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                      消防服用多層織物的熱防護性能

                      [2019-03-26 14:36]
                      消防員滅火防護服是熱防護服的一種,專用于保護活躍在第一線的消防隊員人身安全。它不僅是火災救助現場不可或缺的必備品,也是保護消防隊員身體免受傷害的防火用具。因此,適應火災現場救助活動的消防員滅火防護服顯得尤為重要[1]。美 國 消 防 安 全 協 會 (NFPA) 的 規 范 NFPA1971—2000[2]與歐洲標準規范EN 469—1995均要求熱防護服必須由四層組成,即防火外層、防水透濕層、隔熱防火層、舒適層。其中,外層織物直接與火源接觸,阻燃性是對外層織物的基本要求;防水透濕層主要起到防水或防止其他有害物質透過,但又能使人體產生的汗與濕氣透出的作用;隔熱層要求具備良好的隔熱、防熱輻射性能;舒適層提供接觸舒適性[3]。
                      由于各層面料重疊在一起時,各層織物表面接觸后產生壓力,并且織物之間產生空氣層,對多層組合系統造成影響,導致了多層織物的熱防護系數(TPP)試驗結果值與各層織物 TPP 值之和的差異。因此,多層織物的TPP試驗結果值并不等于各單層織物TPP值之和。本試驗分別對各單層織物的熱防護性能進行測試,在滿足基本性能的基礎上,分別組合成十種不同多層消防服防護系統再次進行熱防護性能測試,篩選出符合標準的多層消防服用織物組合。
                       
                      一、試驗
                      1、試樣及測試環境
                      本研究采用山東省紡織科學研究院研制的LFY-607A型熱防護性能試驗儀測試試樣的TPP值并進行燃燒試驗,測試方法按照 GB 8965.1—2009《防護服裝 阻燃防護 第 1 部分:阻燃服 附錄 A(規范性附錄)熱防護性能試驗方法》 [4]及 ISO 17492∶2003(E)。
                      防火外層試樣選取編號為 A1 覆膜棉錦阻燃面料、A2覆膜阻燃防撕裂面料、A3覆膜阻燃帆布面料、A4芳綸-阻燃黏膠面料(NOMEX/FR-VISCOSE)、A5芳綸-阻燃黏膠面料(NOMEX/FR-VISCOSE);防水透濕層試樣采用 B1 聚四氟乙烯(PTFE)膜;隔熱層試樣選取 C1 針刺氈芳綸 1313、C2 針刺氈芳綸1313;舒適層試樣采用 D1 NOMEX/FR-VISCOSE。各面料取150 mm×150 mm試樣3塊,試驗結果取平均值。具體織物規格如表1所示。
                      2、試驗方法
                      LFY-607A熱防護性能試驗儀是用于測量水平放置的阻燃防護服裝面料暴露于輻射熱源和對流熱源作用下的隔熱性能。當透過的熱量與引起人體組織二級燒傷的熱量相等時,記錄暴露的時間,用樣品與測試傳感器直接接觸的方式來模擬阻燃防護服與身體接觸穿著。本儀器適用于單層或多層阻燃材料的測試,不可用于非阻燃材料。
                       
                      試驗前的儀器校準和試驗過程都應在通風櫥內進行,以便帶走燃燒產物煙或煙氣。將總熱通量定在(83±2) kW/m2,其中輻射熱源和對流熱源產生的熱通量各占50 %,應用試驗銅熱量計測量總熱通量。本試驗中,樣品測試為接觸式,打開百葉窗,開始試驗,當傳感器的值達到人體二級燒傷忍耐極限時(傳感器溫度上升35~40 ℃),關閉百葉窗[4]。
                       
                      二、結果與討論
                      1、TPP值的結果與分析
                      由于 A1、A2、A3 分別為覆膜棉錦阻燃面料、覆膜阻燃防撕裂棉面料、覆膜阻燃帆布面料,單層試驗溫度過高時易于分解,因此僅將A1、A2、A3作為多層消防防護服的外層及防水透濕層進行試驗采集數據。5種面料單層接觸式試驗測試結果如表2所示。
                       
                      試驗中從反應曲線和人體組織耐受曲線相交點讀出二度燒傷時間和相應的暴露熱通量,根據式
                      (1)計算出TPP值[4]。
                      TPP=F·t
                      式中:TPP 為熱防護系數,kW·s/m2;
                      F 為暴露熱通量,kW/m2;
                      t 為導致二度燒傷的時間,
                      s。由表2可知:
                      作為外層的A4、A5面料相比較,A5的TPP值較大,說明A5 的熱防護性能更佳;隔熱層 C1、C2 相比,顯然是面密度較大的 C2 的TPP 值更大些,熱防護性能更好。由此可見:對于纖維成分相同的織物,TPP 值與織物的厚度、面密度具有顯著的正相關性,即織物越厚重,其TPP值越大,熱防護性能也越好。因此,織物的物理特性對熱防護性能是有影響的。根據各單層組分織物試樣的試驗結果,對織物組合后進行整體性能評價。各層配伍方式如表3所示。
                       
                      根據GA10—2002《消防員滅火消防服標準》[5]要求,滅火消防服整體熱防護能力TPP值不應小于1 172 kW·s/m2。本試驗中,多層織物組合熱防護性能測試方法與單層熱防護測試法相同,十種多層組合接觸式試驗測試結果如表4所示。
                      由表 4 試驗結果可知:1#試樣的 TPP 值為1 151.73 kW·s/m2,未達到GA10—2002的要求;2#與3#相比,2#的TPP值較大,熱防護性能更好;4#、5#的TPP值分別為950.16 kW·s/m2、1 079.44 kW·s/m2,均不達標?梢娪 C1 芳綸 1313 針刺氈作為隔熱層,僅有兩種樣品達到GA10—2002要求的TPP值。
                      6#~10#均滿足 TPP 值不應小于 1 172 kW·s/m2的要求?梢,隔熱層對多層織物的綜合熱防護性能起到了重要作用。6#、7#和 8#中,8#試樣的外層及防水透濕層為覆PTFE膜的阻燃帆布,TPP值最大,防護性能最好;9#和 10#相比,10#的 TPP值稍大,因此防護性能略好些。
                       
                      2、試樣燃燒性狀分析
                      多層組合試樣經燃燒后的表面性狀如下:3#表面發生碳化,但仍保持平整;8#表面無明顯脆化發生,外層面料仍具有一定的強力;其他多層組合均有不同程度的脆化現象,其中,9#、10#表面脆化現象較為嚴重,有少部分碳化物掉落。因此,8#試樣的阻燃防護性能最佳,適用于作為消防員滅火消防服的面料。
                       
                      三、結語
                      消防服多層組合面料的綜合性能主要取決于每層面料基本性能及不同配伍組合方式的影響,本試驗選取十種多層配伍組合方式分別對單層面料及多層組合進行了熱防護試驗,結果發現:就單層纖維成分相同的阻燃面料而言,TPP值與織物的厚度、面密度具有顯著的正相關性,即織物越厚重,其TPP值越大,熱防護性能也越好。
                      結合熱防護性能和燃燒后的表面性狀的結果,外層及防水透濕層為覆PTFE膜的阻燃帆布、隔熱層為芳綸1313針刺氈、舒適層為芳綸-阻燃黏膠的8#試樣的熱防護性最好,燃燒后表面無明顯脆化發生,外層面料仍具有一定的強力,因此適用于作為消防員滅火消防服的面料。

                       

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