消防服外層用阻燃織物的防護性能探討

朱超俊

上海伊貝納紡織品有限公司，上海 201514

消防服外層用阻燃織物的防護性能探討

朱超俊

上海伊貝納紡織品有限公司，上海 201514

對消防服外層用Nomex?111A面料、 PI面料、 PI/Kevlar?混紡面料及PBI/Kevlar混紡面料等的阻燃性能和熱防護性能進行測試，并就它們在極限氧指數、垂直燃燒、高溫燃燒及熱防護性能測試中的測試值進行對比，分析這些面料用于消防服外層的優勢與缺陷。

消防服外層面料，阻燃性能，熱防護性能

消防服用面料必須具備阻燃和耐高溫等功能。GA 10—2014《消防員滅火防護服》標準中規定，防護服的外層面料經過25次洗滌后，燃燒損毀長度不應大于100 mm，續燃時間不應大于2 s，且不應有熔融、滴落現象；經(260±5) ℃的高溫熱穩定性能試驗后，被測面料沿經、緯向的尺寸變化率不應大于10%，表面應無明顯變化。

近年，市場上出現了許多在性能方面符合消防服用外層面料的高性能阻燃纖維材料，如間位芳綸(Nomex?纖維)、對位芳綸(Kevlar?纖維)、聚酰亞胺(PI)纖維、 聚苯并咪唑(PBI)纖維、芳砜綸等。本文選取了四組面料(表1)進行阻燃性能和熱防護性能測試，以對比這些纖維材料及其混紡面料的阻燃性能和熱防護性能。

表1 四組面料及規格

1 纖維介紹

1.1 Nomex 111A纖維

Nomex 111A纖維是由質量分數為93%的Nomex 纖維、質量分數為5%的Kevlar 纖維和質量分數為2%的抗靜電纖維混合而成的，其具有卓越的阻燃隔熱性能。Nomex 111A纖維的極限氧指數高于28%，由其制成的面料在約380 ℃時會急劇收縮并膨脹碳化，在熱源和人體皮膚之間形成一層碳防護層，使熱源或火焰的危害減至最低。Nomex 111A纖維在高溫或火焰中不會熔化，也不會形成熔滴，脫離火源時會自行熄滅。

1.2 PI纖維

PI纖維是以酰亞胺環(—CO—N—CO—)為結構特征的高性能聚合物材料，其具有極好的耐溫性及優異的力學、絕緣、耐溶劑等性能。PI纖維極限氧指數可高達38%，可在260 ℃的高溫下長期穩定使用，其熱分解溫度在500 ℃以上，且熱膨脹系數極低，在火焰中幾乎不膨脹，且無熔滴現象。

1.3 Kevlar纖維

對位芳綸即聚對苯二甲酰對苯二胺纖維。Kevlar是美國杜邦公司生產的對位芳綸的商品名，其具有優異的強度和極高的模量，單紗強度可達26.5～29.6 cN/dtex，是相同線密度鋼纖維的5倍，常被用于生產防彈衣。Kevlar纖維的極限氧指數為29%，具有極好的耐高溫和熱穩定性能，在430 ℃左右碳化，在火焰中熱收縮非常小，且無熔滴現象。

1.4 PBI纖維

PBI纖維是一種雜環高分子耐熱纖維，其大分子主鏈上含有苯并咪唑撐，全稱為聚-2,2’-間苯撐-5,5’-雙苯并咪唑，具有阻燃性、尺寸熱穩定性、高溫下耐化學穩定性及穿著舒適性等。PBI纖維的極限氧指數可高達36%～41%，燃燒時不熔融、不收縮或很少收縮，脫離火源后會立即自熄。 此外，PBI纖維的吸濕率可達13%～15%，較高的吸濕性和柔軟的手感使得由其制成的織物具有良好的穿著舒適性和紡織加工性能。

2 阻燃性能和熱防護性能測試

2.1 極限氧指數測試

極限氧指數(LOI)是指在氮氣和氧氣的混合氣體中，燃燒物持續燃燒所需要的最低的含氧量體積百分數，是表示材料燃燒難易程度的一項評價指標。LOI值越高，則面料的阻燃性能越好。本文分別就Nomex 111A面料、PI面料、PI/Kevlar混紡面料及PBI/Kevlar混紡面料的LOI值進行了測試，對比了四組面料的阻燃性能(表2)。

表2 四組面料的LOI值

2.2 垂直燃燒法測試

垂直燃燒法適用于有阻燃要求的織物阻燃性能的測定。測試過程中被測面料先垂直放置，其上端由試樣夾夾持，自由端暴露于規定的氣體火焰上方，測定面料在火焰中燃燒12 s后的續燃時間(即有焰燃燒時間)、陰燃時間(即無焰燃燒時間)及損毀長度。四組面料的垂直燃燒法測試結果見表3。

表3 四組面料的垂直燃燒法測試結果

2.3 高溫燃燒測試

高溫燃燒試驗測試織物在不同溫度的空氣環境中的自燃狀況。試驗步驟：將烘箱升溫至試驗溫度后，保溫30 s，再分別放入四組測試面料，保溫24 s后，觀察面料在此溫度下有無發生自燃，并記錄面料的自燃溫度。測試所得四組面料的自燃溫度歸納于表4。

表4 四組面料的自燃溫度

2.4 熱防護性能測試

熱防護性能(Thermal Protective Performance)是指透過織物引起人體二度燒傷的熱能值，即TPP值。熱防護性能測試儀由傳導熱源和輻射熱源組成，它將材料的熱防護性能和人體皮膚的熱感受聯系起來，為服裝的熱防護效果建立了更為客觀的評價體系。所以，TPP值是評價面料熱防護性能的一項重要技術指標。TPP值越高，面料的熱防護性能越強。試驗測得四組面料的TPP值歸納于表5。

表5 四組面料的TPP值

3 結論

(1) 在極限氧指數測試中，PBI/Kevlar混紡面料的LOI值最高；

(2) 在垂直燃燒法測試中，PI面料、PI/Kevlar混紡面料、PBI/Kevlar混紡面料的續燃時間、陰燃時間和損毀長度接近，它們均具有優良的阻燃性能；

(3) 在高溫燃燒測試中，四組面料在一定高溫情況下均能發生自燃，所以在消防救援中均應避免長時間接近火焰，其中PBI/Kevlar混紡面料的自燃溫度最高；

(4) 在熱防護性能測試中，Nomex 111A面料的TPP值最高，其具有最好的熱防護性能。

Discussion on protective property of FR-textiles for firefighters’ outer

ZhuChaojun

IBENA Shanghai Technical Textiles Co., Ltd., Shanghai 201514, China

The flame-resistance property and thermal protective performance of firefighters’ outer fabrics, which were Nomex?111A fabric, PI fabric, PI/Kevlar?blending fabric and PBI/Kevlar blending fabric, were tested. And the values forLOItest, vertical buring test, high temperature combustion test and thermal protective performance test were compared to analyze the advantages and disadvantages of all fabrics for firefighters’ outer.

firefighter’s outer fabric, flame-resistance property, thermal protective performance

2016-04-20

朱超俊，男，1982年生，工程師，主要從事消防、工業阻燃防護面料的開發與研究工作

TS156

A

1004-7093(2016)09-0023-02