阻燃防護服轟燃條件下阻燃性能影響因素探討

董永昭,朱世杰,鄭煒博,盛 華

(1.中國石油化工股份有限公司健康安全環(huán)保管理部,北京 100728 2.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司技術(shù)檢測中心,山東東營 257000)

0 前言

由于石油石化行業(yè)存在眾多易燃易爆的生產(chǎn)場所,為減少工作人員暴露在不可預(yù)測的高溫燃燒狀態(tài)下受傷或死亡的風(fēng)險,需要加強阻燃防護服的研究[1]。GB 39800—2020《個體防護裝備配備規(guī)范》系列標(biāo)準(zhǔn)、《個體防護裝備標(biāo)準(zhǔn)化提升三年專項行動計劃(2021—2023年)》文件明確提出要強化個體防護裝備的質(zhì)量安全監(jiān)管和個體防護裝備質(zhì)量水平。

因此,在石油石化易燃易爆場所中配備阻燃防護服,不僅是依法合規(guī)的要求,更是保障員工生命安全的必要手段和企業(yè)職責(zé)所在。中國石油化工集團有限公司在GB 8965.1—2020《防護服裝 阻燃服》等防護服裝系列標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,發(fā)布實施了企標(biāo)Q/SH 0832.1—2022《阻燃防靜電服 第1部分:夏裝》。本文以某批次阻燃防護服夏裝檢驗過程中的測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),從防護服內(nèi)在、外在以及洗滌次數(shù)等方面分析了其影響因素,并對開展該項測試需要關(guān)注的技術(shù)細(xì)節(jié)進行了分析。

1 阻燃防護服阻燃性能主要測試指標(biāo)

GB 8965.1—2020和Q/SH 0832.1—2022對于阻燃性能的測試指標(biāo)中有針對面料與成衣方面的規(guī)定。其中面料阻燃性能的測試指標(biāo)包括熱防護性能值、續(xù)燃時間、陰燃時間、損毀長度以及有無熔融、滴落等,阻燃服國標(biāo)與企標(biāo)在面料阻燃性能方面要求相似。成衣阻燃性能的測試指標(biāo)為成品轟燃條件下的阻燃性能,國標(biāo)要求A級、B級服裝測試二級燒傷和三級燒傷面積之和不得大于總面積的25%、50%;企標(biāo)要求不大于35%,接近A級標(biāo)準(zhǔn)[2]。

根據(jù)近年來針對阻燃防靜電服開展的配備質(zhì)量檢驗以及新型阻燃防靜電服研發(fā)檢驗發(fā)現(xiàn),面料阻燃性能的測試指標(biāo)均能夠達到國標(biāo)及企標(biāo)要求,然而在成品轟燃條件下的阻燃性能測試方面,檢驗發(fā)現(xiàn)部分阻燃防靜電服未達到企標(biāo)要求,無法達到有效的防護性能,甚至部分標(biāo)注3A面料(93%間位芳綸+5%對位芳綸+2%抗靜電纖維)成分的阻燃服性能不達標(biāo),應(yīng)引起相關(guān)單位的高度重視。

2 阻燃防護服轟燃條件下阻燃性能影響因素

2.1 內(nèi)在影響因素

內(nèi)在影響因素主要包括:面料中纖維成分及對應(yīng)含量、混紡過程中纖維含量偏差、面料單位面積質(zhì)量、面料纖維成分阻燃性能等。

2.1.1面料中纖維成分及對應(yīng)含量

對成品轟燃條件下阻燃性能不合格的服裝面料進行面料成分的定性和定量測試,利用FZ/T 01057.1—2007《紡織纖維鑒別試驗方法 第1部分:通用說明》、GB/T 2910.7—2009《紡織品 定量化學(xué)分析 第7部分:聚酰胺纖維與某些其他纖維混合物(甲酸法)》、GB/T 41418—2022《紡織品 定量化學(xué)分析 間位芳香族聚酰胺纖維與對位芳香族聚酰胺纖維的混合物(氯化鋰/N,N-二甲基乙酰胺法)》以及FZ/T 01057.8—2012《紡織纖維鑒別試驗方法 第8部分:紅外光譜法》的測試方法,檢驗結(jié)果為間位芳綸纖維94.6%、對位芳綸纖維4.1%、其他纖維1.3%,其中芳綸纖維總含量為98.7%。

從纖維含量檢驗結(jié)果分析,基本與企標(biāo)Q/SH 0832.1—2022中面料二的成分(原液著色的93%間位芳綸纖維、5%對位芳綸纖維和2%導(dǎo)電纖維),即有防靜電性能的阻燃面料(3A面料)成分一致。

2.1.2混紡過程中纖維含量偏差

在纖維混紡過程中,各類纖維成分的含量難免有一定偏差,也在一定程度上影響面料及成衣的阻燃性能,從上述纖維成分含量測試結(jié)果與企標(biāo)成分對比看,間位芳綸纖維含量偏差為1.6%,對位芳綸纖維含量偏差為0.9%。目前纖維成分含量的判定標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29862—2013《紡織品 纖維含量的標(biāo)識》中,對纖維含量允差進行了規(guī)定:①產(chǎn)品或產(chǎn)品的某一部分含有兩種及以上的纖維,在標(biāo)簽上標(biāo)明的每種纖維含量允差為5%(標(biāo)簽含量:40%棉/40%滌綸/20%錦綸;允許含量:35%～45%棉/35%～45%滌綸/15%～25%錦綸);②當(dāng)標(biāo)簽上的某種纖維含量≤10%時,纖維含量允差為3%;當(dāng)某種纖維含量≤3%時,實際含量不得為0。

根據(jù)GB/T 29862—2013判定,該批次服裝面料纖維成分允差符合要求,然而國標(biāo)對于纖維含量允差的要求相對寬松,不利于對阻燃面料成分含量的嚴(yán)格控制,同時也會對面料及成衣的阻燃性能造成不利影響。

2.1.3面料單位面積質(zhì)量(克重)

測試該批產(chǎn)品面料的單位面積質(zhì)量為159 g/m2,符合企標(biāo)Q/SH 0832.1—2022中對面料克重(160±10) g/m2的要求。同時對部分阻燃服夏裝面料克重與成衣轟然測試進行了統(tǒng)計,其中標(biāo)注面料成分為93%間位芳綸纖維、5%對位芳綸纖維、2%導(dǎo)電纖維,如表1所示。

表1 阻燃服夏裝面料克重與成衣轟燃測試匯總

從表1可以看出,001批次服裝的成品轟燃條件下阻燃性能指標(biāo)超出了企標(biāo)要求,而002、003、004批次服裝的面料單位面積質(zhì)量與001批次相差較少,成品轟燃條件下阻燃性能均達到企標(biāo)要求,但阻燃性能(燒傷面積)數(shù)據(jù)分別為27.72%、24.88%、15.99%,相差較大。雖然一般情況下同批次同成分阻燃面料的熱防護性能隨著克重的增加而有所提高[3],但根據(jù)表1所示,服裝面料克重與阻燃性能無明確對應(yīng)關(guān)系。

2.1.4面料纖維成分阻燃性能

企標(biāo)Q/SH0832.1—2022中規(guī)定了阻燃服的兩種面料成分:①面料一為執(zhí)行中國石化專有技術(shù)要求的配方,不低于10%對位芳綸纖維、不低于50%腈氯綸纖維、不高于30%纖維素纖維與2%導(dǎo)電纖維混織、有防靜電性能的阻燃面料(以下簡稱儀特斯面料);②面料二為原液著色的93%間位芳綸纖維、5%對位芳綸纖維與2%導(dǎo)電纖維混紡、有防靜電性能的阻燃面料(以下簡稱3A面料)。通過對不同面料成分阻燃服及其面料阻燃性能的測試發(fā)現(xiàn),儀特斯面料遇火后主要外觀變化為碳化,3A面料遇火后主要外觀變化為收縮、碳化[4]。該批次阻燃服轟燃檢測相關(guān)情況如圖1所示。

圖1 阻燃服轟燃測試情況

從圖1可以看出,該批次阻燃服測試后在腿部特別是小腿連接腳踝處收縮明顯,從對應(yīng)的燒傷面積也可以看出,在腿部有較多二級以及三級燒傷。由此可見,阻燃服遇火后的熱收縮性,從而引起對軀干防護的不到位,是關(guān)系阻燃性能的重要因素。國內(nèi)相關(guān)學(xué)者對不同阻燃面料的熱收縮率進行了研究,不同面料燃燒前后的熱收縮率及變化情況,見表2(測試環(huán)境為面料在700～800 ℃火焰中燃燒13 s和1 min熱收縮率的對比)。

表2 不同面料燃燒前后的熱收縮率對比情況[5]

從表2對比情況分析,不同阻燃面料的熱收縮性差異較大,特別是對位芳綸纖維與間位芳綸纖維的差異較明顯,阻燃面料應(yīng)用的間位芳綸纖維和對位芳綸纖維在定位上有明顯的不同,間位芳綸纖維以隔熱阻燃為主,而對位芳綸纖維為阻燃服裝提供了框架支撐,避免阻燃服因受熱較大而比例收縮嚴(yán)重,引起軀干暴露,加重?zé)齻?所以在阻燃服配方中,對位芳綸纖維雖然參與混紡的比例較低,卻是關(guān)鍵混紡阻燃組分,應(yīng)保障其最低比例不小于5%(即3A配方面料的公開比例),對于保障阻燃服阻燃防護性能有重要作用。

2.2 外在影響因素

外在因素主要為燃燒假人人體模型尺寸與阻燃服尺寸匹配情況、燃燒假人試驗系統(tǒng)測試參數(shù)條件。

2.2.1燃燒假人人體模型尺寸與阻燃服尺寸匹配情況

由于企標(biāo)Q/SH0832.1—2022中規(guī)定,成品轟燃條件下的阻燃性能測試按照ISO 13506—1—2017[6]規(guī)定的方法進行,其中對成人人體模型的測量值進行了明確,見圖2、表3。

圖2 ISO13506—1中成人人體模型的測量示意

表3 ISO13506—1中成人人體模型的測量值[6]

從圖2及表3可以看出,人體模型總高為181.0 cm,公差范圍為±6.0 cm,送檢服裝相較于假人模型的整體標(biāo)準(zhǔn)值尺寸偏小。初步分析原因為ISO 13506—1—2017標(biāo)準(zhǔn)中模型尺寸主要參照歐美男性身材,而送檢服裝根據(jù)企標(biāo)Q/SH0832.1—2022制作,主要參照我國成年男性身材,因此造成一定偏差。而阻燃服相對于假人模型偏小,則服裝會與假人貼合緊密,與穿著寬松的服裝測試相比,其測試熱量累積值會更加接近二級或三級的燒傷面積,因此假人模型尺寸對于轟燃測試結(jié)果存在一定程度的影響。

2.2.2燃燒假人試驗系統(tǒng)測試參數(shù)條件

目前國際上主流的燃燒假人轟燃試驗系統(tǒng)測試參數(shù)條件如表4所示。

表4 燃燒假人轟燃試驗系統(tǒng)測試參數(shù)條件[7]

從表4可以看出,主流試驗系統(tǒng)均符合企標(biāo)Q/SH 0832.1—2022中引用的標(biāo)準(zhǔn)GB 8965.1—2020的測試參數(shù)條件中關(guān)于測試熱通量為84×(1±5%) kW/m2、暴露時間為(3.0±0.1) s的要求。從平均火焰熱通量標(biāo)準(zhǔn)偏差看,試驗系統(tǒng)2的火焰熱通量控制相對穩(wěn)定。而使用火焰熱通量控制更加穩(wěn)定的試驗系統(tǒng),有助于獲取更加準(zhǔn)確的試驗數(shù)據(jù)。

2.3 洗滌次數(shù)影響

在日常使用中,洗滌是防護服性能下降的主要因素之一[1]。為了解不同配方阻燃防靜電服在長時間穿用后的安全防護性能指標(biāo),按照國標(biāo)GB 8965.1—2020 B中規(guī)定的洗滌標(biāo)準(zhǔn):洗滌程序4 N,洗滌時間每次15 min,四次漂洗時間10 min。分別對洗滌0,50(國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測試洗滌次數(shù)),180(模擬用戶實際長期使用條件下洗滌次數(shù))次后的阻燃服成品轟燃條件下的阻燃性能進行測試。

2.3.1阻燃性能測試結(jié)果

選取3A配方平紋面料和儀特斯配方斜紋面料進行測試,按照上述國標(biāo)規(guī)定方法進行洗滌,分別對于洗滌0,50,180次的面料進行測試,測試結(jié)果見表5和表6。

表5 3A配方面料洗滌后阻燃性能測試結(jié)果

表6 儀特斯配方面料洗滌后阻燃性能測試結(jié)果

相對遠高于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定洗滌50次的要求,按照洗滌180次后,進行性能測試,更能反映出阻燃面料不受洗滌次數(shù)影響的本質(zhì)阻燃性能。經(jīng)過同條件對比,兩款本質(zhì)阻燃面料都表現(xiàn)出了良好的防護性能。其中,3A配方面料在洗滌180次后阻燃性能穩(wěn)定性表現(xiàn)良好;儀特斯配方面料經(jīng)180次洗滌后,經(jīng)向損毀長度增加了8 mm,緯向損毀長度增加了7 mm,雖有所增加,測試數(shù)據(jù)仍符合國家標(biāo)準(zhǔn)B級規(guī)定(損毀長度≤100 mm)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH 0832.1—2022規(guī)定(損毀長度≤90 mm)要求,儀特斯配方面料相對3A配方面料在熱防護系數(shù)方面表現(xiàn)出一定優(yōu)勢。

2.3.2成品轟燃條件下阻燃性能測試結(jié)果

按照上述國標(biāo)規(guī)定方法洗滌0,50,180次后進行成品轟燃條件下阻燃性能測試,3A配方面料測試結(jié)果分別為23.67%、24.88%、29.24%,儀特斯配方面料測試結(jié)果分別為23.49%、24.15%、29.42%。

由結(jié)果可以看出,洗滌50次后,燒傷面積略有增加,洗滌180次后兩種面料轟燃數(shù)據(jù)依然滿足國家標(biāo)準(zhǔn)B級要求和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論與建議

a) 阻燃防靜電服是具有高度技術(shù)性和專業(yè)性的防護裝備,必須嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范,并嚴(yán)格開展質(zhì)量抽檢,保障其性能可靠。作為影響阻燃性能的決定性因素,必須通過嚴(yán)格的混紡生產(chǎn)質(zhì)量控制確保阻燃防靜電面料的混紡組分質(zhì)量和比例,進而保障其最終阻燃性能。其中,對位芳綸纖維是阻燃防靜電服混紡面料的關(guān)鍵組分,為防止面料受熱過度收縮提供骨架支撐作用,必須按照配方要求,保障其基本比例。

b) 轟燃假人與測試衣服的匹配是保障實驗結(jié)果準(zhǔn)確的重要組成部分,建議在開展檢驗工作前,要嚴(yán)格根據(jù)轟燃實驗假人的尺寸及有關(guān)實驗要求來開展工作?？紤]到用戶對阻燃服防護性能的高要求,以及實際穿戴中的各種自然磨損、破損等因素,應(yīng)該及時更換防護性能不佳的阻燃服。作為單位配備的基本要求,根據(jù)試驗數(shù)據(jù),在使用洗滌達到180次左右時,更新阻燃服是比較適宜的。