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热防护服织物综合防护能力研究

[2015-07-29 09:16]

1 实验部分
1.1 材 料
选择13 种可用作热防护服外层的织物。织物成分、比例、组织结构、厚度及面密度等参数见表 1 。
1.2 测试方法
TPP 实验已得到了 ASTM 、ISO 及 NFPA 的认可。这种测试方法是将试样水平放置在特定的热源上面, 在规定距离内 , 热源以 2 种不同的传热形式———热对流和热辐射出现。置于试样另一侧的铜片热流计可测量试样背面的温度。要求火焰与试样直接接触 ,使到达织物表面的热流量达到84 kW m2,用试样后面的铜片热流计测量其温升曲线并与 Stoll标准曲线比较得到二级烧伤所需时间 t2 , 并与暴露热能量 q 相乘得TPP 值, 其计算式为TPP =t 2 q (1)式中:q 为规定辐射热流量(84 kW m2);t 2 为引起二度烧伤所需要的时间 ,s 。采用CSI-206 热防护性能测试仪, 按 NFPA1976标准测试 TPP 值。试样尺寸为150 mm×150 mm。对13 种面料进行测试 ,总热流量为(83 ±4)kW m2, 燃烧时间设为20 s(根据经验设定)。

测定燃烧前后织物的质量, 然后计算各试样的质量损失,计算公式为质量损失 =(燃烧前质量 -燃烧后质量)燃烧前质量 ×100 % (2)

2 实验结果与分析
2.1 质量损失及织物参数与 TPP 值的关系13 种试样的 TPP 实验结果见表 2 。可以看出,除 Nomex472 外 , 其余各织物的 TPP 值都在 10 以上 ,热防护性好的是预氧化纤维织物, TPP 值达到了16.5 ,所以, 除Nomex472 外 ,其余织物都可考虑作为热防护服外层织物。燃烧前后质量损失 、织物厚度、面密度与 TPP 值之间关系的散点图见图1

由图 1(a)可以看出, 各点相对分散 ,质量损失与 TPP 值之间无明显的相关关系, 二者之间的相关系数为 0.092 ,表明二者之间的线性相关关系弱 , 质量损失大小对 TPP 值无明显影响 。从图 1(b)可看出 ,织物厚度与 TPP 值之间存在明显的线性正相关关系, 相关系数为 0.673 , 表示二者的确存在较强的线性正相关关系 。这是由于在其他条件不变的情况下 ,织物越厚,织物所截留的空气含量越多, 热防护能力越强 。因为空气的导热系数仅为一般纤维的 1 10 ,所以其绝热性好。从图 1(c)可看出, 织物面密度与 TPP 值之间存在一定的线性正相关关系, 相关系数为 0.414 , 织物面密度越大 ,它的热防护性会相应增强。面密度对织物热防护性的影响主要是通过透气率来实现的 ,体现在 2 个方面。一方面, 增大纺织材料的面密度会使空气的含量减小 ,使其绝热性降低;另一方面 ,面密度的增大会导致透气率减小 ,尤其在对流热如火焰作用时, 使其绝热性又迅速升高。由于织物的纤维体积分数一般小于 25 %,故考虑织物的绝热性时主要考虑所含空气的多少, 因此面密度变化时主要考虑的也是空气的体积分数变化 ,纤维的导热性变化居于次位, 但面密度与 TPP 值之间的线性关系没有厚度与 TPP 值之间的关系显著 。因此 ,在材料均为适合做热防护服外层材料的前提下, 越厚越重的织物其热防护性越强 。因为织物越厚重, 单位面积所含纤维越多 ,则辐射热与对流热越不易透过纤维材料,热防护时间就延长。如预氧化纤维阻燃布 ,它是 13 种材料中厚的试样, 其面密度也较大 , 热防护性好。

2.2 方程的建立
2.2.1 厚度、面密度与 TPP 值的二元线性回归方程间均存在线性相关关系 ,因此可以对厚度、面密度与TPP 值建立二元线性回归模型, 采用 SPSS 软件进行分析并建立模型。建立的二元线性回归模型为TPP 值 =6.473 +7.599 ×厚度 +0.001 ×面密度(3)对该模型进行回归方程的显著性检验及回归系数的显著性检验。回归方程的显著性检验结果表明 ,方程显著性明显, 即 TPP 值与厚度和面密度之间的线性关系显著, 厚度越大, 面密度越大 ,织物的热防护性能越好, 但进一步的回归系数的显著性检验表明 ,在显著性水平 α=0.05 时 ,厚度的回归系数显著性强 ,即厚度与 TPP 值的线性关系显著, 应该保留在模型中;而面密度的回归系数显著性弱, 即面密度与 TPP 值的线性关系是不显著的 ,应从模型中剔除出去 。由于该模型中保留了不应保留的变量,因此该模型目前是不可用的 ,应重新建模 。
2 .2 .2 厚度与 TPP 值的一元线性回归方程
采用SPSS 软件进行分析并重新建立模型, 建立的一元线性回归模型为TPP 值 =6.629 +7.882 ×厚度 (4)对该模型进行回归方程的显著性检验及回归系数的显著性检验。回归方程的显著性检验结果表明 ,显著性明显 ,即厚度与 TPP 值之间的线性关系非常显著,厚度越大,织物的热防护性能越好。回归系数的显著性检验表明 ,在显著性水平 α=0.05 时,厚度的回归系数显著性强, 用式(4)的模型来描述厚度与 TPP 值之间的关系是恰当的。


3 结 论
1)用于实验的 13 种织物除 Nomex472 外, TPP值均大于或等于10 kW·s m2, 均可考虑用作热防护服外层材料,其中,预氧化纤维阻燃布的热防护性能优 。
2)织物燃烧前后质量损失对 TPP 值的影响不明显 。
3)织物面密度与 TPP 值之间有线性正相关关系, 但这种关系没有厚度对 TPP 值的影响显著 。TPP 值虽会随织物面密度的增加而增大, 但增大幅度不很明显。
4)织物厚度对 TPP 值的影响大。织物越厚 ,TPP 值越大 ,所以可考虑增加厚度的方法来增大织物的热防护性, 但也不能无限增加 ,因为太厚重的织物会增加穿着者的热负荷 。所以 ,制作热防护服装时应综合考虑其他服用性能 。


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