消(xiao)防(fang)服熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)實(shi)驗測試方法

壹(yi)、實(shi)驗
1．1試樣
本(ben)文(wen)研究所(suo)采用的(de)試樣(如表1)均(jun)來自於(yu)消(xiao)防(fang)服產(chan)品(pin)中普遍使用的(de)織(zhi)物品(pin)類，既(ji)有國(guo)外(wai)企(qi)業生產(chan)的(de)間位(wei)芳(fang)綸Nomex和對(dui)位(wei)芳(fang)綸Kevlar(美(mei)國杜邦公司(si))、聚苯(ben)並咪(mi)唑(zuo)(PBI)纖(xian)維(美(mei)國空氣(qi)力(li)學材料實驗室，AFNL)的(de)織(zhi)物，也(ye)有(you)國內(nei)企(qi)業研發(fa)的(de)具(ju)有自主(zhu)知識產(chan)權的(de)間位(wei)芳(fang)綸New Star(煙臺(tai)氨(an)綸有限(xian)公(gong)司)、芳(fang)碸(feng)綸Tanlon(上海(hai)特(te)氨綸纖(xian)維有限(xian)公(gong)司)等阻(zu)燃(ran)耐高(gao)溫纖(xian)維的(de)織(zhi)物，如表l所(suo)示(shi)。編號E1～E4的(de)織(zhi)物為(wei)間位(wei)芳(fang)綸與少(shao)量(liang)Kevlar、抗靜電碳(tan)纖(xian)維混紡(fang)的(de)織(zhi)物(簡(jian)稱(cheng)芳(fang)綸類織(zhi)物)或純間位(wei)芳(fang)綸織(zhi)物，其(qi)中(zhong)E1～E3織(zhi)物采用的(de)間位(wei)芳(fang)綸是(shi)Nomex，E4織(zhi)物采用純間位(wei)芳(fang)綸New Star；編號Fl～F3的(de)織(zhi)物采用的(de)是(shi)Tanlon(簡稱(cheng)芳(fang)碸(feng)綸類織(zhi)物)；編號Gl—G4的(de)織(zhi)物為(wei)國產(chan)阻(zu)燃(ran)棉織(zhi)物(簡(jian)稱(cheng)阻(zu)燃(ran)棉類織(zhi)物)；編號H1、H2的(de)織(zhi)物為(wei)PBI與Kevlar等混紡(fang)的(de)織(zhi)物(簡(jian)稱(cheng)PBI／芳(fang)綸類織(zhi)物)。

1．2實(shi)驗(yan)方法
上(shang)普遍使用TPP值(zhi)評(ping)價(jia)織(zhi)物的(de)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)，通過(guo)對(dui)織(zhi)物表(biao)面(mian)導致(zhi)人(ren)體二(er)度(du)燒(shao)傷(shang)所(suo)需(xu)熱能(neng)的(de)測定來評(ping)價(jia)織(zhi)物的(de)總(zong)體(ti)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)¨J。TPP值(zhi)越(yue)高(gao)，織(zhi)物的(de)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)越(yue)好(hao)。本(ben)文(wen)實(shi)驗(yan)按照NFPAl971標準進(jin)行，采用美(mei)國CSI公司(si)生產(chan)的(de)TPP-026型(xing)號熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)測(ce)試儀(yi)。實(shi)驗(yan)時(shi)總(zong)熱流量設定為(wei)8．4 J／(cm2·s)，試樣大小(xiao)為(wei)150 mm×150 mm。
實驗時(shi)將試樣水平放(fang)置(zhi)在設定熱流量的(de)熱源(yuan)上(shang)面，在規定的(de)距(ju)離(li)內(nei)，熱源(yuan)由(you)熱對(dui)流和熱輻(fu)射(she)兩種不(bu)同形式(shi)發(fa)熱，其(qi)中(zhong)50％為(wei)熱對(dui)流，50％為(wei)熱輻(fu)射(she)。置於試樣後(hou)的(de)量熱計(ji)溫度(du)值(zhi)隨熱源(yuan)作用的(de)時間(jian)而(er)變化，從而(er)測(ce)量出造成(cheng)人(ren)體皮(pi)膚(fu)二(er)度(du)燒(shao)傷(shang)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)時間(jian)，並以此(ci)評(ping)價(jia)服裝(zhuang)的(de)相對熱防(fang)護(hu)能力(li)。實(shi)驗中采用計(ji)算(suan)機數(shu)據采集軟件(jian)程序記(ji)錄銅制校(xiao)準(zhun)熱量(liang)計(ji)的(de)溫度(du)七(qi)升。將溫度(du)上(shang)升的(de)速率(lv)，或者(zhe)沿(yan)時(shi)間(jian)軸(zhou)的(de)溫度(du)下降速(su)率(lv)與熱量(liang)計(ji)常(chang)數(shu)相結合(he)進(jin)行熱流量的(de)計(ji)算(suan)。rrPP值(zhi)即(ji)為(wei)施加的(de)熱流量和已(yi)記(ji)錄的(de)基於二(er)度(du)燒(shao)傷(shang)所(suo)需(xu)耐熱時(shi)間(jian)的(de)乘(cheng)積(ji)。熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)測(ce)試儀(yi)的(de)構造簡(jian)圖如圖l所(suo)示(shi)。

二(er)、結果與(yu)討論(lun)
2．1熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)試驗(yan)結(jie)果(guo)織(zhi)物試樣在熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)試驗(yan)中(zhong)的(de)測試結(jie)果(guo)及其質量變化如表2所(suo)示(shi)。

2．2 TPP值(zhi)比較(jiao)分(fen)析
由表2可知(zhi)，Hl具(ju)有zui高(gao)的(de)11PlP值(zhi)，表明(ming)了該(gai)織(zhi)物充(chong)分(fen)利用了(le)高(gao)性(xing)能(neng)纖(xian)維PBI與Kelvar的(de)優良(liang)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)，是(shi)消防(fang)服用外(wai)層(ceng)織(zhi)物的(de)*選擇(ze)之(zhi)壹(yi)。由(you)於綜合性(xing)能(neng)優(you)異(yi)，H1是(shi)當前(qian)美(mei)國應用的(de)消防(fang)防(fang)護(hu)服外(wai)層(ceng)織(zhi)物。芳(fang)綸和芳(fang)碸(feng)綸織(zhi)物均(jun)具(ju)有較(jiao)高(gao)的(de)11PP值(zhi)，總(zong)體(ti)上(shang)隨著(zhe)其織(zhi)物厚(hou)度(du)的(de)增加而(er)增加；我(wo)國(guo)自主(zhu)研發(fa)的(de)Tanlon織(zhi)物和(he)NewStar芳(fang)綸織(zhi)物熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)已(yi)接近(jin)被廣泛(fan)使用和(he)認可的(de)耐高(gao)溫纖(xian)維Nomex織(zhi)物，它們在熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)方面並無(wu)顯(xian)著差(cha)異(yi)。對(dui)於(yu)阻(zu)燃(ran)棉織(zhi)物，特(te)別是(shi)G1和G3，其(qi)TPP值(zhi)與其(qi)較(jiao)大的(de)厚度(du)是(shi)密(mi)切關聯(lian)的(de)。在相同的(de)厚度(du)及面密(mi)度(du)條件(jian)下，阻(zu)燃(ran)棉織(zhi)物的(de)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)不(bu)及芳(fang)綸織(zhi)物和(he)芳(fang)碸(feng)綸織(zhi)物突(tu)出。綜合表(biao)2中(zhong)各(ge)類外(wai)層(ceng)織(zhi)物的(de)TPP測試結(jie)果(guo)，芳(fang)綸織(zhi)物、芳(fang)碸(feng)綸織(zhi)物以(yi)及PBI纖(xian)維織(zhi)物因(yin)為(wei)其自身(shen)的(de)化學結構成(cheng)為(wei)具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)耐熱性(xing)、阻(zu)燃(ran)性(xing)和(he)熱防(fang)護(hu)性(xing)的(de)*型(xing)阻(zu)燃(ran)織(zhi)物，相比於(yu)通過(guo)阻(zu)燃(ran)後(hou)整理(li)加工(gong)而(er)成(cheng)的(de)阻(zu)燃(ran)棉織(zhi)物熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)更好(hao)。

2．3燃(ran)燒(shao)後(hou)試樣表面外(wai)觀變化
織(zhi)物試樣經(jing)TPP燃(ran)燒(shao)試驗(yan)後(hou)的(de)表面(mian)外(wai)觀如表3所(suo)示(shi)，不(bu)同品(pin)類的(de)阻(zu)燃(ran)耐高(gao)溫纖(xian)維織(zhi)物經(jing)燃(ran)燒(shao)後(hou)表面(mian)外(wai)觀存在較大(da)差(cha)異(yi)。從(cong)織(zhi)物的(de)尺寸(cun)穩定性(xing)分(fen)析，芳(fang)綸織(zhi)物(E1～FA)、阻(zu)燃(ran)棉類織(zhi)物(G1壹(yi)G4)以(yi)及PBI／Kevlar類織(zhi)物(H1～H2)都(dou)具(ju)有較(jiao)好(hao)的(de)尺寸(cun)穩定性(xing)，燃(ran)燒(shao)後(hou)織(zhi)物沒有產(chan)生明(ming)顯收縮，而(er)我國(guo)自主(zhu)開發(fa)的(de)芳(fang)碸(feng)綸織(zhi)物(Fl～F3)的(de)經(jing)緯向尺(chi)寸(cun)變化較明(ming)顯，收縮較(jiao)大，表(biao)明(ming)芳(fang)碸(feng)綸的(de)熱穩(wen)定性(xing)還有待進(jin)壹(yi)步(bu)提(ti)高(gao)。從(cong)織(zhi)物的(de)表面(mian)性(xing)狀(zhuang)分(fen)析，我國生產(chan)的(de)New Star芳(fang)綸織(zhi)物(E4)燃(ran)燒(shao)後(hou)表面(mian)有脆(cui)化現象(xiang)，出現孔洞，其織(zhi)物的(de)TPP測試值(zhi)不(bu)能(neng)充分(fen)評(ping)價(jia)其基本(ben)的(de)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)；阻(zu)燃(ran)棉類織(zhi)物(Gl～G4)表(biao)面(mian)也出現面積(ji)相對較(jiao)大(da)的(de)焦糊(hu)狀(zhuang)硬塊，脆(cui)化現象(xiang)較(jiao)嚴(yan)重(zhong)；而(er)PBI／Kevlar類織(zhi)物(HI—H2)表(biao)面(mian)只(zhi)出現輕(qing)微褪色，織(zhi)物的(de)物理(li)性(xing)能(neng)基本(ben)完(wan)好(hao)，表(biao)明(ming)該高(gao)性(xing)能(neng)纖(xian)維具(ju)有突(tu)出的(de)物理(li)及化學穩定性(xing)。結(jie)合(he)表2分(fen)析可知，阻(zu)燃(ran)棉類織(zhi)物中(zhong)具(ju)有較(jiao)小(xiao)TPP值(zhi)的(de)G2、G4試樣的(de)表面(mian)焦(jiao)化面積(ji)均大於G1、G3，表明(ming)燃(ran)燒(shao)後(hou)織(zhi)物表(biao)面(mian)外(wai)觀變化與織(zhi)物的(de)1'PP值(zhi)以及織(zhi)物厚(hou)度(du)具(ju)有壹(yi)定的(de)相關性(xing)。在同品(pin)類織(zhi)物中(zhong)TPP值(zhi)越(yue)小(xiao)、厚度(du)越(yue)薄(bo)的(de)織(zhi)物燃(ran)燒(shao)後(hou)的(de)焦化面積(ji)越(yue)大(da)，表(biao)面(mian)外(wai)觀變化越(yue)顯(xian)著(zhu)。另(ling)外(wai)，纖(xian)維本(ben)身(shen)的(de)化學性(xing)能(neng)是(shi)影響(xiang)織(zhi)物燃(ran)燒(shao)後(hou)表面(mian)外(wai)觀變化的(de)決定性(xing)因(yin)素，芳(fang)綸類試樣、芳(fang)碸(feng)綸試樣、阻(zu)燃(ran)棉類試樣、PBI／芳(fang)綸類試樣各(ge)自表(biao)現(xian)出不(bu)同外(wai)觀變化特(te)征(zheng)。

2．4熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)試驗(yan)前(qian)後(hou)試樣的(de)質量(liang)變化
在TPP試驗(yan)過(guo)程中織(zhi)物試樣的(de)質量(liang)不(bu)斷減少(shao)，即(ji)織(zhi)物燃(ran)燒(shao)後(hou)有質(zhi)量損失(shi)，表(biao)2中(zhong)記(ji)錄了熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)試驗(yan)中(zhong)織(zhi)物試樣燃(ran)燒(shao)前(qian)後(hou)質量(liang)的(de)變化及質鼉損失(shi)率(lv)的(de)情況。其(qi)中(zhong)芳(fang)碸(feng)綸類、芳(fang)綸類和(he)PBI／芳(fang)綸混紡(fang)類試樣燃(ran)燒(shao)前(qian)後(hou)質量(liang)損失(shi)率(lv)較小(xiao)，且平(ping)均值(zhi)接近(jin)，都(dou)集中在5％壹(yi)10％之(zhi)間(jian)；質(zhi)量(liang)損(sun)失(shi)zui多(duo)的(de)是(shi)阻(zu)燃(ran)棉類試樣，平均質(zhi)量損失(shi)率(lv)在20％～25％之(zhi)間(jian)。通過(guo)阻(zu)燃(ran)後(hou)整理(li)加工(gong)方式(shi)而具(ju)有阻(zu)燃(ran)性(xing)能(neng)的(de)阻(zu)燃(ran)棉織(zhi)物接觸到(dao)熱源(yuan)後(hou)，織(zhi)物中(zhong)的(de)阻(zu)燃(ran)氣體(ti)、阻(zu)燃(ran)劑(ji)等耗(hao)盡以(yi)後(hou)會散發(fa)大(da)量(liang)的(de)熱氣(qi)體(ti)、熱焦(jiao)油(you)、煙等，造成(cheng)質(zhi)鼉損失(shi)大(da)而(er)減(jian)弱了熱防(fang)護(hu)效果，因(yin)而織(zhi)物的(de)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)也(ye)較差(cha)，即(ji)TPP值(zhi)較低(di)；自身(shen)具(ju)有穩(wen)定的(de)化學結構的(de)芳(fang)綸織(zhi)物、芳(fang)碸(feng)綸織(zhi)物以(yi)及PBI纖(xian)維織(zhi)物接觸熱源(yuan)的(de)過程中物質(zhi)轉(zhuan)化和散失(shi)少(shao)，質(zhi)量(liang)損失(shi)少(shao)，相應熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)好(hao)，即(ji)TPP值(zhi)較高(gao)。可(ke)見(jian)，在接觸到(dao)猛火等熱源(yuan)過(guo)程中織(zhi)物的(de)質量(liang)損(sun)失(shi)率(lv)越(yue)小(xiao)，越(yue)有(you)利於發(fa)揮其熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)。總(zong)之(zhi)，織(zhi)物熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)實(shi)驗中織(zhi)物試樣直(zhi)接面(mian)對的(de)是(shi)對流熱和(he)輻(fu)射熱，同時試樣背面的(de)溫度(du)的(de)上升(sheng)還與織(zhi)物的(de)傳導(dao)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)相關。因(yin)此，織(zhi)物的(de)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)來(lai)自於(yu)織(zhi)物防(fang)護(hu)對流熱、輻(fu)射(she)熱和(he)傳(chuan)導熱的(de)綜合(he)因(yin)素。它與(yu)纖(xian)維類型(xing)、纖(xian)維的(de)分(fen)布排列形式(shi)、空氣／體(ti)積(ji)比率(lv)、孑(jie)L洞率(lv)、特(te)別是(shi)單個孔徑(jing)的(de)尺寸(cun)，以及織(zhi)物厚(hou)度(du)、面(mian)密(mi)度(du)、密(mi)度(du)、表(biao)面性(xing)狀(zhuang)都(dou)有密(mi)切關聯(lian)。就本(ben)研究中(zhong)的(de)消防(fang)服用的(de)四類外(wai)層(ceng)織(zhi)物而(er)言，其熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)有(you)較大差(cha)異(yi)，都(dou)隨著(zhe)織(zhi)物的(de)面密(mi)度(du)及厚度(du)的(de)增加而(er)提(ti)高(gao)。盡(jin)管織(zhi)物面(mian)密(mi)度(du)大(da)、厚度(du)厚(hou)，對於(yu)整(zheng)體(ti)熱防(fang)護(hu)性(xing)性(xing)能(neng)而(er)言是(shi)有利的(de)，但是(shi)也增加了(le)服裝(zhuang)的(de)整體(ti)重(zhong)量(liang)，可能增加了(le)對(dui)穿(chuan)著者(zhe)的(de)體熱散失(shi)的(de)阻(zu)礙(ai)、加劇了體熱蓄(xu)積(ji)，因(yin)此消(xiao)防(fang)服用外(wai)層(ceng)織(zhi)物的(de)選擇(ze)還需(xu)綜(zong)合(he)考(kao)慮(lv)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)之(zhi)外(wai)的(de)其他(ta)因(yin)素，特(te)別是(shi)尺寸(cun)穩定性(xing)、熱收縮率(lv)、外(wai)觀變化等。

三(san)、結(jie)論(lun)
本(ben)文(wen)就消(xiao)防(fang)服用四類外(wai)層(ceng)織(zhi)物芳(fang)綸織(zhi)物、芳(fang)碸(feng)綸織(zhi)物、阻(zu)燃(ran)棉織(zhi)物及PBI纖(xian)維與對(dui)位(wei)芳(fang)綸的(de)混紡(fang)織(zhi)物等的(de)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)進(jin)行了比(bi)較研究。研究發(fa)現(xian)，PBI纖(xian)維與Kevlar的(de)混紡(fang)織(zhi)物的(de)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)，芳(fang)綸織(zhi)物和(he)芳(fang)碸(feng)綸織(zhi)物均(jun)具(ju)有較(jiao)高(gao)的(de)TPP值(zhi)。研究表(biao)明(ming)我國(guo)自主(zhu)研發(fa)的(de)Tanlon織(zhi)物和(he)New Star間(jian)位(wei)芳(fang)綸織(zhi)物熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)已(yi)接近(jin)被廣泛(fan)使用和(he)認可的(de)耐高(gao)溫纖(xian)維Nomex織(zhi)物，在熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)方面並無(wu)顯(xian)著差(cha)異(yi)，但(dan)在燃(ran)燒(shao)後(hou)外(wai)觀穩定性(xing)方面不(bu)足(zu)。在TPP試驗(yan)過(guo)程中，織(zhi)物試樣燃(ran)燒(shao)前(qian)後(hou)存在質量(liang)損失(shi)的(de)現象(xiang)。通過(guo)阻(zu)燃(ran)後(hou)整理(li)加工(gong)方式(shi)而具(ju)有阻(zu)燃(ran)性(xing)能(neng)的(de)阻(zu)燃(ran)棉織(zhi)物燃(ran)燒(shao)後(hou)質量(liang)損失(shi)大(da)，熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)較(jiao)差(cha)；自身(shen)具(ju)有穩(wen)定的(de)化學結構的(de)芳(fang)綸織(zhi)物、芳(fang)碸(feng)綸織(zhi)物以(yi)及PBI纖(xian)維織(zhi)物，在接觸熱源(yuan)的(de)過程中質(zhi)量損(sun)失(shi)少(shao)，相應熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)好(hao)。本(ben)研究中(zhong)的(de)消防(fang)服用四類外(wai)層(ceng)織(zhi)物的(de)熱防(fang)護(hu)性(xing)能(neng)隨著(zhe)織(zhi)物的(de)面密(mi)度(du)及厚度(du)的(de)增加而(er)提(ti)高(gao)。

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