3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服探討

劉亞光

上海伊貝納紡織品有限公司，上海 201514

3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服探討

劉亞光

上海伊貝納紡織品有限公司，上海 201514

介紹標(biāo)準(zhǔn)4層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服及其性能要求，提出3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服的可行性，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)和測(cè)試。

消防員，滅火防護(hù)服，層數(shù)

為使消防員在火災(zāi)救援中最大限度地接近火源并保護(hù)自身安全，強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》規(guī)定消防員滅火防護(hù)服的整體熱防護(hù)性能TPP值不應(yīng)小于28.0，并在消防服結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上推薦了4層結(jié)構(gòu)：外層、隔熱層、防水透氣層和舒適層[1]。

標(biāo)準(zhǔn)4層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服雖然擁有優(yōu)異的熱防護(hù)性能，但在服裝結(jié)構(gòu)上顯得較為笨重。隨著市場(chǎng)上阻燃新材料的發(fā)展和加工技術(shù)的進(jìn)步，在滿足熱防護(hù)性能的基礎(chǔ)上開發(fā)較為輕巧的消防員滅火防護(hù)服成為了可能。本文探討了一種3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服。

1 3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服的實(shí)現(xiàn)方式分析

市場(chǎng)上常見的標(biāo)準(zhǔn)4層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服由(200±5)g/m2外層、(120±5)g/m2防水透氣層、(70±5)g/m2隔熱層、(120±5)g/m2舒適層組成。根據(jù)各層結(jié)構(gòu)的功能性特點(diǎn)，可以從以下三方面來實(shí)現(xiàn)3層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：

(1) 提升外層的熱防護(hù)性能，消減4層結(jié)構(gòu)中的隔熱層。消防員滅火防護(hù)服外層的熱防護(hù)性能是隨著其面密度及厚度的增加而提高的[2]，但面密度或厚度增加會(huì)降低其穿著舒適度，也會(huì)提高其價(jià)格。

(2) 變化舒適層結(jié)構(gòu)，引入空氣隔熱，消減4層結(jié)構(gòu)中的隔熱層。靜止空氣是導(dǎo)熱系數(shù)最低的熱絕緣體。舒適層結(jié)構(gòu)采用雙層織物或在舒適層的緯向植入粗紗凸條以形成空氣隔熱層，從而提高消防員滅火防護(hù)服的熱防護(hù)性能。但雙層織物在滅火現(xiàn)場(chǎng)易吸附并儲(chǔ)存有害氣體，在救援結(jié)束后的脫卸過程中，會(huì)對(duì)消防員造成二次傷害；沿緯向植入粗紗凸條也會(huì)影響防護(hù)服的穿著舒適性。

(3) 改進(jìn)防水透氣層，引入空氣隔熱，消減4層結(jié)構(gòu)中的隔熱層。如美國(guó)Gore-tex的Airlock防濕層采用在原防水透氣層上點(diǎn)塑硅膠凸點(diǎn)來形成空氣層的方式，這在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的3層結(jié)構(gòu)防護(hù)服中普遍使用。由此種方式形成的3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服的優(yōu)勢(shì)是在救援過程中不會(huì)吸附并儲(chǔ)存有害氣體，不會(huì)對(duì)消防員造成二次傷害。

綜合以上分析，本文選擇第三種方式形成3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。

2 3層結(jié)構(gòu)的選擇

2.1 外層

外層是消防員滅火防護(hù)服在火災(zāi)救援中最重要的防護(hù)層，其穩(wěn)定的熱防護(hù)性能是3層結(jié)構(gòu)消防員滅火防護(hù)服設(shè)計(jì)最根本的保障。以Nomex IIIA為代表的芳綸類材料是國(guó)內(nèi)消防市場(chǎng)上主流的消防員滅火防護(hù)服外層材料。PBI Matrix是歐美消防市場(chǎng)上高等級(jí)消防員滅火防護(hù)服的外層材料，已逐漸為我國(guó)部分消防隊(duì)引進(jìn)并嘗試使用。這兩種材料是消防員滅火防護(hù)服外層的最佳選擇。

2.1.1 Nomex IIIA外層

不合理的教材結(jié)構(gòu)，也嚴(yán)重限制了小學(xué)生思維能力的形成，比如說上述所提到的“位置和方向”這一知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容跨度大，耗時(shí)長(zhǎng)，無論是對(duì)學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握還是對(duì)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的形成都極為不利，要解決這一難題，除了在教材的編制上更為嚴(yán)謹(jǐn)外，教師在知識(shí)的傳達(dá)方面也應(yīng)更為完善，教師可以通過拓展方式，將不同的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行延伸整合，以保證知識(shí)點(diǎn)能前后聯(lián)系，從而讓學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系，在拓展知識(shí)過程中，可以進(jìn)一步要求學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行深度探究，以提升學(xué)生的自主思維能力。

芳綸纖維是美國(guó)杜邦公司在20世紀(jì)60年代率先開發(fā)和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一種高性能合成纖維，被注冊(cè)為Nomex。Nomex IIIA由93%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的Nomex、5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的Kevlar和2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的抗靜電纖維混合而成，其極限氧指數(shù)高于28%。Nomex IIIA面料具有卓越的阻燃、抗靜電、耐高溫和隔熱性能，在高溫或火焰中既不熔化也不產(chǎn)生熔滴，脫離火源會(huì)自動(dòng)熄滅。

2.1.2 PBI Matrix外層

PBI(聚苯并味唑)纖維具有無與倫比的耐火和熱防護(hù)功能，以及高級(jí)別的舒適和耐用性，是一種典型的雜環(huán)高分子耐熱纖維，由美國(guó)塞拉尼斯(Celanese)公司于20世紀(jì)60年代中期研制成功，其極限氧指數(shù)高達(dá)40%左右。PBI Matrix由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的PBI、58%的Kevlar和2%的抗靜電纖維混合而成，具有高防火、高拉伸斷裂強(qiáng)力、高撕破強(qiáng)力、高耐磨的特性。

2.2 新型防水透氣隔熱層

新型防水透氣隔熱層由聚四氟乙烯(PTFE)膜、隔熱氈及均勻分布的起支撐作用的硅膠凸點(diǎn)組成(圖1)。PTFE膜是由聚四氟乙烯樹脂經(jīng)特殊工藝制成的微孔型薄膜，具有防水、透氣、阻燃及耐260 ℃高溫的性能。隔熱氈采用80%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的間位芳綸纖維和20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的對(duì)位芳綸纖維混紡，并經(jīng)過多次成網(wǎng)、層壓、水刺而制成。隔熱氈結(jié)構(gòu)緊密，經(jīng)25次水洗后外觀穩(wěn)定且無松散、脫落現(xiàn)象，經(jīng)高溫灼燒后仍具有良好、穩(wěn)定的炭化狀態(tài)，不破裂、不熔融滴落，260 ℃下的干熱收縮率僅2%。硅膠凸點(diǎn)利用定制點(diǎn)塑硅膠技術(shù)再經(jīng)高溫發(fā)泡而形成，具有阻燃、耐高溫特性。硅膠凸點(diǎn)的表面光滑、致密，不易吸附并儲(chǔ)存滅火救援中的有毒、有害氣體煙塵。硅膠凸點(diǎn)的作用是在3層結(jié)構(gòu)中形成一個(gè)空氣層，從而達(dá)到隔熱效果(圖2)。

圖1 新型防水透氣隔熱層

圖2 3層結(jié)構(gòu)效果圖

2.3 舒適層

舒適層作為滅火防護(hù)服直接接觸消防員皮膚的內(nèi)層，不僅要保證其阻燃性能，而且要求其具有一定的穿著舒適性。市場(chǎng)上的滅火防護(hù)服的舒適層多采用芳綸與阻燃黏膠纖維混紡而織成。芳綸賦予舒適層持久的阻燃特性及一定的強(qiáng)力，阻燃黏膠纖維賦予舒適層棉質(zhì)的觸感。

3 測(cè)試

為研究3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服的熱防護(hù)性能，本文進(jìn)行了TPP測(cè)試和杜邦熱人儀(Thermo-man)測(cè)試。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)采用GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》。測(cè)試前，試樣須在(20±2)℃和(65±5)%的大氣環(huán)境中保持24 h。

3.1 熱防護(hù)性能測(cè)試

熱防護(hù)性能(Thermal Protective Performance，即TPP)是指透過織物引起人體二度灼傷的熱能值(kW·s/m2)，采用TPP熱防護(hù)性能儀(701-D-163-1型，Precision Products LLC)進(jìn)行測(cè)試。TPP熱防護(hù)性能儀主要由兩個(gè)部分組成(傳導(dǎo)熱源和輻射熱源)，其通過將織物的熱防護(hù)性與人體皮膚的直觀感受聯(lián)系起來，從而客觀地預(yù)測(cè)織物在使用中的實(shí)際防護(hù)效果。所以，TPP是評(píng)價(jià)織物熱防護(hù)性能的重要指標(biāo)，其值越高，表示織物的熱防護(hù)性能越好。

本試驗(yàn)分別以面密度為(200±5)g/ m2的Nomex IIIA芳綸面料和PBI Matrix面料作為外層進(jìn)行TPP測(cè)試，試樣數(shù)量各5塊，試樣尺寸均為150 mm×150 mm。測(cè)試結(jié)果見表1，均符合GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》規(guī)定的“消防員滅火防護(hù)服的整體熱防護(hù)性能TPP值不應(yīng)小于28.0”的要求。

表1 TPP測(cè)試結(jié)果

3.2 杜邦熱人儀(Thermo-man)測(cè)試

Thermo-man是一個(gè)高約1.85 m、由耐高溫復(fù)合材料制成的人體模型系統(tǒng)，內(nèi)部裝有測(cè)量?jī)x和122個(gè)熱傳感器(圖3)。它用于測(cè)試整套防護(hù)服在模擬爆燃環(huán)境中的熱防護(hù)性能。當(dāng)人體模型穿著防護(hù)服被火焰吞沒時(shí)，熱傳感器記錄人體模型表面的溫度上升情況，并由計(jì)算機(jī)模擬程序計(jì)算在類似情況下人體可能受到的二度和三度燒傷面積的百分比，以及總燒傷面積占人體總面積的百分比。這些測(cè)試結(jié)果預(yù)測(cè)了服裝對(duì)熱、火焰和大火的防護(hù)性能。

圖3 杜邦熱人儀(杜邦提供圖片)

本試驗(yàn)采用以Nomex IIIA面料做外層的標(biāo)準(zhǔn)4層結(jié)構(gòu)和3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服進(jìn)行測(cè)試。杜邦熱人儀測(cè)試參數(shù)設(shè)置見表2，測(cè)試結(jié)果見表3。

表2 杜邦熱人儀測(cè)試參數(shù)設(shè)置

表3 杜邦熱人儀測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)TPP熱防護(hù)性能儀和杜邦熱人儀的測(cè)試結(jié)果可知，3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服的TPP值可以穩(wěn)步(定)達(dá)到28.0以上，符合GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》的整體防護(hù)性能要求。3層結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)4層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護(hù)服的杜邦熱人儀測(cè)試結(jié)果差異不大，說明前者的熱防護(hù)性能與后者近似，可進(jìn)行市場(chǎng)推廣和應(yīng)用。

[1] 全國(guó)消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)消防員防護(hù)裝備分技術(shù)委員會(huì).GA10—2014,消防員滅火防護(hù)服[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014.

[2] 宗藝晶,張向輝,李俊,等.消防服用外層織物的熱防護(hù)性能研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2009,27(6):17-20.

Discussion on firefighters’ protective clothings of three-layer construction

LiuYaguang

IBENA Shanghai Technical Textiles Co., Ltd., Shanghai 201514, China

The firefighters’ protective clothing of standard four-layer construction and it’s required properties were introduced. The feasibility of firefighters’ protective clothing of three-layer construction was proposed. Moreover, the related experiments and tests were conducted.

firefighter, protective clothing, layer

2016-05-02

劉亞光，男，1985年生，研發(fā)工程師，主要從事消防、工業(yè)阻燃防護(hù)面料的開發(fā)與研究工作

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004-7093(2016)12-0024-03