消防員化學防護服面料用涂層織物的研究

徐田慧 郭榮如 陳旭煒 李毓陵 杜衛平

(1.東華大學紡織學院，上海，201620; 2.常州三毛紡織集團有限公司，常州，213004;3.上海紡織集團有限公司技術中心，上海，200336)

消防員化學防護服面料用涂層織物的研究

徐田慧1郭榮如2陳旭煒1李毓陵1杜衛平3

(1.東華大學紡織學院，上海，201620; 2.常州三毛紡織集團有限公司，常州，213004;3.上海紡織集團有限公司技術中心，上海，200336)

化學防護服是消防員進入化學毒劑和化學危險物品和腐蝕性物品火災或事故現場進行滅火戰斗時必須穿著的個人防護裝備。選擇聚四氟乙烯(PTFE)薄膜在聚苯硫醚(PPS)織物表面覆膜，以求涂層后織物達到一定的耐化學品滲透性能。先將混有硅烷偶聯劑的PTFE乳液處理PPS織物表面，并形成一層牢固的高分子改性膜;進而將PTFE薄膜覆在改性后PPS織物表面，進行熱壓復合;最后按照GA 770—2008標準對外層面料要求，測試涂層織物的基本力學性能以及阻燃性。耐化學品滲透試驗按照EN 374標準進行。測試結果表明，涂層織物的阻燃測試和耐化學品滲透性能均符合GA 770—2008標準的要求。

化學防護服，涂層，聚苯硫醚織物，聚四氟乙烯薄膜，硅烷偶聯劑，耐化學品滲透

聚苯硫醚(PPS)纖維具有優異的耐化學腐蝕性(200℃下無溶劑可溶)、阻燃(LOI≥35)、耐輻射(GY≥1×107)和良好的機械性能及優良的電絕緣性能等特點［1］。在國外PPS被廣泛用于防腐材料，我國過去主要用作吸塵器用袋濾器等工業原料，現在主要將PPS用于防腐蝕涂料，而在防護服領域卻較少用到。鑒于PPS本身優異的性能，考慮將PPS織物用作化學防護服面料的基布。按照GA 770—2008［2］對化學防護服外層面料的要求，化學防護服外層面料除了應具備一定基本力學性能外，還應有一定的耐化學品滲透性及阻燃性。

張抗震［3］研究得出PPS織物的拉伸、撕裂等基本性能均符合GA 770—2008的要求，因此本文旨在此基礎上為PPS織物做涂層，以達到一定的耐化學品滲透性能。

1 PPS織物的織造

(1)織物組織選擇1/2斜紋組織。

(2)織物緊度。織物緊度是指織物的緊密程度，即織物中紗線的投影面積與織物的全部面積之比。因此設計織物時需要在其強力和面密度達到防化服標準要求的基礎上，需要選擇較小的緊度。同時，根據《棉織手冊》(上)中本色棉布代表性品種對Ej和Ew上下界的要求［4］，并參照卡其的參數，選擇 Ej=80%，Ew=40%試織［3］，所得織物參數如表1所示。

表1 PPS織物參數

2 防化服外層面料性能要求

本課題主要研究PPS織物作為化學防護服外層面料基布的應用。化學防護服對面料性能測試的核心指標是測試防化服是否具有阻隔有害化學物質的能力，以及是否達到一定的基本力學性能等。阻隔有害化學物質包括抗穿透以及耐化學品滲透能力。化學穿透既與防護服材料的結構、纖維與紗線之間的空隙、材料與液體之間的親和性等有關，也和服裝的結構設計、接縫密封方式、輔料的性能有密切的關系［5］。

高等級化學防護服則需要測試其滲透性。滲透過程是指化學物質在防護服材料中溶解或化學物質以分子運動的方式穿透防護服材料的過程［6］。化學防護服的外層面料通由高分子聚合物材料或膜材料構成的，聚合物運動單元的多重性及高聚物的蠕變性使聚合物本質上是可滲透的，化學防護服滲透性取決于透過物的種類、聚合物的結構以及聚合物與透過物的相互作用［7］。除此之外，化學防護服外層面料還需具有阻燃性。

化學防護服的防滲透性能常以穿透時間和滲透率表示。穿透時間是指測試化學品分子從防護材料的一側滲透到另一測的時間。防護材料對不同化學物質的耐滲透性能不同，當一種化學物質對防護材料的穿透時間超過某一時間限度時，則認為防護服材料對該種化學物質的抗滲透性能是合格的。滲透率表示在單位時間內單位面積的防護材料上化學物質的滲透量。影響滲透率的因素很多，如化學物質的濃度、防護服材料的厚度、環境溫濕度以及化學物質的壓力等［8］。

因此，為滿足防化服外層面料要求，要對PPS織物表面進行涂層，以達到耐化學品滲透性能。聚四氟乙烯(PTFE)薄膜耐酸堿性能優異，由此選擇PTFE薄膜在PPS織物表面覆膜。由于PTFE和PPS的惰性均非常大，因此，找出能使得PTFE薄膜附著在PPS織物表面的偶聯劑配方是本課題第一大難點。通過與南京中材科技股份有限公司合作，經反復試驗，得到了較好的成果，即找到了合適的配方，使得PTFE薄膜能較好的附著在PPS織物表面。

3 PPS織物與PTFE薄膜復合

復合有兩種方法，一種是膠合，即在基布表面涂覆一層膠，并通過膠將薄膜與基布粘結起來，這種方法的缺點是涂層織物過于厚重，而防護服外層面料講究輕薄。本課題采用第二種復合方法，即熱壓復合。國內常用PPS針刺氈與PTFE薄膜復合，因PPS針刺氈表面毛羽豐厚，經過燒毛處理后，表面的端點比較多，通過整理后容易和PTFE薄膜粘結牢固。而本課題用的PPS織物較薄，毛羽稀疏，熱壓復合時易熔融變性。因此需要用到偶聯劑。本課題選擇硅烷偶聯劑作為粘接劑。

硅烷偶聯劑是一類在分子中同時具有2種不同的性質基團(可水解基團和非水解基團)的有機硅化合物。由美國聯合碳化合物公司和道康寧公司在上世紀40年代首先開發。隨著工業發展，硅烷偶聯劑獨特的性能得到顯著的改性效果，其新品種也越來越多的問世，使得其應用領域日益擴大［9］。目前，硅烷偶聯劑已成為有機硅工業的一個重要的分支。

3.1 PTFE薄膜與PPS織物粘接配方

PTFE薄膜惰性大，難以熔融，且表面難粘性強，而PPS惰性也非常大，O—S鍵能非常大，性能穩定，因此覆膜前需要對PPS織物表面進行改性。

選用硅烷偶聯劑KH550和PTFE乳液這兩種改性劑組分，通過一定比例混合，并在均勻涂覆在PPS織物表面，經過浸漬，壓軋，烘焙等工藝，在PPS織物表面形成一層均勻牢固的高分子改性膜。硅烷偶聯劑KH550作為“橋梁”將PTFE乳液和PPS織物表面連接起來。

280℃下，將PTFE薄膜與PPS織物熱壓復合，在此溫度下PPS織物表面上已經包覆的高分子改性膜發生熔融，PTFE薄膜與改高分子改性膜在高溫下發生分子之間的纏結并伴隨著分子轉移，最終達到PTFE、PPS兩種界面的高溫熱壓復合。

PTFE薄膜較好的與PPS織物粘接在一起，分別由配方A和配方B處理的涂層織物形態如圖1和圖2所示。

3.2 粘接機理分析

KH550溶入一定量的乙醇中，水解形成硅醇鍵，為PTFE的氟原子提供氨基，并與之形成氫鍵。

(1)PPS纖維在高溫下氧化分子末端會形成—SH鍵，Si—O—H鍵是能和SH鍵反應形成Si—O—S的。高溫下氧化也會產生斷鏈，生成更多的SH鍵反應。

圖2 配方B處理的涂層織物

(2)PTFE在高溫下是可以軟化的。因為PPS織物表面上的高分子膜上已經有PTFE在上面了，PTFE薄膜和已經在PPS表面的PTFE是同種物質，在高溫壓力下容易結合在一起。

3.3 薄膜粘接強度測試

由于PPS織物的強力遠遠大于PTFE薄膜的強力，因此考慮采用滲水性測試儀間接測試薄膜的粘接強度，即將涂層織物的覆膜面向上，在水壓下觀察涂層織物表面的變化，如果薄膜與布面發生分離，產生氣泡，則說明在一定水壓下涂層覆膜出現分離破壞。測試采用YG825E型數字式滲水性測試儀，分別在水壓1547 Pa和最大水壓2 793 Pa下觀察涂層織物表面。圖3和圖4分別是試樣在滲水儀測試中和測試完畢從儀器移開后的圖片，可以看出薄膜與織物表面之間并無氣泡產生，薄膜仍然與織物表面緊貼，因此得出結論，即粘接強度較合適。

圖3 2 793 Pa水壓時試樣狀態

圖4 滲水測試后試樣表面狀態

3.4 耐化學品滲透測試

由于難以獲得GA 770—2008要求的測試耐化學品滲透的儀器，因此采用 EN 374-3—2003［10］測試織物的耐化學品滲透性，表2列出了測試化學品表。

表2 測試化學品列表

表3和表4分別是分別經兩種配方A和B處理的涂層織物的耐酸堿滲透性能測試數據列表，其中試樣1是指經配方A處理的涂層織物，試樣2是指經配方B處理的涂層織物。

表3 96%硫酸測試涂層織物滲透性

結果分析:試樣1在4 min時，硫酸傳輸速率為0.676 ＜0.7 μs/cm(滲透速率為 1 μg/(cm2·min)，在5 min時硫酸傳輸速率達到4.572 ＞0.7 μs/cm，穿透低于10 min，因此配方A處理的試樣即試樣1耐96%硫酸滲透等級為0級。試樣2在11 min時硫酸傳輸速率達到 0.681 ＜ 0.7 μs/cm，在第12 min時達到2.79 ＞ 0.7 μs/cm，穿透時間大于10 min，因此配方B處理的試樣即試樣2耐96%硫酸滲透等級為1級。

由此可以看出，配方B處理后的涂層織物的耐96%硫酸滲透性能比經配方A處理的涂層織物的滲透性要好。經配方A處理的涂層織物的耐96%硫酸滲透的等級為0級，即沒有達到標準。

表4 40%NAOH測試涂層織物耐滲透性

結果分析:試樣2在8 min硫酸傳輸速率達到3.06 ＞1.8 μs/cm(滲透速率為1 μg/(cm2·min)，穿透低于10 min，因此配方A處理的試樣即試樣1耐40%強氧化鈉滲透等級為0級。試樣2在14 min時硫酸傳輸速率達到 1.868 ＞ 1.8 μs/cm(滲透速率為 1 μg/(cm2·min)，穿透大于 10 min，因此配方B處理的試樣即試樣2耐40%氫氧化鈉滲透等級為1級。

3.5 燃燒性能測試

采用YG815垂直法燃燒織物性能測試儀器，執行標準GA 770—2008中的試驗方法，測定阻燃織物的損毀長度、續燃時間和陰燃時間。燃燒性能測試值見表5，燃燒后織物形態見圖5和圖6。

試驗結果分析:

(1)織物的續燃時間和陰燃時間均為0 s，均符合GA 770—2008的要求，同時在燃燒過程中沒有熔滴現象。

表5 試樣的燃燒性能

圖5 配方A處理的涂層織物的燃燒后狀態

圖6 配方B處理的涂層織物的燃燒后狀態

(2)試樣的損毀長度小于GA 770—2008要求的損毀長度，其中，配方B處理后的涂層織物的損毀長度明顯比配方A的小，因此可以看出配方B處理的后的涂層織物的阻燃性較好。

4 結論

(1)偶聯劑配方B能使的PTFE薄膜較好的與PPS織物表面貼合。經反面滲水性測試間接測試薄膜粘接強度，粘接強度較好。

(2)配方B涂層織物的耐化學品滲透符合EN 374要求，阻燃性則符合GA 770—2008的要求。

［1］陳運能.新型紡織原料［M］.北京:中國紡織出版社，1998.

［2］徐蘭娣.GA 770—2008，消防員化學防護服裝［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［3］張抗震.聚苯硫醚(PPS)用于防化服外層面料的產品開發［D］.東華大學，2011:13-44.

［4］高衛東.棉織手冊(3版)［M］.北京:中國紡織出版社，2006.

［5］金郡潮.解析消防防化服防護性能的重要指標—穿透性和滲透性［J］.中國個體防護裝備，2005(6):26-28.

［6］崔雪梅.化學防護服綜述［J］.中國個體防護裝備，2004(1):28-30.

［7］陳緒煌，李純清.聚丙烯/丁基橡膠共混體系對溶劑阻隔性的研究［J］.塑料科技，2006，34(4):42-44.

［8］朱華.工業用化學防護服概述［J］.上海紡織科技，2007(11):1-9.

［9］張旭華.新型硅烷偶聯劑的合成與應用［D］.南昌大學，2008.

［10］CEN.BS EN 374-3—2003 standard on protective gloves against chemicals and micro-organisms［S］.European Standard，2003(9).

Research and development on the coated fabric based on thefabrics of fibrefighter’chemical protective clothing

Xu Tianhui1，Guo Rongru2，Chen Xuwei1，Li Yuling1，Du Weiping3
(1.College of Textiles，Donghua University; 2.Changzhou No.3 Worsted Textile Group Go.，Ltd.;3.Shanghai Textile Group Co，Ltd.)

Chemical protective clothing is a kind of clothes which the firefighter must put on when they approach to the scene of the fire or accidents，in order to protect people from chemical agent or corrosive things.This topic is mainly about the research on the coating fabric of PPS，in order to obtain the ability of resistance to permeation by chemical.PTFE emulsion mixed with silane coupling agent is used to process the surface of PPS fabrics，and a layer of polymer modification membrane is formed.After that，PTFE film is hot-pressed on the surface of modified PPS fabrics.According to the requirements of GA 770—2008，the basic mechanical properties of the coating fabric have been tested，as well as flame retardancy.EN 374 is used for the determination of resistance to permeation by chemical.The results of flame retardant and resistance to permeation meet the requirements of GA 770—2008.

chemical protective clothing，coating，PPS fabric，PTFE film，silane coupling agent，resistance to permeation by chemical

TS106.6

A

1004－7093(2012)04－0033－05

2012－01－11

徐田慧，女，1987年生，在讀碩士研究生。主要研究方向為消防化學防護服面料用涂層聚苯硫醚織物。

陳旭煒，E-mail:cxw@dhu.edu.cn