間位芳綸在石油防護(hù)工裝的應(yīng)用

董洪君，丁連濤，朱傳濤

(煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264006)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，民眾安全意識(shí)的提高，間位芳綸的下游產(chǎn)品應(yīng)用不斷拓展，其在個(gè)體防護(hù)領(lǐng)域，如石油工裝、防電弧服裝、森林警察、特警作訓(xùn)服等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用[1]。本文擬對(duì)間位芳綸的特性做一簡(jiǎn)要介紹，通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外防護(hù)工裝的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及芳綸石油工裝的制作流程，意在促進(jìn)間位芳綸在我國(guó)個(gè)體防護(hù)領(lǐng)域，尤其是石油石化行業(yè)的應(yīng)用及發(fā)展。

1 間位芳綸纖維的性能

間位芳綸，學(xué)名聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，具有優(yōu)異的耐熱性、阻燃性、尺寸穩(wěn)定性、電絕緣性和較好的機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、個(gè)體防護(hù)等領(lǐng)域[2]，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

1.1 熱穩(wěn)定性

間位芳綸最突出的特點(diǎn)是耐高溫，可在220℃高溫下長(zhǎng)期使用而不老化，其電氣性能與機(jī)械性能可保持10年之久，而且尺寸穩(wěn)定性極佳，在250℃左右的熱收縮率僅為1%，短時(shí)間暴露于300℃高溫中也不會(huì)收縮、脆化、軟化或者融熔，在超過(guò)370℃的溫度時(shí)才開(kāi)始分解，400℃左右開(kāi)始碳化。用它制作的防火服裝，短時(shí)間內(nèi)能承受220℃高溫，并維持織物形狀，不發(fā)生融滴現(xiàn)象，而且在近400℃時(shí)會(huì)形成碳化層，有效阻隔高熱量傳遞。

1.2 阻燃性

材料在空氣中燃燒所需氧氣體積的百分比叫做極限氧指數(shù)，極限氧指數(shù)越大，其阻燃性能就越好。通?？諝庵醒鯕夂繛?1%，而間位芳綸的極限氧指數(shù)大于28%，屬于難燃纖維，所以不會(huì)在空氣中燃燒，也不助燃，具有自熄性。這種源于本身分子結(jié)構(gòu)的固有特性使間位芳綸永久阻燃，因此有“防火纖維”之美稱。

1.3 電絕緣性

間位芳綸介電常數(shù)為1.1，遠(yuǎn)小于美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)FI3-2004的介電常數(shù)1.6，固有的介電強(qiáng)度使其在高低溫、高濕條件下均能保持優(yōu)良的電絕緣性，用其制備的絕緣紙耐擊穿電壓可達(dá)到10 kV/mm2，是全球公認(rèn)的最佳絕緣材料之一。

1.4 化學(xué)穩(wěn)定性

間位芳綸的化學(xué)結(jié)構(gòu)異常穩(wěn)定，可耐大多高濃無(wú)機(jī)酸及其它化學(xué)品的腐蝕和蒸汽腐蝕。

1.5 機(jī)械特性

間位芳綸是柔性高分子材料，低剛度高伸長(zhǎng)特性使之具備與普通纖維相同的可紡性，可用常規(guī)紡機(jī)加工成各種織物或無(wú)紡布，而且耐磨抗撕裂，適用范圍十分廣泛。

1.6 耐輻射性

間位芳綸耐α、β、χ射線以及紫外光線輻射的性能十分優(yōu)異。用50 kV的χ射線輻射100 h，其纖維強(qiáng)度仍保持原來(lái)的73%，而此時(shí)的滌綸則早已成了粉末。

2 間位芳綸在個(gè)體防護(hù)中的應(yīng)用

2.1 間位芳綸與普通阻燃織物的比較

早期的阻燃紡織類產(chǎn)品大多為純化纖或者棉后整理產(chǎn)品，普遍存在手感粗硬、強(qiáng)力低、遇火熔滴等缺陷，在遇到火災(zāi)時(shí)往往不能提供有效的保護(hù)，甚至?xí)M(jìn)一步傷害穿著者。阻燃棉布是在面料著火并續(xù)燃時(shí)，其附著的化學(xué)阻燃劑經(jīng)高熱活化產(chǎn)生足夠的氣體以及化學(xué)自由基將火焰悶熄。在這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙、熱量以及熱焦油，這些高溫副產(chǎn)品會(huì)提高衣服與皮膚間的熱傳遞速度，產(chǎn)生的熔滴還會(huì)給人體皮膚帶來(lái)二次燙傷，導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果。除此之外，阻燃處理的效果還會(huì)因?yàn)橄礈齑螖?shù)的增多而逐漸消退。

間位芳綸本身具有永久的阻燃性以及熱穩(wěn)定性，無(wú)需化學(xué)處理就可以有效地阻燃。它遇火不燃燒、不發(fā)煙、不產(chǎn)生熔滴、不會(huì)造成燙傷。只有在超過(guò)370℃時(shí)才開(kāi)始分解，此時(shí)纖維膨脹，布面增厚、形成特有的熱保護(hù)層，在突遇900～1500℃高溫時(shí)面料會(huì)迅速碳化并增厚，隔絕熱量的傳遞而不開(kāi)裂，使穿著者能夠爭(zhēng)取到寶貴的時(shí)間逃離火場(chǎng)。另外利用間位芳綸良好的機(jī)械性能可制成消防服、作戰(zhàn)服、飛行服、爐前工作服、電焊服、電弧服等，用于消防、航空、航天、軍隊(duì)、石化、電氣、賽車等領(lǐng)域[3]。

2.2 國(guó)內(nèi)石油工裝現(xiàn)狀

石油化工生產(chǎn)中使用的原材料以及制成品大多易燃、易爆、易腐蝕，生產(chǎn)過(guò)程伴有高溫、高壓及深冷，工藝操作連續(xù)化，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備繁多，易形成爆炸混合物，且生產(chǎn)中使用的電源、火源及其他熱源較多，故石油化工生產(chǎn)具有較大的火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)性。每天，燃料管理人員、管道工人、石油鉆井員工、工廠操作工、機(jī)械工，還有許多諸如此類的工作群體都暴露在爆燃發(fā)生的危險(xiǎn)之中。采取相應(yīng)的預(yù)防對(duì)策，做好防火工作，控制火災(zāi)發(fā)生，減少火災(zāi)損失，應(yīng)成為消防安全工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在火災(zāi)預(yù)防和發(fā)生時(shí)如何確保將人員傷亡降到最低，這就對(duì)石油工人的個(gè)體防護(hù)提出了更高的要求。

目前在國(guó)內(nèi)油田中使用最為普遍的一般有純棉工作服、防靜電服、經(jīng)阻燃處理的純棉或滌綸工作服，這些材料制成的工裝雖然成本較低但是有很多缺點(diǎn)。普通純棉工作服等同于日常服裝，不能起到爆燃的預(yù)防和防護(hù)作用。防靜電服可以對(duì)由電火花引發(fā)的爆燃起到預(yù)防作用，而經(jīng)阻燃處理的純棉或滌綸工作服對(duì)爆燃有一定的防護(hù)作用，但這兩種服裝的防靜電性能和阻燃性能都會(huì)隨洗滌和穿著磨損而減弱，一旦被爆燃火焰點(diǎn)燃就會(huì)加重?zé)齻潭取?/p>

一般來(lái)說(shuō)，石油工裝要求做到耐高溫、防火、防輻射、防靜電等。隨著研發(fā)技術(shù)的進(jìn)步，功能纖維等高新材料不斷面世并且被應(yīng)用到石油工裝領(lǐng)域，其中間位芳綸更是以其優(yōu)越的防火阻燃性能越來(lái)越多地被用到石油工裝領(lǐng)域。

2.3 國(guó)外石油工裝現(xiàn)狀

目前，國(guó)外石油石化企業(yè)，對(duì)個(gè)體防護(hù)非常重視，一般都將間位芳綸阻燃工裝作為其日常工作服。美國(guó)杜邦公司最早在芳綸面料中引入3A概念，將含間位芳綸、對(duì)位芳綸和防靜電纖維一起應(yīng)用到石油工裝領(lǐng)域。間位芳綸獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)賦予了面料本身阻燃性和優(yōu)異的熱防護(hù)性，防靜電纖維使面料本身具有防靜電性能，這些性能都不會(huì)因洗滌或穿著而削弱。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐，這種面料可以被廣泛運(yùn)用于全球石油化工行業(yè)，可以大幅降低人員在爆燃過(guò)程中受到的傷害。

3 芳綸石油工裝

3.1 以芳綸為主的石油工裝面料

(1) 間位芳綸加對(duì)位芳綸加防靜電纖維：該面料永久阻燃，離開(kāi)火源自熄，不熔滴，不收縮。

(2) 間位芳綸加阻燃粘膠加防靜電纖維：該面料永久阻燃，不熔滴，舒適性好。

(3)間位芳綸加氰氯綸加防靜電纖維：該面料永久阻燃，不熔滴，價(jià)位適中。

3.2 芳綸石油工裝的制作流程

芳綸石油服裝工藝流程：

間位芳綸纖維→紡紗→織造→剪裁→成品。

3.2.1纖維

石油工裝選用的間位芳綸纖維一般在1.43～2.2 dtex，長(zhǎng)度38～85 mm。顏色一般有灰色、寶藍(lán)色、大紅色等。

影響纖維選擇的幾個(gè)因素：①纖維強(qiáng)度：纖維強(qiáng)度在0.041 cN/dtex以上，纖維強(qiáng)度越大，紡出的紗線強(qiáng)度也就越高。②纖維伸長(zhǎng)：纖維斷裂伸長(zhǎng)28%以上，斷裂伸長(zhǎng)偏大一些，面料的撕破強(qiáng)力就越大。③成本因素：由于市場(chǎng)上纖維越細(xì)價(jià)格越高，所以綜合考慮市場(chǎng)上2.2 dtex×51 mm纖維應(yīng)用較多。④紡紗工藝：不同的紡織設(shè)備選用不同長(zhǎng)度的纖維，棉紡設(shè)備一般選擇的長(zhǎng)度為38 mm或51 mm；毛紡設(shè)備一般選擇的長(zhǎng)度為76 mm或85 mm，毛紡設(shè)備對(duì)纖維的纖度有要求，纖維不能太細(xì)，否則容易出現(xiàn)紗結(jié)。另外不同長(zhǎng)度的纖維紡出的紗線強(qiáng)力不一樣，長(zhǎng)度越長(zhǎng)紡出的紗線強(qiáng)力就越高[4]。

3.2.2紡紗

目前石油工裝所用的紗線為19.4 tex×2左右，一般紗號(hào)需要根據(jù)面料克重來(lái)確定?？酥卮笙鄬?duì)需要紗號(hào)越粗，反之亦然。紗線的條干要均勻，做出的面料才能平整光潔。

3.2.3織布

布料的克重在170～210 g/m2之間。布料的風(fēng)格有平紋和斜紋兩種，現(xiàn)在以斜紋面料居多。布面要光潔平整，做拒油拒水處理。

面料指標(biāo)每個(gè)公司要求不同，沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上普遍參考ISO EN 11612和GB8965.1—2009，一般參考B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[5](見(jiàn)表1)。

表1 阻燃面料標(biāo)準(zhǔn)

3.2.4剪裁

縫紉線一般選用19.4 tex×3、14.6 tex×3，尺寸根據(jù)客戶要求裁剪。

3.2.5成品要求

芳綸材料的成品工裝要求外觀整潔美觀、熨燙平整，要有足夠數(shù)量的口袋，留有標(biāo)簽位置。服裝的防護(hù)性能除了面料選擇以外還受多方面因素影響，比如服裝的設(shè)計(jì)，使用的附件縫線、拉鏈、反光帶等等。設(shè)計(jì)方面應(yīng)盡量多地遮蔽皮膚表面，比如不采用翻領(lǐng)設(shè)計(jì)等，以提高服裝整體的安全性，并建議采用阻燃縫紉線、拉鏈，以免服裝在遇到爆燃時(shí)由于附件燃燒使整件服裝破裂，使穿著者直接暴露于火焰中而起不到應(yīng)有的防護(hù)作用。

3.3 芳綸工裝的穿著要求

穿著阻燃防護(hù)服還需要注意一些細(xì)節(jié)，例如要選擇尺碼合適并略微寬松的防護(hù)服，尺碼太小會(huì)極大地影響穿著的舒適性，并影響操作的靈活度。此外，穿著防護(hù)服時(shí)不要敞開(kāi)領(lǐng)子，不要卷起袖管，防護(hù)服的油污要處理干凈等，以確保防護(hù)服能發(fā)揮最佳的作用。

4 發(fā)展建議

目前困擾芳綸等高性能纖維材料在國(guó)內(nèi)石油工裝領(lǐng)域應(yīng)用最大的問(wèn)題是成本和標(biāo)準(zhǔn)，換句話說(shuō)因?yàn)閲?guó)內(nèi)石油行業(yè)沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并且受制于成本因素，相關(guān)企業(yè)沒(méi)有使用高性能產(chǎn)品的積極性。一件普通的棉后處理工裝，市場(chǎng)價(jià)格在100～200元，而一件芳綸產(chǎn)品的工裝市場(chǎng)價(jià)格約700～800元，所以巨大的價(jià)格差異，導(dǎo)致了市場(chǎng)應(yīng)用的難度。

4.1 加快制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 推動(dòng)市場(chǎng)應(yīng)用

參考國(guó)外石油企業(yè)的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，建立國(guó)內(nèi)企業(yè)屬于自己的標(biāo)準(zhǔn)，需求與要求并行，為行業(yè)工人帶來(lái)更加全面的安全防護(hù)。

4.2 加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā) 降低成本

打破上游原材料的壟斷格局，降低采購(gòu)成本。同時(shí)要求生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，集約化生產(chǎn)，達(dá)到規(guī)?；?yīng)，降低成本，減輕下游防護(hù)工裝企業(yè)推廣應(yīng)用的壓力。

4.3 建立完善的產(chǎn)業(yè)鏈 加快技術(shù)創(chuàng)新合作

加強(qiáng)纖維的生產(chǎn)、紡紗、織布、染整、加工等產(chǎn)業(yè)鏈的合作關(guān)系，加快技術(shù)創(chuàng)新合作，提高防護(hù)工裝的性能指標(biāo)。

5 結(jié)論

盡快提高國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)工人防護(hù)水平，建立各種特殊行業(yè)的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地保護(hù)工人的健康，更好地保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)工人才能最終享受到科技新材料帶來(lái)的更加安全、舒適的工作和生活環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王祥彬，唐元冰.高性能纖維芳綸[J].濟(jì)南紡織化纖科技，2005, (2):31—32.

[2] 鄒振高，王西亭，施楣梧.間位芳綸技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2006, (6):49—52.

[3] 王中平，宋翠艷，董旭海，等.國(guó)產(chǎn)間位芳綸在產(chǎn)業(yè)紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用[J].山東紡織科技，2010,(4):54—56.

[4] 何敏珠，畢景中，王學(xué)，等.間位芳綸低線密度紡紗技術(shù)的工藝優(yōu)化研究[J].高科技纖維與應(yīng)用，2010, (10):32—34.

[5] GB8965.1 《防護(hù)服裝 阻燃防護(hù) 第1部分：阻燃服》[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2009.