。因为人体鼻子以上的部分(不能长久持续地泡入水中)只占头部总重量的一部分，且人体在水中时可以由短频快的浅呼吸(不会完全排空肺部)代替深呼吸以提供足够的氧气。因此，以设计女性游泳救生衣为例，排水体积以1.76l(头部体积)+2.36l(肺活量)计算时已经是安全值。需要由救生衣提供的浮力＝ρ液gv排＝1×9.8×(1.76+2.36)＝9.8×4.12＝40.4n。

在一种具体的实施方式中，我们把游泳救生衣的低密度层简化成矩形结构，设置为82cm长(对应胸围和腰围)，52cm宽(对应上身的高度)和1.1cm厚。因此该低密度层的排水体积为4.69l。因而该低密度层全部泡入水中时产生的向上的浮力为46n，而若低密度层为密度0.2g/cm³的泡沫塑料时，其重力为9.2n，因而在脱去高密度层后该低密度层能为穿戴者带来浮力36.8n，基本能保证穿戴者长久地漂浮水面安静地呼吸等待救援或自救。

此时，若将游泳救生衣的整体密度设置为1g/cm³时，且高密度层采用密度为7.9g/cm³的钢铁，因满足下述式i，因而所需的钢铁的体积为0.544l，相应钢铁高密度层的质量为4.29kg，如果将高密度层与低密度层设置为相同面积，则其厚度为1.276mm。也可计算出，整件游泳救生衣的质量为4.29+0.94＝5.23kg。同样可以计算出，高密度层的浮力为5.3n，其重力为42n。

ρ塑×v塑+ρ钢×v钢＝1×(v塑+v钢)(式i)

若将游泳救生衣的整体密度设置为1g/cm³时，且高密度层采用密度为21.45g/cm³的铂，因而所需的铂的体积为0.1835l，相应铂高密度层的质量为3.935kg。因需要的铂重量不低，且贵金属价格很高，因而该方案不利于大规模普及应用。

若将游泳救生衣的整体密度设置为1g/cm³时，且高密度层采用密度为2.7g/cm³的铝，因而所需的铝的体积为2.207l，相应高密度层铝的质量为5.96kg，如果将高密度层与低密度层设置为相同面积，则其厚度为5.18mm。也可计算出，整件游泳救生衣的质量为5.96+0.94＝6.9kg。因此，使用密度比钢铁低得多的铝作为高密度层时，整件游泳救生衣的质量要加重31.9％。因此，本发明中更适合的高密度层材料为铅、银、铜、铁和汞等更高密度且价格合适的金属。

若将上述低密度层的泡沫塑料由0.2g/cm³更改为0.1g/cm³、0.3g/cm³和0.4g/cm³时，以及低密度层改为空气或气凝胶等密度可以忽略的物质时，高密度层采用钢铁，其它条件均不变。相应救生时低密度层能给人体提供的净浮力(已经考虑并减去其自身的重力)，该浮力与应提供的理想浮力40.4n的百分比值，所需钢材的体积、质量和厚度均列于表1。

表1

此外，关于低密度材料气凝胶和发泡型高分子材料。查阅资料可知：气凝胶貌似“弱不禁风”，其实非常坚固耐用。它可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200摄氏度时才会熔化。气凝胶已成为航天探测中不可替代的材料。浙江大学高分子系高超教授的课题组制备的“碳海绵”属于气凝胶的一种，它现在仍是最轻固体的纪录保持者。“碳海绵”具备高弹性，被压缩80％后仍可恢复原状。“碳海绵”只吸油不吸水。

所述发泡型高分子材料中的典型为泡沫塑料。而泡沫塑料又称微孔塑料或发泡塑料，几乎各种塑料均可制成泡沫塑料，发泡成型已成为塑料加工中一个重要领域。泡沫塑料按其泡孔结构可分为闭孔、开孔和网状泡沫塑料。闭孔泡沫塑料所有泡孔几乎都是不连通的，只有闭孔型泡沫塑料中的气孔互相隔离，有漂浮性。按泡沫塑料的密度可分为低发泡、中发泡和高发泡泡沫塑料。密度大于0.4g/cm³的为低发泡泡沫塑料，密度为0.1～0.4g/cm³的为中发泡泡沫塑料，密度小于0.1g/cm³的为高发泡泡沫塑料。较为常见的传统泡沫塑料主要有聚氨酯(pur)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯(pe)、酚醛树脂(pf)等品种。泡沫塑料按其柔韧性可分为软质、硬质和处于两者之间的半硬质泡沫塑料。

密度悬殊很大的自结皮泡沫体也称为整皮泡沫体。它是一特殊的泡沫形式，它不像其它泡沫体具有一致的密度。它只是在泡沫体内部生成较正常的泡沫体，而在表面部分不产生气泡或很少产生气泡，在泡沫体外表面形成密度较内部泡沫高得多的致密表皮层，从表皮到芯部中心存在一个密度下降梯度十分明显的变化。本发明中，因为即使在脱去高密度层后低密度层的贴近人体一侧也一般不会受到外力或尖锐物的戳刺作用，因而可以使用上述自结皮泡沫体作为本发明中的低密度层。

此外，泡沫塑料的改进方向包括：纤维增强泡沫塑料：如玻璃纤维增强或尼龙纤维增强等，无机粒子增强泡沫塑料：如caco3增强或空心玻璃微球增强等，聚合物合金泡沫塑料，和微孔泡沫塑料：其泡孔极小，允许泡沫塑料制件很薄(如0.1～1.0mm)等。本发明中可以将改进的泡沫塑料用于制备所述低密度层。

本发明中，所述高密度层一般包括金属材料。常见金属的密度：锇22.59×10³、铱22.56×10³、铂21.45×10³、金19.32×10³、铅11.3437×10³、银10.5020×10³、黄铜8.5-8.8×10³、紫铜8.93×10³、钢铁7.9×10³、灰铸铁6.6-7.4×10³、白铸铁7.4-7.7×10³、汞13.55×10³、铝2.7×10³，单位均为g/cm³或kg/l，这些都是可用的高密度层材料。

在另一种优选方式中，所述低密度层的密度小于0.9g/cm³，高密度层的密度大于1.2g/cm³，且游泳救生衣的整体密度为0.6～1.4g/cm³；高密度层的覆盖面积为低密度层覆盖面积的0.6～1.1倍；优选低密度层的密度小于0.6g/cm³，高密度层的密度大于1.8g/cm³，且游泳救生衣的整体密度为0.9～1.1g/cm³；优选所述低密度层的前页平均厚度为设置在背部位置的后页平均厚度的1.1～1.2倍。

实施例2

图1和图2中显示了本发明中的一种游泳救生衣，包括软质泡沫塑料的低密度层1和网块结合状的钢铁材质的高密度层2，所述低密度层和高密度层可分离设置，低密度层的密度约为0.2g/cm³，高密度层的密度约为7.9g/cm³；且包括低密度层和高密度层的游泳救生衣的整体密度约为1g/cm³；所述游泳救生衣穿戴后低密度层通过其拉链固定在人体的上身或低密度层设置成一体式并将人体的头部和手臂从中伸出而穿戴好低密度层，而高密度层通过拉链拉合而直接或间接地固定于人体的上身；当穿戴者穿上所述游泳救生衣时，因所述游泳救生衣的整体密度与水的密度相近而基本上不会增加或降低穿戴者在水中的游泳难度；当穿戴者感觉到自身存在溺水危险时，可以立即解锁释放掉所述高密度层，而固定在人体的低密度层对穿戴者起到救生的作用。优选在高密度层的左肩和/或右肩处设置有高密度层的前页和后页相互搭接的锁扣。优选地，所述高密度层的内侧和低密度层的外侧设置有相互配合固定且在紧急情况下又易于分离的一个或多个锁合结构，例如所述低密度层一体成型为含有凹槽或通孔以供高密度层的钢块嵌入的形状。在溺水紧急情况时，拉开高密度层上的拉链将高密度层脱离人体即可；或者解开双肩的锁扣将高密度层整体由上而下退出人体即可。所述锁扣可以是搭扣、按扣等不同形式。

如图3所示的另一种游泳救生衣，高密度层为多片相连的金属片，用于插入包裹低密度层的布袋中。在发生溺水紧急情况时，从布袋中拔去所述高密度层即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。