國內(nèi)外抗熔融金屬防護服抗熔融金屬性能標準對比及分析

呂 歡 劉 琳 權(quán)國明 杜彥龍 黨 敏

1. 陜西元豐紡織技術(shù)研究有限公司,陜西 西安 710038;2. 陜西紡標檢測認證有限公司,陜西 西安 710038

金屬在冶煉、轉(zhuǎn)運、鑄造及加工處理過程中,易發(fā)生熔融金屬飛濺、泄漏等狀況,這會給操作人員人身安全帶來隱患。因此,對作業(yè)環(huán)境中存在高溫熔融金屬飛濺、滴落等風險的工作人員,應配備相應的抗熔融金屬防護服,以減少或避免金屬熔體的傷害[1]。當前,依據(jù)使用場景的不同,抗熔融金屬防護服主要有焊接防護服和防熔融金屬飛濺防護服兩種。

焊接防護服主要應用于電焊、切割等行業(yè),是焊接工人工作時需穿著的服裝,能在較小的熔融金屬滴沖擊的環(huán)境中實現(xiàn)對焊接場所勞動個體的保護。關(guān)于焊接防護服,國際標準委員會制定了 ISO 11611:2015Protectiveclothingforuseinweldingandalliedprocesses[2],國內(nèi)也制定了國家標準GB 8965.2—2009《防護服裝 阻燃防護 第2部分:焊接服》[3]。其中,焊接防護服用面料的主要性能評價指標包括強力性能、阻燃性能、熱穩(wěn)定性能、熱防護性能及抗熔融金屬沖擊性能等。焊接作業(yè)過程中,最大的危害來自較小的金屬熔滴。四散的金屬熔滴會形成沖擊,并在凝固時釋放潛熱,其熱量能透過面料對人體皮膚造成灼傷,故抗熔融金屬沖擊性能是焊接防護服面料的重要性能指標。

防熔融金屬飛濺防護服適用于有熔融金屬飛濺的金屬冶煉工況,其能防止作業(yè)時飛濺的熔融金屬對個體造成傷害。關(guān)于防熔融金屬飛濺織物,國際標準委員會制定了 ISO 11612:2015Protectiveclothing-Clothingtoprotectagainstheatandflame-Minimumperformancerequirements[4],國內(nèi)也制定了行業(yè)標準FZ/T 64083—2021《防熔融金屬飛濺織物》[5]。防熔融金屬飛濺織物的主要性能評價指標包括強力性能、阻燃性能、熱防護性能、抗熔融鋁(鐵)沖擊性能等,其中抗熔融鋁(鐵)沖擊性能最為關(guān)鍵。

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展及工業(yè)科技的進步,抗熔融金屬防護服的市場需求逐漸擴大。為規(guī)范企業(yè)合理化生產(chǎn),并更好地保障作業(yè)人員的生命安全,國內(nèi)外已針對抗熔融金屬防護服的指標要求及測試方法制定了系列標準,以評價服裝/織物對熔融金屬的防護性能[6]。本文將就國內(nèi)外抗熔融金屬防護服的抗熔融金屬沖擊性能、防熔融金屬飛濺性能進行對比和分析,以期為提升國內(nèi)抗熔融金屬防護服的質(zhì)量檢測、性能評價等提供理論依據(jù)。

1 焊接防護服

1.1 國內(nèi)標準

國內(nèi)方面,焊接防護服現(xiàn)行標準為國家強制性標準GB 8965.2—2009,該標準適用于焊接及相關(guān)作業(yè)場所作業(yè)人員的防護服。GB 8965.2—2009以GB 15701—1995《焊接防護服》為基礎,與國家現(xiàn)行焊接安全及防護規(guī)定相協(xié)調(diào),同時借鑒了歐美等的國家標準。

GB 8965.2—2009規(guī)定,焊接防護服用面料的抗熔融金屬沖擊性能的測試方法參照GB/T 17599—1998《防護服用織物 防熱性能 抗熔融金屬滴沖擊性能的測試》,即金屬熔滴按一定的角度沖擊試樣,試樣后方傳感器測定經(jīng)15滴金屬熔滴沖擊后試樣反面的溫升狀況,其測試原理如圖1所示。當經(jīng)15滴金屬熔滴沖擊后,試樣背后的傳感器溫升不超過40 K,則判定試樣的抗熔融金屬沖擊性能合格。

1.2 國外標準

目前,國外有關(guān)抗熔融金屬沖擊性能紡織品的指標及測試標準主要參考 ISO 11611:2015。該標準對不同焊接活動場所用焊接防護服的防護等級進行了分類說明,并規(guī)定了焊接防護服的最低性能要求和測試方法。

ISO 11611:2015將焊接防護服分為Class 1(適用于輕級危害場合)和Class 2(適用于重級危害場合)兩個等級,并規(guī)定了抗熔融金屬沖擊性能測試依照 ISO 9150:1988Protectiveclothing-Determinationofbehaviourofmaterialsonimpactofsmallsplashesofmoltenmetal進行。其中,Class 1要求試樣后方傳感器溫升40 K所需金屬熔滴數(shù)為[15,25);Class 2要求試樣后方傳感器溫升40 K所需金屬熔滴數(shù)不小于25。Class 1試樣適用于有輕微熔滴形成的焊接場所,能在危害較小的焊接操作或工況下提供防護;Class 2試樣適用于有大量熔滴形成的焊接場所,能在更危險的焊接操作或工況下提供保護。

1.3 國內(nèi)外標準對比

GB 8965.2—2009和ISO 11611:2015均為焊接防護服用標準,兩者均對焊接防護服的抗熔融金屬沖擊性能做出了要求。雖然國標與國際標準中關(guān)于抗熔融金屬沖擊性能的測試原理相似,但在測試數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式及防護等級的劃分方面存在不同,具體表現(xiàn)在以下兩方面。

(1)抗熔融金屬沖擊性能測試數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式不同。GB 8965.2—2009是以經(jīng)15滴金屬熔滴沖擊后,試樣后方傳感器測得的溫升數(shù)據(jù)作為測試數(shù)據(jù)的,溫升數(shù)據(jù)越小,則試樣的抗熔融金屬沖擊性能越好;ISO 11611:2015是以試樣后方傳感器測得溫升40 K所需的金屬熔滴數(shù)作為測試數(shù)據(jù)的,傳感器溫升40 K所需的金屬熔滴數(shù)越多,則試樣的抗熔融金屬沖擊性能越好。

(2)抗熔融金屬沖擊性能的等級劃分不同。盡管GB 8965.2—2009已將焊接防護服面料的防護等級劃分為3個級別——A、B、C,但該等級的劃分僅針對面料的阻燃性能,未就面料的抗熔融金屬沖擊性能進行等級劃分;ISO 11611:2015將不同焊接活動場所用焊接防護服面料劃分為Class 1(應對輕級危害)和Class 2(應對重級危害)兩個等級,并對兩個等級的抗熔融金屬沖擊性能指標做出了具體要求。

表1歸納了GB 8965.2—2009和ISO 11611:2015兩種標準的測試條件及指標要求。從表1可以看出:GB 8965.2—2009對面料抗熔融金屬沖擊性能指標的要求與ISO 11611:2015中Class 1(應對輕級危害)防護等級相當;GB 8965.2—2009要求測試用金屬熔滴的質(zhì)量為(0.50±0.05)g,而ISO 11611:2015要求測試用金屬熔滴的質(zhì)量為(0.50±0.03)g,國際標準中對金屬融滴的質(zhì)量要求更高。結(jié)合國際上對應對重級危害的防護服有潛在的市場需求,建議國內(nèi)標準參照ISO 11611:2015中的要求對焊接防護服進行等級劃分,以滿足不同客戶的要求。

表1 焊接防護服用標準的測試條件及指標要求Tab.1 Test conditions and index requirements of welding protective clothing standards

2 防熔融金屬飛濺防護服

2.1 國內(nèi)標準

近年來,國內(nèi)陸續(xù)開始了對防熔融金屬飛濺織物的自主研發(fā)與生產(chǎn),并打破了這一領域高端產(chǎn)品長期依賴進口的局面。對于防熔融金屬飛濺織物,國內(nèi)的研發(fā)起步較晚,長期缺少相應的國家標準和行業(yè)標準支撐,這嚴重制約了我國防熔融金屬飛濺織物的發(fā)展。陜西元豐紡織技術(shù)研究有限公司(簡稱元豐公司)通過與多家單位的共同努力,制定了行業(yè)標準FZ/T 64083—2021《防熔融金屬飛濺織物》,且該標準已于2022年2月1日正式實施。

FZ/T 64083—2021適用于鋁、鐵等冶煉工況下穿著的防熔融金屬飛濺防護服用機織物,不涉及針織物及皮革等。根據(jù)熔融金屬飛濺防護機制,防熔融金屬飛濺織物應滿足阻燃、熔融金屬快速滑脫及隔熱等性能要求,但目前公開的研究及專利主要關(guān)注這類織物的熔融金屬飛濺防護等級及阻燃性能[7]。

FZ/T 64083—2021規(guī)定了防熔融金屬飛濺織物抗熔融鋁、熔融鐵沖擊性能的測試方法,即以不同質(zhì)量的熔融金屬澆注到以一定角度放置的織物上,結(jié)合貼附在織物背面的聚氯乙烯(PVC)薄膜的變化程度,評價織物的防熔融金屬飛濺性能。其測試原理如圖2所示。FZ/T 64083—2021選擇鐵和鋁分別作為重金屬和輕金屬的代表,因為熔融鐵和熔融鋁在物理性質(zhì)方面存在顯著差異。該標準根據(jù)不同金屬的特性,對熔融金屬的澆注溫度、澆注高度及試樣水平角度等做出了不同的規(guī)定,并根據(jù)能承受的澆注熔融金屬的質(zhì)量評定織物的防護等級。標準要求,經(jīng)規(guī)定程序洗滌后的織物,抗熔融鋁或熔融鐵沖擊性能的測試結(jié)果至少應達到D1或E1等級。

圖2 防熔融金屬飛濺性能測試原理Fig.2 Test principle of anti-melt metal splash performance

2.2 國外標準

目前,在歐美等國家,冶金作業(yè)用抗熔融金屬飛濺防護服的研發(fā)企業(yè)較多,并已形成了以ISO 11612:2015Protectiveclothing-Clothingtoprotectagainstheatandflame-Minimumperformancerequirements與ISO 9185:2007Protectiveclothing-Assessmentof

resistanceofmaterialstomoltenmetalsplash為核心的標準評價體系。

ISO 11612:2015適用于暴露在輻射熱、對流熱、接觸熱及熔融金屬飛濺等多種場合的防護服,適用范圍不僅包括機織物,還涵蓋針織物、皮革、金屬化織物及防護服用輔料等。該標準對各類防護服用防熔融金屬飛濺織物的性能指標及防護服的設計進行了規(guī)范和要求,并規(guī)定抗熔融鋁或熔融鐵飛濺性能測試標準為ISO 9185:2007。ISO 9185:2007適用于單層或多層防護織物的熔融鋁或熔融鐵飛濺性能測試。

2.3 國內(nèi)外標準對比

關(guān)于織物的防熔融金屬飛濺性能,ISO 11612:2015與FZ/T 64083—2021的檢測方法基本一致,都是以不同質(zhì)量的熔融金屬澆注一定角度放置的試樣,記錄澆注后貼附在試樣背面的PVC薄膜的變化程度,最后根據(jù)澆注的熔融金屬質(zhì)量評定試樣的防熔融金屬飛濺防護等級的,其測試原理、測試環(huán)境及檢測結(jié)果等級的劃分也基本相同(表2)。

FZ/T 64083—2021是在ISO 11612:2015的基礎上制定的,FZ/T 64083—2021部分試驗條件的要求較ISO 11612:2015更全面細致,具體表現(xiàn)在以下兩方面。

(1)試樣的預處理。研究表明,羊毛纖維的鱗片結(jié)構(gòu)有利于飛濺的熔融金屬在其表面滑脫,熔融金屬對羊毛纖維黏附性較低,因此,為提升織物的防護性能,大多數(shù)防熔融金屬飛濺織物都含有羊毛纖維[8-9]。但是羊毛纖維具有縮絨性,濕熱條件下含羊毛纖維的織物易氈縮,且羊毛纖維含量越大,氈縮現(xiàn)象越嚴重。故FZ/T 64083—2021結(jié)合羊毛混紡織物的洗滌氈縮特性,以織物中羊毛纖維質(zhì)量分數(shù)為依據(jù),對測試前織物的洗滌方式進行了分類說明,即按照GB/T 8629—2017的規(guī)定,羊毛纖維質(zhì)量分數(shù)≥30%的織物選擇程序4G洗滌,其他織物則選擇程序6N洗滌,并在洗滌5次后按照滾筒烘干法(F法)烘干。FZ/T 64083—2021要求含毛量不同的織物,洗滌次數(shù)一致但洗滌程序不同,而ISO 11612:2015要求所有織物的洗滌方式和洗滌次數(shù)均一致。

(2)金屬規(guī)格的要求。ISO 11612:2015明示了金屬鋁、鐵的成分要求,FZ/T 64083—2021在其基礎上結(jié)合國內(nèi)標準增設了對金屬鋁、鐵具體規(guī)格的要求,即金屬鋁應符合GB/T 3190—2008《變形鋁及鋁合金化學成分》的要求,金屬鐵應符合GB/T 718—2005《鑄造用生鐵》的要求。

因此,可以考慮將行業(yè)標準FZ/T 64083—2021與國際標準ISO 11612:2015進行標準互認和檢測結(jié)果互認,以降低國內(nèi)企業(yè)在產(chǎn)品出口貿(mào)易時的檢驗、檢測成本。此外,兩項標準中關(guān)于PVC薄膜的變化程度均由人為判定,數(shù)據(jù)結(jié)果存在多樣性及不確定性,故有關(guān)測試結(jié)果的判定方式還有待進一步的完善。

此外,金屬鐵的熔融溫度較金屬鋁高,故熔融鐵的澆注溫度高,其對織物的短期耐高溫性能要求更嚴格。而熔融鋁發(fā)生飛濺時,其相對于熔融鐵更易黏附于織物表面,并通過織物進行熱傳導,故對人體的熱傷害比熔融鐵大。由此可以推斷,防熔融鋁飛濺的面料能防熔融鐵飛濺,但防熔融鐵飛濺的面料不一定能防熔融鋁飛濺。

3 國內(nèi)標準現(xiàn)狀及發(fā)展探討

相對于歐美日等發(fā)達地區(qū)與國家,我國在抗熔融金屬防護服(如焊接防護服、防熔融金屬飛濺防護服等)的研究方面起步較晚,研發(fā)及生產(chǎn)技術(shù)較為落后,相關(guān)標準的研究與制定也較晚。

隨著工業(yè)的快速發(fā)展,抗熔融金屬防護服的要求也越來越多樣化。目前,國內(nèi)對焊接防護服抗熔融金屬沖擊性能等級的評判較為單一,應根據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并結(jié)合工作環(huán)境及防護服的損傷程度,進行抗熔融金屬沖擊性能等級的區(qū)分。由北京市勞動保護科學研究所等單位承擔的國家強制性標準GB 8965.2—2022《防護服裝 焊接服》已于2022年12月29日發(fā)布,并將于2024年1月1日開始實施。新標準結(jié)合了國內(nèi)焊接防護服的實際生產(chǎn)水平及面料的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀,并根據(jù)我國焊接防護服的實際使用需求,參考ISO 11611:2015,將焊接防護服的抗熔融金屬沖擊性能分為A、B兩等級,進一步完善了不同工作環(huán)境對焊接防護服的性能要求。此項強制性國家標準的頒布提升了特種防護服裝標準體系的全面性,有助于更好地保障冶金作業(yè)人員的人身安全。

行業(yè)標準FZ/T 64083—2021是元豐公司等多家企業(yè)在ISO 11612:2015的基礎上,針對防熔融金屬飛濺織物的性能評價而制定的。該標準的實施填補了國內(nèi)冶金作業(yè)用防熔融金屬飛濺織物標準的空白,其在防熔融金屬飛濺性能的測試與要求方面與GB 8965.3—2022和ISO 11612:2015高度一致。但目前熔融金屬飛濺測試儀仍以德國WAZUA公司生產(chǎn)的設備為主,國內(nèi)方面相關(guān)測試儀器嚴重匱乏,產(chǎn)品指標的檢測及標準的推廣應用受阻[10]。元豐公司針對測試標準ISO 9185:2007研發(fā)出防熔融金屬飛濺性能測試儀,目前已得以應用。

隨著全球高性能纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及產(chǎn)能的不斷擴大,高性能纖維種類層出不窮[11],這為抗熔融金屬防護服的研制提供了良好的基礎。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展,企業(yè)及工人對防護服的性能要求也越來越多樣化,各類招標活動中不僅要求產(chǎn)品具備良好的防護性能,還要具有舒適和高性價比等優(yōu)勢,因此未來抗熔融金屬防護服將朝著輕質(zhì)、經(jīng)濟、高效的方向發(fā)展。

4 結(jié)論

(1)國際標準ISO 11611:2015和國家標準GB 8965.2—2009在抗金屬熔滴沖擊性能測試原理方面相似,但應注意指標要求有區(qū)別。一般,滿足ISO 11611:2015規(guī)定的防護服也滿足GB 8965.2—2009的要求,但滿足GB 8965.2—2009要求的防護服未必滿足ISO 11611:2015的要求。

(2)不同焊接場合的操作人員可能受到的傷害及其程度不盡相同,因此有必要根據(jù)焊接防護服的使用場合、作業(yè)類型等對防護級別做出劃分,實現(xiàn)精準防護。未來,GB 8965.2—2022的正式實施將滿足不同應用場合對焊接防護服的技術(shù)要求,確保作業(yè)人員生命安全,同時還可避免某些場合的過度防護,減少不必要的浪費。

(3)ISO 11612:2015作為國際標準,由于語言的原因,在采納、宣傳與推廣方面受限。FZ/T 64083—2021作為國內(nèi)行業(yè)標準已正式實施,國家強制標準GB 8965.3—2022將于2024年1月1日開始實施,這兩項標準中規(guī)定的防熔融金屬飛濺性能檢測方法和指標要求均與國際標準ISO 11612:2015一致。建議加強國內(nèi)標準的宣傳力度,讓下游企業(yè)在選購防熔融金屬飛濺織物時真正做到懂標準、用標準。