消防服用組合織物熱防護性與熱濕舒適性綜合評價

周 琦

(九江學(xué)院 藝術(shù)學(xué)院,江西 九江 332005)

火災(zāi)會造成不同程度的財物損失和人員傷亡。消防員在救援環(huán)境中可能會面臨火焰、爆炸、高溫蒸汽等威脅[1]，嚴重時甚至?xí)＜吧?。消防服是保障消防作業(yè)人員生命安全的重要裝備，應(yīng)具有良好的阻燃、隔熱等相關(guān)性能[2]。依據(jù)GA 10—2014《消防員滅火防護服》[3]標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)消防服應(yīng)有4層結(jié)構(gòu)，從外到內(nèi)依次為外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層[4]。目前市面上消防服外層織物所用的纖維主要有Nomex纖維、Kevlar纖維、PBI纖維、Kermel纖維和PBO纖維等，均具有不燃或阻燃、耐高溫、防穿刺等性能[5]；防水透氣層一般為覆著在織物上的一層防水透氣膜，可以排出衣內(nèi)的水蒸氣，阻擋液態(tài)水，防風(fēng)，具有隔熱且減少熱量滲入的作用；隔熱層有隔離高溫高熱的效果[6-7]；舒適層具備舒適性與熱防護性能。

有學(xué)者以單層消防服用織物為研究對象，進行織物參數(shù)對熱防護性能和綜合性能影響的研究:BARKER R L等[8]和SONG G W等[9]指出，單層織物成分對防護性能起重要作用；翟勝男等[10]分析了熱防護性能及舒適性能的影響因素，得出評價織物熱防護性能與舒適性能的綜合評判方法。但當(dāng)前對消防服用組合織物進行整體性能研究的深度較淺。文中基于GA 10—2014對消防服單層織物阻燃性能及4層組合織物整體熱防護性能等進行測評，得到綜合評價最佳的組合織物，為消防服4層組合織物綜合性能的研究提供參考。由于消防服自身結(jié)構(gòu)及使用過程中存在空氣層等原因，導(dǎo)致研究過程中組合織物各方面性能與真實環(huán)境中消防服4層織物性能存在差異。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

1.1.1材料 選用目前市場上消防服常用的單層織物，包括：5種消防服外層織物，為阻燃耐高溫纖維與其他纖維的混紡織物或純紡阻燃耐高溫織物，編號為A1～A5，浙江嘉云新材料股份有限公司生產(chǎn)；2種消防服防水透氣層織物，分別為防水透氣膜和增加阻燃耐高溫纖維氈的防水透氣膜，編號為B1，B2，新鄉(xiāng)新德防護面料有限公司生產(chǎn)；4種消防服隔熱層織物，為阻燃耐高溫纖維非織造布，編號為C1～C4，浙江嘉云新材料股份有限公司生產(chǎn)；3種消防服舒適層織物，為吸濕透氣性能較好的纖維，編號為D1～D3，新鄉(xiāng)新德防護面料有限公司生產(chǎn)。實驗用14塊消防服織物試樣的基本物理性能見表1。

表1 織物基本性能

1.1.2儀器 JY2003電子天平，寧波紡織儀器廠制造；YG 141 型織物厚度儀，寧波紡織儀器廠制造；YG 815 型垂直法織物阻燃性能測試儀，山東安邱紡織儀器廠制造；TPP熱防護性能測試儀，美國精密有限公司制造；YG461E-Ⅱ型自動織物透氣量儀，寧波紡織儀器廠制造；YG601-Ⅱ型電腦式織物透濕量儀，南京威美特科學(xué)儀器有限公司制造。

1.2 實驗方法

1.2.1織物阻燃性能測試 參照GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能垂直方向損毀長度、陰燃和續(xù)燃時間的測定》[11]，將12塊織物試樣裁剪成300 mm×80 mm的條形樣布[12]，按要求洗滌25次后[3]，采用織物阻燃性能測試儀對消防服外層、隔熱層、舒適層燃燒性能進行垂直燃燒實驗測定。取5次測量平均值，探究織物的阻燃性能。

1.2.2織物熱防護性能測試按照4因素5水平進行正交組合實驗設(shè)計，得到25種實驗樣本，具體見表2。被測消防服用組合織物試樣尺寸為150 mm×150 mm，測試前在溫度為(20±2) ℃、相對濕度為65%±2%環(huán)境下將樣品放置24 h。將總熱通量定為(83±4) kW/m2，由銅片熱流計記錄儀上的反應(yīng)曲線和stoll燃燒曲線交點得到導(dǎo)致燒傷所用的時間。將4層組合織物按圖1所示放置，銅片熱流計應(yīng)放在穿著時靠近皮膚的一面。3次測量取平均值，并計算PTPP，公式為

PTPP=F×T。

式中：PTPP為熱防護能力，單位為kW·s/m2；F為暴露熱通量，單位為kW/m2；T為導(dǎo)致燒傷所用的時間，單位為s。

表2 正交實驗設(shè)計結(jié)果

圖1 組合織物放置示意

1.2.3織物透氣性能測試 依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》[13]，實驗前先使用織物透氣量儀對實驗材料的透氣性以及孔板壓差進行測試。在實驗過程中，孔板的大小可以反映織物的透氣性，選取距離織物邊緣大于15 cm的布面作為試樣，每塊試樣面積為20 cm2，在實驗前將試樣進行預(yù)調(diào)濕，設(shè)置溫度為(20±2) ℃，相對濕度為65%±2%。調(diào)整實驗測試壓差為100 Pa，使用織物透氣量儀測定多層組合織物整體透氣率；同一試樣不同部位重復(fù)測量不少于10次，取平均值。

1.2.4織物透濕性能測試 依據(jù)GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第1部分：吸濕法》[14]，設(shè)置測試條件為：溫度(38±2)℃、相對濕度90%±2%，用織物透濕量儀測定4層組合織物的整體透濕性能，測量時取3個不同部位。透濕量計算公式為

VWVT=24Δm/(St)。

式中：VWVT為織物的透濕量，單位為g/(m2·d)；S為織物測試面積，單位為m2；t為測試時間，單位為h；Δm為稱量前后質(zhì)量之差，單位為g。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物阻燃性能

采用垂直燃燒法測試12種消防服用織物的阻燃性能，結(jié)果見表3。

表3 垂直燃燒法測試結(jié)果

由表3可知，12種織物經(jīng)過25次洗滌后，損毀長度均小于100 mm，續(xù)燃時間小于2 s，且無熔融、滴落現(xiàn)象?？椢锏膿p毀長度越小，織物的阻燃性能越好。綜上，這5種外層織物、4種隔熱層織物和3種舒適層織物均符合GA 10—2014對消防服外層、隔熱層、舒適層織物的阻燃性能要求。結(jié)合表1發(fā)現(xiàn)，織物的厚度和面密度對其阻燃性能有顯著影響，織物厚度和面密度越大，織物的阻燃性能越好。

2.2 織物熱防護性能

織物熱防護性能測試結(jié)果見表4。

表4 織物熱防護性能測試結(jié)果

二級燒傷時間越長，PTPP就越大，織物的熱防護性能越好。由表4計算可知，25種組合織物中，10#，15#，19#，21#，23#，24#，25#組合織物的PTPP小于1 172，不符合GA 10—2014對消防服整體熱防護性能的要求，其余組合織物的PTPP均大于1 172，符合要求。其中，17#組合織物的PTPP最大，該組合織物整體熱防護性能最佳。結(jié)合表3發(fā)現(xiàn)，織物的熱防護性能與其阻燃性能密切相關(guān)，織物的阻燃性能越好，熱防護性能就越好。

2.3 織物熱濕舒適性能

織物透氣性能和透濕性能測試結(jié)果見表5。

表5 織物熱濕舒適性能測試結(jié)果

由表5可知，1#，5#，6#，9#，11#，22#組合織物的透氣性相對較好；1#，2#，5#，9#，11#，12#，18#，21#組合織物的透濕性相對較好。這可能與組合織物各層織物纖維原料的透氣性、透濕性、厚度、面密度、經(jīng)緯密度等相關(guān)，織物越厚，面密度越大，經(jīng)緯密度越大，其相應(yīng)的透氣性和透濕性能越差。

2.4 織物綜合性能

運用分層評價模式，將PTPP、透濕量、透氣量進行歸一化處理，具體結(jié)果見表6。用計算出的質(zhì)量評價綜合指數(shù)對消防服組合織物綜合性能進行評價，該值越大，織物綜合性能越好[15]。據(jù)此選出綜合性能最優(yōu)的織物。

表6 測試數(shù)據(jù)歸一化結(jié)果

質(zhì)量評價綜合指數(shù)f(x)由3個分指數(shù)加權(quán)計算得到：

f(x)=μ1f1(x)+μ2f2(x)+μ3f3(x)。

式中:μ1，μ2，μ3由專業(yè)人員根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定，其中μ1=0.30，μ2=0.55，μ2=0.15[16]；f(x)為綜合性能指數(shù)；f1(x)為熱防護性指數(shù)；f2(x)為透濕性指數(shù)；f3(x)為透氣性指數(shù)。

由表6可知，9#組合織物的綜合性能最佳，1#，5#，6#，11#，17#，22#組合織物的綜合性能稍微次之；23#組合織物的綜合性能最差。

綜合上述分析得出，為同時保證消防服的阻燃性能、熱防護性能和熱濕舒適性能，要對織物厚度、面密度、經(jīng)緯密度等進行合理選擇。

3 結(jié)語

1) 通過對消防服外層、隔熱層及舒適層阻燃性能的測試發(fā)現(xiàn)，實驗所用5種外層織物、4種隔熱層織物和3種舒適層織物均符合GA 10—2014對消防服外層、隔熱層、舒適層織物的阻燃性能要求。

2) 通過對25種4層組合織物整體熱防護性能測試得出，除了10#，15#，19#，21#，23#，24#，25#組合織物的PTPP小于1 172，不符合GA 10—2014對消防服整體熱防護性能的要求，其他種組合織物均符合要求。

3) 通過對25種4層組合織物的透氣性及透濕性研究發(fā)現(xiàn),1#，5#，6#，9#，11#，22#組合織物的透氣性相對較好；1#，2#，5#，9#，11#，12#，18#，21#組合織物的透濕性相對較好。

4)分析25種4層組合織物的質(zhì)量評價綜合指數(shù)發(fā)現(xiàn)：9#組合織物綜合性能最好；23#組合織物綜合性能最差。

此外，研究過程中發(fā)現(xiàn)中國現(xiàn)行消防服標(biāo)準(zhǔn)對消防服用織物的透氣性能、消防服整體透濕性能及阻燃性能等未進行規(guī)定，消防服的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需要進一步統(tǒng)一和完善；且需加深對消防服性能測試環(huán)境模擬的研究，使測試環(huán)境盡量與實際使用環(huán)境相同。