聚乙烯纖維消防水帶（浮力水帶）夜光反光的探究

朱國營 陸忠躍

摘要：消防水帶是消防滅火救援及消防員技能訓練的必需裝備，隨著消防水帶使用領域越來越廣泛，輕量化、性能化成為消防水帶行業方向。本文對聚乙烯纖維消防水帶（浮力水帶）在編織過程中反光和夜光絲織入工藝進行設計，并將接頭和護套進行夜光和反光標進行設計，通過合理設計制造出工作壓力高、質量輕、高耐磨性、具有導向、操作方便、正確指揮的功能性消防水帶，試驗數據表明本研究對提高消防水帶產品質量、提高消防員滅火作戰效能有著重要意義。

關鍵詞：夜光反光消防水帶； 超高分子量聚乙烯纖維； 耐磨； 輕便： 功能性強

1 引言

在滅火前線，夜光反光消防水帶（以下簡稱水帶）是消防人員實施全天候滅火戰斗必要的武器，也是他們作戰訓練時最親密的伙伴之一，它承載著傳輸水或其他液態滅火藥劑到火場的艱巨任務。近年來，城市用地日趨緊張，促使高層建筑物向高空發展，隨著科學技術和現代工業的發展，高層建筑比比皆是。能不能有足夠的水壓不間斷地送到水槍陣地上，直接關系到火災撲救的成敗，這就要求水帶能夠承載高壓。在實際使用中，因水帶彎曲、擠壓、倒伏等因素，往往需要更高的壓力，當下夜晚經濟活動頻繁，夜間消防救援滅火工作對消防水帶的功能化提出了更高要求，消防指揮員能夠在夜間正確指揮就必須使用夜光反光消防水帶作為導向，指揮水槍控制和消滅火點，消防員夜間接頭水槍的連接必須快速，在地面或跌落的接頭必須馬上找到，以最快速度完成所有動作，第一時間滅火成功是關鍵。

筆者在消防隊伍調研中發現：十年前消防水帶設計工作壓力最大為2.0MPa，現在為4.0MPa，且成為普遍趨勢。隨著耐壓值升高，整根水帶的質量相應增加較多，質量過重會增加消防員的勞動強度，降低救援效能，甚至延誤滅火戰機，造成生命和財產的巨大損失。因此，本研究嘗試采用高強度、高模量的聚乙烯纖維材料，對相應的生產工藝進行創新，制造出高強度、高耐磨、質量輕的水帶產品。用該材料制造的水帶和喉管，由于重量輕已研發用于消防無人機、森林滅火、海上油井、水上飛行器的使用。

2 研究過程

2.1 經、緯線材料的選擇

傳統水帶的經緯線采用滌綸長絲及丙綸長絲，現對以下三種材料的性能進行比較（表1）

超高分子量聚乙烯纖維的強度是滌綸長絲的4倍，比重是滌綸長絲的70%，延伸率是滌綸長絲的50%，可見，同樣的設計工作壓力下，該纖維制造的水帶更輕便，它可以浮在水面上，且具備疏水性。采用該纖維作為經緯線的主編織線，具有強度高、質量輕、耐磨、防割、抗靜電、抗老化、抗紫外線、抗酸堿、抗蟲霉等優點。經過反復試驗，設計三種不同的工藝方案進行研究。

方案一：經、緯線全部采用超高分子量聚乙烯纖維，用平紋或斜紋的編織方式進行編織。

方案二：部分采用超高分子量聚乙烯纖維。經線中至少有一根由該纖維制成的紗線，緯線中至少有一根由該纖維制成的紗線，用平紋或斜紋的編織方式進行編織。

方案三：采用超高分子量聚乙烯纖維與其他纖維組成混合紗線。經線中至少有一根紗線為混合紗線，緯線中至少有一根紗線為混合紗線，混合紗線至少由一根超高分子量聚乙烯纖維單絲和至少一根滌綸單絲纏繞而成，繞向為“S”或“Z”向。

2.2 內襯里膠料的選擇

超高分子量聚乙烯纖維的軟化點低、熔點低，這對水帶的襯里制作提出了較高要求，襯里膠料必須與之相匹配，并通過熱熔膠復合的方式完成襯里與編織層的粘合。

2.3 外涂層的選擇

必要時，水帶外表面可增添一層耐磨、防滑、防霉的涂層。

3 試驗分析

3.1 試驗一

設計樣本：設計工作壓力2.5MPa、內徑φ65mm

經、緯線均采用超高分子量聚乙烯纖維，用平紋或斜紋編織方式，通過熱熔膠復合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長度質量為215-220 g/m，按照國標耐磨實驗要求進行測試，耐磨次數達150次。若在水帶外增加外涂層，經耐磨測試，耐磨次數達190次，具有防滑作用。

3.2 試驗二

設計樣本：設計工作壓力為2.5MPa、內徑φ80mm

經、緯線均采用超高分子量聚乙烯纖維，用平紋或斜紋編織方式，通過熱熔膠復合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長度質量為250-260 g/m，按照國標耐磨實驗要求進行測試，耐磨次數達150次。

3.3 試驗三

設計樣本：設計工作壓力2.5MPa、內徑φ65mm

經線中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線為200根，緯線中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線為2根、滌綸絲1根。經緯線中其余紗線均為滌綸長絲或滌綸紗，用平紋或斜紋編織方式，通過熱熔膠復合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長度質量為240-250 g/m，按照國標耐磨實驗要求進行測試，耐磨次數達150次。若在水帶外增加外涂層，經耐磨測試，耐磨次數達190次，具有防滑作用。

3.4 試驗四

設計樣本：設計工作壓力為2.5MPa、內徑φ80mm

經線中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線為250根，緯線中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線為3根，滌綸長絲1根。經緯線中其余紗線均為滌綸長絲或滌綸紗，用平紋或斜紋編織方式，通過熱熔膠復合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長度質量為280-290 g/m，按照國標耐磨實驗要求進行次數，耐磨次數達150次。若在水帶外增加外涂層，能夠明顯增強防滑作用。

3.5 試驗五

設計樣本：設計工作壓力為2.5MPa、內徑φ80mm

經線中有混合紗線250根，緯線中有混合紗線3根，經、緯線中其余紗線為滌綸長絲（滌綸紗），經、緯線中的混合紗線均由一根超高分子量聚乙烯纖維單絲和一根滌綸單絲“Z”向纏繞而成，用平紋或斜紋編織方式，過熱熔膠復合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長度質量為280-290 g/m，按照國標耐磨實驗要求進行次數，耐磨次數達到150次，按照國標耐磨實驗要求進行測試，耐磨次數達150次。若在水帶外增加外涂層，能夠明顯增強防滑作用。

3.6 對比試驗一

設計樣本：設計工作壓力2.5MPa、內徑φ65mm

經、緯線均采用滌綸長絲，用平紋或斜紋編織方式。其他處理和測試方法以及測試條件同【試驗一】，經測試，水帶單位長度質量為400-450 g/m，耐磨次數為115次。

3.7 對比試驗二

設計樣本：設計工作壓力2.5MPa、內徑φ80mm

經、緯線均采用滌綸長絲，用平紋或斜紋編織方式。其他處理和測試方法以及測試條件同【試驗二】，經測試，水帶單位長度質量為490-510 g/m，耐磨次數為118次。

4 安全性能設計分析

消防水帶織物層選用超高分子量聚乙烯纖維作為經緯線的主編織線，以設計工作壓力2.5MPa、內徑φ65mm的水帶為例進行安全性能校核計算。該樣本襯里結構及分布均勻，襯里層的彈性優于織物層，在水壓作用下，水帶各處所受壓力是均勻一致的。因此在設計時應考慮保護使用者的安全，要求水帶爆破時應斷緯，絕不能斷經。在消防水帶安全性能設計時，經線所承受的爆破壓力必須大于緯線的爆破壓力。

5 結論

一是更輕便，比傳統經緯線為滌綸長絲的水帶在總質量上減輕約50%。

二是除了質量輕外，設計工作壓力能達到5.0MPa以上，實現了輕便高壓的目標，增加夜光反光的功能，大大提高消防戰訓及實戰救援的能效。

三是按照國家標準《消防水帶》GB6246-2011中“耐磨性能”的試驗方法，新材料新工藝水帶產品的耐磨次數是傳統水帶的1.5倍，甚至更高。這樣能解決消防部隊反映的水帶不耐磨損，拖拉幾次就損壞的難題。

四是本研究的新材料雖然耐高溫性能差一點，但應用于消防水帶且使用介質進行滅火和降溫，因此對水帶的質量和使用沒有根本影響。

五是本研究的新材料雖然價格高于滌綸絲6-7倍，據初步試驗使用壽命是滌綸絲水帶的3-5倍，且重量輕等因素，綜合成本要低于滌綸絲水帶，安全性、穩定性、內外層匹配性能得到提高。

用超高分子量聚乙烯纖維制作的25-65型消防水帶，與傳統滌綸長絲水帶相比，水帶編織層總質量可減少50%，爆破試驗壓力提高15%，耐磨次數提高50%。并且具有夜光反光、防割、抗紫外線、抗酸堿、抗老化、抗蟲霉、抗靜電、延伸率低、疏水性等優點。在消防滅火救援、戰訓、無人機、消防船、森林滅火、海上油井等方面具有廣闊的應用前景。

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