阻燃防護(hù)織物熱防護(hù)性能與熱濕舒適性能的評(píng)價(jià)研究

李 杰，狄宏靜，趙 越，王海廣

（江蘇省紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210007）

阻燃防護(hù)服是指在接觸火焰或熾熱物體后，在一定時(shí)間內(nèi)能夠阻止本身被點(diǎn)燃、有焰燃燒和陰燃的防護(hù)服。高性能阻燃服一般包括阻燃外層、防水層、隔熱層和舒適內(nèi)層。阻燃外層要求對內(nèi)層和人體起到保護(hù)作用，為安全逃生提供足夠的時(shí)間；防水層用于避免在高溫環(huán)境下防護(hù)服外界的液態(tài)水滲入服裝后，使人體受到嚴(yán)重的燒傷；隔熱層要求具有較高的熱阻，可有效地阻止熱量以熱傳導(dǎo)、熱輻射的方式對人體造成傷害；舒適內(nèi)層為普通紡織品，可以與人體直接接觸。

紡織品阻燃性能測試一直是國內(nèi)各檢測機(jī)構(gòu)在紡織品功能性檢測方面研究的熱點(diǎn)。研究方向主要?dú)w結(jié)在兩個(gè)方面：一是紡織品阻燃性能測試方法的建立，主要從燃燒機(jī)理出發(fā)，盡可能高度模擬燃燒的實(shí)際情況，側(cè)重方法的科學(xué)性、可操作性和穩(wěn)定性；二是相關(guān)阻燃防護(hù)用品產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的研究，主要從使用環(huán)境需求和防護(hù)熱源的形式出發(fā)，要求滿足熱防護(hù)的基本需求，側(cè)重指標(biāo)的科學(xué)性、全面性和合理性。

通常，紡織品的阻燃性能主要包括垂直、水平、45°等燃燒法測試，但能夠反映綜合熱防護(hù)性能的TPP法（熱對流和熱輻射混合作用下的防護(hù)性能測試）卻較少使用，尤其是高溫高濕條件下的熱濕舒適性能更易被忽視。本課題從阻燃防護(hù)服的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，重點(diǎn)研究熱防護(hù)性能和熱濕舒適性能兩方面關(guān)鍵功能指標(biāo)，特別是以高性能阻燃面料為基礎(chǔ)，研究了多層組合試樣在不同參數(shù)條件下，阻燃防護(hù)性能測試的可行性。同時(shí)，將熱阻、濕阻、透氣性等指標(biāo)作為熱濕舒適性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，探討其替代原產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中透濕量這一指標(biāo)的可行性。

1 試驗(yàn)材料

1.1 試驗(yàn)面料的選擇

（1）阻燃層：普通芳綸面料、Nomex面料。

（2）防水隔熱層：PTFE+阻燃黏膠面料、阻燃黏膠+PTFE面料。

（3）舒適層：純棉面料、黏膠面料。

1.2 基本物理性能和功能性指標(biāo)測試方法

1.2.1 克重

測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 4669—2008《紡織品 機(jī)織物 單位長度質(zhì)量和單位面積質(zhì)量的測定》；試驗(yàn)儀器：電子天平；試驗(yàn)環(huán)境：（20±2）℃、（65±3）%相對濕度；試樣尺寸：10 cm×10 cm；重復(fù)次數(shù)：5 次，取其平均值，精確至0.01 g。

1.2.2 厚度

測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》；試驗(yàn)儀器：YG（B）141D 數(shù)字式織物厚度儀；試驗(yàn)環(huán)境：（20±2）℃、（65±4）%相對濕度；試樣尺寸：直徑大于壓腳 50 mm，且覆蓋壓腳后能取10處不同位置進(jìn)行測量；重復(fù)次數(shù)：10 次，取其平均值，精確至0.01 mm。

1.2.3 織物密度

測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 4668—1995《機(jī)織物密度的測定》；試驗(yàn)儀器：織物密度鏡；試驗(yàn)環(huán)境：（20±2）℃、（65±4）%相對濕度；重復(fù)次數(shù)：5 次，取其平均值，精確至1根/10 cm。

1.2.4 熱防護(hù)性能

測試標(biāo)準(zhǔn)：GB 8965.1—2009《防護(hù)服裝 阻燃防護(hù)第1部分：阻燃服》附錄A[1]；試驗(yàn)設(shè)備：TPP熱防護(hù)指數(shù)測試儀。

1.2.5 熱濕舒適性能

測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 11048—2018《紡織品 生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定（蒸發(fā)熱板法）》；試驗(yàn)設(shè)備：人體舒適度測試系統(tǒng)。

1.2.6 透氣性能

測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》；試驗(yàn)設(shè)備：織物透氣量儀。本研究所使用試驗(yàn)面料的詳細(xì)信息如表1所示。

表1 面料基本信息

2 試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.1 材料組合方式

上述6種面料經(jīng)全面組合得到8種不同的織物系統(tǒng)，記為 S1～S8，具體如表2所示。

表2 織物系統(tǒng)組合方式

2.2 熱防護(hù)性能

織物系統(tǒng)熱防護(hù)性能測試結(jié)果見表3。從表3測試結(jié)果可知，組合織物系統(tǒng)的灼燒時(shí)間和TPP值均明顯高于阻燃織物本身，即組合試樣的熱防護(hù)性能明顯提高。主要是由于隔熱層對熱量的傳遞有較好的阻斷作用，可延緩并阻止熱量向織物系統(tǒng)內(nèi)部傳遞。

表3 織物系統(tǒng)熱防護(hù)性能測試結(jié)果

同時(shí)可見，偶數(shù)系統(tǒng)編號(hào)的組合試樣灼燒時(shí)間和TPP值，在織物系統(tǒng)厚度偏小的情況下，均高于奇數(shù)系統(tǒng)編號(hào)的試樣，即S2＞S1、S4＞S3、S6＞S5、S8＞S7，說明阻燃層材料的熱防護(hù)性能對整個(gè)織物系統(tǒng)的熱防護(hù)性能起到?jīng)Q定性的作用。隔熱層與防水透氣層的位置對織物系統(tǒng)整體熱防護(hù)性能基本沒影響，即S5≈S1、S6≈S2、S7≈S3、S8≈S4。這是由于在干態(tài)測試條件下，防水透氣層并未發(fā)揮防水作用，但真實(shí)燃燒環(huán)境中會(huì)有水滲入阻燃服內(nèi)部。由于水的導(dǎo)熱性能很好，會(huì)加速熱量傳遞，導(dǎo)致TPP值下降，目前的測試方法并未涉及濕態(tài)測試條件，在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)制修訂中應(yīng)考慮。

2.3 熱濕舒適性能

阻燃防護(hù)服應(yīng)該在具備較好熱防護(hù)性能的基礎(chǔ)上，同時(shí)具備較好的熱濕舒適性能，主要是當(dāng)人體與防護(hù)服之間的微環(huán)境濕度過大時(shí)，不適感會(huì)限制人體的正常生理動(dòng)作，導(dǎo)致行動(dòng)遲緩，甚至休克，最后失去活動(dòng)能力[2-3]。同時(shí)，水汽凝結(jié)在舒適層和中間層，也會(huì)導(dǎo)致熱傳遞加快，增大灼傷的可能性。現(xiàn)行阻燃服標(biāo)準(zhǔn)GB 8965.1—2009《防護(hù)服裝 阻燃防護(hù) 第1部分：阻燃服》中有透濕量大于等于6 000 g/（m2·24 h）的要求，但由于組合試樣厚度過大，不適合測試。

織物系統(tǒng)熱濕舒適性能測試結(jié)果如表4所示。從表4結(jié)果可見，防水透氣層的透氣性能、熱阻、濕阻，對整個(gè)織物系統(tǒng)的熱濕舒適性能起到關(guān)鍵作用。其中，透氣性指標(biāo)甚至可以代表織物系統(tǒng)的整體透氣性，即組合體整體的透氣性能主要由防水透氣層決定。透濕指數(shù)是評(píng)價(jià)材料透濕性能的無量綱指標(biāo)，其值介于0～1，0意味著材料完全不透濕，1意味著材料與同樣厚度空氣層具有相同的熱阻和濕阻。從測試結(jié)果看，PTFE膜與棉和黏膠材料的透濕性能相當(dāng)，同時(shí)具備防水作用，是很好的防水透濕材料，可用于阻燃服的防水透濕層。該指標(biāo)是材料的熱阻和濕阻比值乘以常數(shù)60，可以同時(shí)反映材料的熱阻和濕阻，不受材料厚度限制，能夠區(qū)分不同阻燃服的熱濕阻及透濕性能，可以用于評(píng)價(jià)其熱濕舒適性能[4]。

續(xù)表4

3 結(jié)語

熱防護(hù)性能和熱濕舒適性能是評(píng)價(jià)阻燃防護(hù)服性能最關(guān)鍵的兩個(gè)指標(biāo)，通過多層不同功能面料組合的方式，可以兼顧兩種性能，更好地保護(hù)使用者的生命安全。阻燃層本身的熱防護(hù)性能對組合試樣的熱防護(hù)性能起到?jīng)Q定性作用，防水透氣層對織物熱濕舒適性能影響最大。考慮到阻燃防護(hù)服在向智能化方向發(fā)展，未來的熱防護(hù)服的防護(hù)性能測試還應(yīng)向熱量監(jiān)測、視頻監(jiān)控、人體功效評(píng)價(jià)等方向發(fā)展。