消防服用多层织物的热防护性能

[2019-03-26 14:36]
消防员灭火防护服是热防护服的一种,专用于保护活跃在第一线的消防队员人身安全。它不仅是火灾救助现场不可或缺的必备品,也是保护消防队员身体免受伤害的防火用具。因此,适应火灾现场救助活动的消防员灭火防护服显得尤为重要[1]。美 国 消 防 安 全 协 会 (NFPA) 的 规 范 NFPA1971—2000[2]与欧洲标准规范EN 469—1995均要求热防护服必须由四层组成,即防火外层、防水透湿层、隔热防火层、舒适层。其中,外层织物直接与火源接触,阻燃性是对外层织物的基本要求;防水透湿层主要起到防水或防止其他有害物质透过,但又能使人体产生的汗与湿气透出的作用;隔热层要求具备良好的隔热、防热辐射性能;舒适层提供接触舒适性[3]。
由于各层面料重叠在一起时,各层织物表面接触后产生压力,并且织物之间产生空气层,对多层组合系统造成影响,导致了多层织物的热防护系数(TPP)试验结果值与各层织物 TPP 值之和的差异。因此,多层织物的TPP试验结果值并不等于各单层织物TPP值之和。本试验分别对各单层织物的热防护性能进行测试,在满足基本性能的基础上,分别组合成十种不同多层消防服防护系统再次进行热防护性能测试,筛选出符合标准的多层消防服用织物组合。
 
一、试验
1、试样及测试环境
本研究采用山东省纺织科学研究院研制的LFY-607A型热防护性能试验仪测试试样的TPP值并进行燃烧试验,测试方法按照 GB 8965.1—2009《防护服装 阻燃防护 第 1 部分:阻燃服 附录 A(规范性附录)热防护性能试验方法》 [4]及 ISO 17492∶2003(E)。
防火外层试样选取编号为 A1 覆膜棉锦阻燃面料、A2覆膜阻燃防撕裂面料、A3覆膜阻燃帆布面料、A4芳纶-阻燃黏胶面料(NOMEX/FR-VISCOSE)、A5芳纶-阻燃黏胶面料(NOMEX/FR-VISCOSE);防水透湿层试样采用 B1 聚四氟乙烯(PTFE)膜;隔热层试样选取 C1 针刺毡芳纶 1313、C2 针刺毡芳纶1313;舒适层试样采用 D1 NOMEX/FR-VISCOSE。各面料取150 mm×150 mm试样3块,试验结果取平均值。具体织物规格如表1所示。
2、试验方法
LFY-607A热防护性能试验仪是用于测量水平放置的阻燃防护服装面料暴露于辐射热源和对流热源作用下的隔热性能。当透过的热量与引起人体组织二级烧伤的热量相等时,记录暴露的时间,用样品与测试传感器直接接触的方式来模拟阻燃防护服与身体接触穿着。本仪器适用于单层或多层阻燃材料的测试,不可用于非阻燃材料。
 
试验前的仪器校准和试验过程都应在通风橱内进行,以便带走燃烧产物烟或烟气。将总热通量定在(83±2) kW/m2,其中辐射热源和对流热源产生的热通量各占50 %,应用试验铜热量计测量总热通量。本试验中,样品测试为接触式,打开百叶窗,开始试验,当传感器的值达到人体二级烧伤忍耐极限时(传感器温度上升35~40 ℃),关闭百叶窗[4]。
 
二、结果与讨论
1、TPP值的结果与分析
由于 A1、A2、A3 分别为覆膜棉锦阻燃面料、覆膜阻燃防撕裂棉面料、覆膜阻燃帆布面料,单层试验温度过高时易于分解,因此仅将A1、A2、A3作为多层消防防护服的外层及防水透湿层进行试验采集数据。5种面料单层接触式试验测试结果如表2所示。
 
试验中从反应曲线和人体组织耐受曲线相交点读出二度烧伤时间和相应的暴露热通量,根据式
(1)计算出TPP值[4]。
TPP=F·t
式中:TPP 为热防护系数,kW·s/m2;
F 为暴露热通量,kW/m2;
t 为导致二度烧伤的时间,
s。由表2可知:
作为外层的A4、A5面料相比较,A5的TPP值较大,说明A5 的热防护性能更佳;隔热层 C1、C2 相比,显然是面密度较大的 C2 的TPP 值更大些,热防护性能更好。由此可见:对于纤维成分相同的织物,TPP 值与织物的厚度、面密度具有显著的正相关性,即织物越厚重,其TPP值越大,热防护性能也越好。因此,织物的物理特性对热防护性能是有影响的。根据各单层组分织物试样的试验结果,对织物组合后进行整体性能评价。各层配伍方式如表3所示。
 
根据GA10—2002《消防员灭火消防服标准》[5]要求,灭火消防服整体热防护能力TPP值不应小于1 172 kW·s/m2。本试验中,多层织物组合热防护性能测试方法与单层热防护测试法相同,十种多层组合接触式试验测试结果如表4所示。
由表 4 试验结果可知:1#试样的 TPP 值为1 151.73 kW·s/m2,未达到GA10—2002的要求;2#与3#相比,2#的TPP值较大,热防护性能更好;4#、5#的TPP值分别为950.16 kW·s/m2、1 079.44 kW·s/m2,均不达标。可见用 C1 芳纶 1313 针刺毡作为隔热层,仅有两种样品达到GA10—2002要求的TPP值。
6#~10#均满足 TPP 值不应小于 1 172 kW·s/m2的要求。可见,隔热层对多层织物的综合热防护性能起到了重要作用。6#、7#和 8#中,8#试样的外层及防水透湿层为覆PTFE膜的阻燃帆布,TPP值最大,防护性能最好;9#和 10#相比,10#的 TPP值稍大,因此防护性能略好些。
 
2、试样燃烧性状分析
多层组合试样经燃烧后的表面性状如下:3#表面发生碳化,但仍保持平整;8#表面无明显脆化发生,外层面料仍具有一定的强力;其他多层组合均有不同程度的脆化现象,其中,9#、10#表面脆化现象较为严重,有少部分碳化物掉落。因此,8#试样的阻燃防护性能最佳,适用于作为消防员灭火消防服的面料。
 
三、结语
消防服多层组合面料的综合性能主要取决于每层面料基本性能及不同配伍组合方式的影响,本试验选取十种多层配伍组合方式分别对单层面料及多层组合进行了热防护试验,结果发现:就单层纤维成分相同的阻燃面料而言,TPP值与织物的厚度、面密度具有显著的正相关性,即织物越厚重,其TPP值越大,热防护性能也越好。
结合热防护性能和燃烧后的表面性状的结果,外层及防水透湿层为覆PTFE膜的阻燃帆布、隔热层为芳纶1313针刺毡、舒适层为芳纶-阻燃黏胶的8#试样的热防护性最好,燃烧后表面无明显脆化发生,外层面料仍具有一定的强力,因此适用于作为消防员灭火消防服的面料。