新型消防服外層鍍鋁阻燃隔熱面料的研發(fā)及性能測試

(江蘇南緯悅達(dá)紡織研究院，鹽城，224007)

近年來，火災(zāi)的頻繁發(fā)生使人們的生命財(cái)產(chǎn)安全和生活品質(zhì)受到極大的威脅， 因此，滅火救援裝備的研發(fā)成為科研工作者研究的熱點(diǎn)。消防員隔熱防護(hù)服是用于消防員在滅火救援靠近火焰區(qū)受到強(qiáng)輻射熱侵害時(shí)穿著的防護(hù)服[1]?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)的高溫酷熱環(huán)境對于消防員的防護(hù)服裝提出了更高的要求，應(yīng)更加注重防護(hù)服裝的功能性和舒適性。在消防作業(yè)中，個體防護(hù)裝備的優(yōu)劣直接影響著消防員作戰(zhàn)效率的高低，隔熱防護(hù)服為消防員的生命安全提供重要保障。目前，隔熱防護(hù)服主要有外層、隔熱層和舒適層三層復(fù)合而成。外層由鋁箔復(fù)合基布而成，鋁箔可以對襲來的高溫強(qiáng)輻射進(jìn)行反射，阻止高溫?zé)崃肯蚶飳油干?，基布主要采用芳綸或玻璃纖維等阻燃面料，鋁箔與基布通過耐高溫膠熱壓復(fù)合，鋁箔基布復(fù)合面料作為外層具有較高的熱輻射反射率及優(yōu)良的阻燃性；隔熱層主要采用芳綸非織造布或隔熱棉制作，以進(jìn)一步阻擋熱量的傳遞；舒適層主要由芳綸與阻燃黏膠纖維混紡制成的面料制作，以保證消防員在滅火戰(zhàn)斗中身體的舒適性。隔熱消防服的外層面料作為高溫強(qiáng)輻射直接接觸的層面，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與加工工藝對整體隔熱防護(hù)服的防護(hù)性能有直接影響。呂海榮等[2]對使用新型纖維材料研發(fā)阻燃防護(hù)服裝的主要工藝，包括各層面料的選擇、層次的搭配、參數(shù)的確定以及不同層次間的復(fù)合進(jìn)行了分析。李利君等[3]論述了耐高溫阻燃防護(hù)服的面料情況，并對防護(hù)服的性能評價(jià)方法作了分析和探討。李紅燕等[4]研究了消防服用多層織物系統(tǒng)的阻燃性能及熱防護(hù)系數(shù)。曹永強(qiáng)等[5]用鋁箔、聚酯膜和芳綸基布復(fù)合制成消防員隔熱防護(hù)服外層面料，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，鋁箔的復(fù)合工藝難度較大，既要考慮鋁箔的強(qiáng)力，又要考慮芳綸基布的強(qiáng)力。由于兩者的強(qiáng)力差異較大，故在復(fù)合過程中要選擇合適的張力控制才能保證復(fù)合后鋁箔面不致破損或不會出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象；同時(shí)，在兩者復(fù)合過程中，鋁箔與芳綸基布接著膠料的選擇也是要考慮的問題，如接著強(qiáng)力和耐高溫性等。另外，鋁箔復(fù)合基布外層面料的穿著舒適性較差，這是由于鋁箔屬非柔性材料，復(fù)合在基布上后，整個外層面料手感僵硬，穿在身上時(shí)會使得消防員的滅火救援動作變得非常不靈活；而且鋁箔為非透氣性材料，消防員在戰(zhàn)斗過程中身體散發(fā)的汗液、水汽被阻隔在隔熱層及舒適層，會使得消防員產(chǎn)生悶濕感覺，從而極大地影響消防員的作戰(zhàn)效率。本文探討了在芳綸基布上進(jìn)行鋁膠涂層來研發(fā)隔熱消防服外層面料，旨在為新型消防服用面料的設(shè)計(jì)與加工提供參考。

1 試驗(yàn)過程

1.1 材料與儀器

材料：芳綸1313面料(規(guī)格見表1)，油性聚氨酯(高鼎精細(xì)化工〔昆山〕有限公司)，接著劑(高鼎精細(xì)化工〔昆山〕有限公司)，環(huán)化磷酸酯阻燃劑(遠(yuǎn)瑞寶業(yè)股份有限公司)，丁酮(韓國進(jìn)口)，鋁粉，鋼輥，燒杯，玻璃棒。

儀器：GS-3131型電熱鼓風(fēng)干燥箱(新蕥檢測儀器有限公司)，LLY-07A型垂直法阻燃性能測試儀(萊州市電子儀器有限公司)，LFY-607A型熱防護(hù)性能測試儀(山東省紡織科學(xué)研究院)。

表1 芳綸1313面料規(guī)格

1.2 鋁膠涂層面料的制備

1.2.1 鋁膠A工藝配方

油性聚氨酯：100%

接著劑：0%～10%

環(huán)化磷酸酯阻燃劑：0%～20%

丁酮：0%～30%

鋁粉：0%～5%

1.2.2 鋁膠B工藝配方

油性聚氨酯：100%

接著劑：0%～10%

環(huán)化磷酸酯阻燃劑：0%～20%

丁酮：0%～50%

鋁粉：5%～10%

1.2.3 芳綸1313基布涂層工藝

(1)將配制好的鋁膠A倒在芳綸1313面料上，用規(guī)定號鋼輥(控制濕涂布量)刮涂于芳綸1313面料表面。

(2)將涂層好的芳綸1313面料放置于100 ℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干3 min，然后將溫度升高至150 ℃放置10 min，將其取出準(zhǔn)備第二次涂層。

(3)將配制好的鋁膠B倒在上述第一次鋁膠A涂層表面，用規(guī)定號鋼輥(控制濕涂布量)進(jìn)行第二次刮涂。

(4)將第二次涂層好的芳綸1313面料放置于100 ℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干3 min，然后將溫度升高至150 ℃放置10 min，將其取出，即完成消防員隔熱防護(hù)服外層面料的制作。

1.3 性能測試

1.3.1 垂直燃燒試驗(yàn)

采用LLY-07A型垂直法阻燃性能測試儀測定阻燃紡織品的損毀長度、續(xù)然時(shí)間、陰燃時(shí)間及熔融滴落現(xiàn)象。適用于GB/T 5455、GB/T 13488、ISO 1210、ASTM D6413、CFR 1615/1616等標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)GB/T 5455—1997《紡織品 燃燒性能試驗(yàn) 垂直法》[6]進(jìn)行試驗(yàn)，測量損毀長度，記錄續(xù)然時(shí)間和陰燃時(shí)間，并觀察有無熔融滴落現(xiàn)象。

1.3.2 熱防護(hù)性能試驗(yàn)

采用LFY-607A型熱防護(hù)性能測試儀測定單層或多層阻燃材料的熱防護(hù)系數(shù)(TPP)，TPP值越大表明熱防護(hù)性能越好。適用于GB 8965.1—2009、ISO 17492:2003、NFPA 2112、NFPA 1971等標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)GB 8965.1—2009《防護(hù)服裝 阻燃防護(hù) 第1部分：阻燃服》[7]附錄A熱防護(hù)性能試驗(yàn)方法進(jìn)行測試。根據(jù)計(jì)算機(jī)界面的溫度采集曲線和人體二級燒傷曲線的相交點(diǎn)，可讀出二級燒傷的時(shí)間及TPP值。

TPP=Ft

(1)

式中：TPP——熱防護(hù)系數(shù)，kW·s/m2；

F——暴露熱通量，kW/m2；

t——導(dǎo)致燒傷的時(shí)間，s。

取3塊試樣的平均值為計(jì)算結(jié)果。

2 結(jié)果分析

2.1 垂直燃燒試驗(yàn)

芳綸1313面料與涂鋁膠芳綸1313面料的垂直燃燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2可以看出，芳綸1313面料與涂鋁膠芳綸1313面料的垂直燃燒試驗(yàn)結(jié)果均符合GA 634—2006標(biāo)準(zhǔn)要求；涂鋁膠芳綸1313面料的損毀長度小于芳綸1313面料，其損毀長度減小了16 mm，這是因?yàn)橥夸X膠芳綸1313面料在燃燒過程中，鋁膠能夠有效地阻止芳綸面料的燃燒，而且在鋁膠配方中加有阻燃劑，芳綸1313面料自身具有阻燃性，鋁膠涂層于芳綸1313面料上，面料的厚度增加，這也提高了面料的阻燃性能。涂鋁膠之后其續(xù)然、陰燃時(shí)間均為0 s，也無熔融滴落現(xiàn)象，故涂鋁膠芳綸1313面料能夠滿足消防員隔熱服外層面料的阻燃性能要求。

表2 垂直燃燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 熱防護(hù)性能試驗(yàn)

芳綸1313面料與涂鋁膠芳綸1313面料的熱防護(hù)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 熱防護(hù)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表3可以看出，涂鋁膠芳綸1313面料的TPP值、量熱器升溫及相交時(shí)間均大于芳綸1313面料，芳綸1313面料涂鋁膠后的TPP值較涂層前提高了371.9 kW·s/m2，涂鋁膠芳綸1313面料的熱防護(hù)性能好于芳綸1313面料。這是因?yàn)榉季]1313面料涂鋁膠后，表面的鋁層可以很好地反射高溫?zé)崃浚煌瑫r(shí)，由于涂層后面料的厚度增加，涂鋁層也可以很好地保護(hù)基布芳綸面料免遭熱輻射和對流熱源的破壞。所以涂鋁膠芳綸1313面料的熱防護(hù)性能較好，能夠滿足消防員隔熱服外層面料的熱防護(hù)性能要求。

3 結(jié)語

配制鋁膠涂于芳綸1313面料上，對涂鋁膠后芳綸1313面料進(jìn)行垂直燃燒試驗(yàn)和熱防護(hù)性能試驗(yàn)，分別測試其損毀長度、續(xù)然時(shí)間、陰燃時(shí)間、熔融滴落現(xiàn)象、熱防護(hù)系數(shù)、量熱器升溫及相交時(shí)間等指標(biāo)，得出以下結(jié)論：

(1) 涂鋁膠芳綸1313面料的損毀長度明顯小于芳綸1313面料，芳綸1313面料經(jīng)過鋁膠涂層后阻燃性能提高；

(2)涂鋁膠芳綸1313面料的熱防護(hù)系數(shù)、量熱器升溫及相交時(shí)間均大于芳綸1313面料，芳綸1313面料經(jīng)過鋁膠涂層后熱防護(hù)性能和隔熱性能大大提高；

(3)涂鋁膠芳綸1313面料可以用于消防員隔熱服外層面料，其制作工藝過程簡單，同時(shí)能滿足穿著舒適等要求。

[1] 中華人民共和國公安部.GA 634—2006 消防員隔熱防護(hù)服[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[2] 呂海榮,楊彩云.新型阻燃防護(hù)服的研發(fā)及其性能測試[J].科學(xué)研究,2008(6):13-16.

[3] 李利君,李風(fēng).耐高溫阻燃防護(hù)服研究進(jìn)展[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2009(4):12-15.

[4] 李紅燕,張渭源.消防服用織物的阻燃性能及其TPP值[J].紡織學(xué)報(bào),2008,26(4):520-525.

[5] 曹永強(qiáng),柳素燕.新型消防員隔熱防護(hù)服外層面料結(jié)構(gòu)及加工[J].防護(hù)裝備技術(shù)研究,2011(1):9-10.

[6] 國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 5455—1997 紡織品 燃燒性能試驗(yàn) 垂直法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1997.

[7] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 8965.1—2009 防護(hù)服裝 阻燃防護(hù) 第1部分：阻燃服[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.