間位芳綸在石油防護工裝的應用

董洪君，丁連濤，朱傳濤

(煙臺泰和新材料股份有限公司，山東 煙臺 264006)

隨著我國國民經濟的發展，民眾安全意識的提高，間位芳綸的下游產品應用不斷拓展，其在個體防護領域，如石油工裝、防電弧服裝、森林警察、特警作訓服等領域已被廣泛應用[1]。本文擬對間位芳綸的特性做一簡要介紹，通過分析國內外防護工裝的應用現狀，以及芳綸石油工裝的制作流程，意在促進間位芳綸在我國個體防護領域，尤其是石油石化行業的應用及發展。

1 間位芳綸纖維的性能

間位芳綸，學名聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，具有優異的耐熱性、阻燃性、尺寸穩定性、電絕緣性和較好的機械性能，廣泛應用于工業、個體防護等領域[2]，具體表現在以下幾方面。

1.1 熱穩定性

間位芳綸最突出的特點是耐高溫，可在220℃高溫下長期使用而不老化，其電氣性能與機械性能可保持10年之久，而且尺寸穩定性極佳，在250℃左右的熱收縮率僅為1%，短時間暴露于300℃高溫中也不會收縮、脆化、軟化或者融熔，在超過370℃的溫度時才開始分解，400℃左右開始碳化。用它制作的防火服裝，短時間內能承受220℃高溫，并維持織物形狀，不發生融滴現象，而且在近400℃時會形成碳化層，有效阻隔高熱量傳遞。

1.2 阻燃性

材料在空氣中燃燒所需氧氣體積的百分比叫做極限氧指數，極限氧指數越大，其阻燃性能就越好。通常空氣中氧氣含量為21%，而間位芳綸的極限氧指數大于28%，屬于難燃纖維，所以不會在空氣中燃燒，也不助燃，具有自熄性。這種源于本身分子結構的固有特性使間位芳綸永久阻燃，因此有“防火纖維”之美稱。

1.3 電絕緣性

間位芳綸介電常數為1.1，遠小于美國國家標準委員會標準FI3-2004的介電常數1.6，固有的介電強度使其在高低溫、高濕條件下均能保持優良的電絕緣性，用其制備的絕緣紙耐擊穿電壓可達到10 kV/mm2，是全球公認的最佳絕緣材料之一。

1.4 化學穩定性

間位芳綸的化學結構異常穩定，可耐大多高濃無機酸及其它化學品的腐蝕和蒸汽腐蝕。

1.5 機械特性

間位芳綸是柔性高分子材料，低剛度高伸長特性使之具備與普通纖維相同的可紡性，可用常規紡機加工成各種織物或無紡布，而且耐磨抗撕裂，適用范圍十分廣泛。

1.6 耐輻射性

間位芳綸耐α、β、χ射線以及紫外光線輻射的性能十分優異。用50 kV的χ射線輻射100 h，其纖維強度仍保持原來的73%，而此時的滌綸則早已成了粉末。

2 間位芳綸在個體防護中的應用

2.1 間位芳綸與普通阻燃織物的比較

早期的阻燃紡織類產品大多為純化纖或者棉后整理產品，普遍存在手感粗硬、強力低、遇火熔滴等缺陷，在遇到火災時往往不能提供有效的保護，甚至會進一步傷害穿著者。阻燃棉布是在面料著火并續燃時，其附著的化學阻燃劑經高熱活化產生足夠的氣體以及化學自由基將火焰悶熄。在這個過程中會產生大量的煙、熱量以及熱焦油，這些高溫副產品會提高衣服與皮膚間的熱傳遞速度，產生的熔滴還會給人體皮膚帶來二次燙傷，導致更嚴重的后果。除此之外，阻燃處理的效果還會因為洗滌次數的增多而逐漸消退。

間位芳綸本身具有永久的阻燃性以及熱穩定性，無需化學處理就可以有效地阻燃。它遇火不燃燒、不發煙、不產生熔滴、不會造成燙傷。只有在超過370℃時才開始分解，此時纖維膨脹，布面增厚、形成特有的熱保護層，在突遇900～1500℃高溫時面料會迅速碳化并增厚，隔絕熱量的傳遞而不開裂，使穿著者能夠爭取到寶貴的時間逃離火場。另外利用間位芳綸良好的機械性能可制成消防服、作戰服、飛行服、爐前工作服、電焊服、電弧服等，用于消防、航空、航天、軍隊、石化、電氣、賽車等領域[3]。

2.2 國內石油工裝現狀

石油化工生產中使用的原材料以及制成品大多易燃、易爆、易腐蝕，生產過程伴有高溫、高壓及深冷，工藝操作連續化，化學反應復雜，生產設備繁多，易形成爆炸混合物，且生產中使用的電源、火源及其他熱源較多，故石油化工生產具有較大的火災及爆炸危險性。每天，燃料管理人員、管道工人、石油鉆井員工、工廠操作工、機械工，還有許多諸如此類的工作群體都暴露在爆燃發生的危險之中。采取相應的預防對策，做好防火工作，控制火災發生，減少火災損失，應成為消防安全工作的一項重要內容。在火災預防和發生時如何確保將人員傷亡降到最低，這就對石油工人的個體防護提出了更高的要求。

目前在國內油田中使用最為普遍的一般有純棉工作服、防靜電服、經阻燃處理的純棉或滌綸工作服，這些材料制成的工裝雖然成本較低但是有很多缺點。普通純棉工作服等同于日常服裝，不能起到爆燃的預防和防護作用。防靜電服可以對由電火花引發的爆燃起到預防作用，而經阻燃處理的純棉或滌綸工作服對爆燃有一定的防護作用，但這兩種服裝的防靜電性能和阻燃性能都會隨洗滌和穿著磨損而減弱，一旦被爆燃火焰點燃就會加重燒傷程度。

一般來說，石油工裝要求做到耐高溫、防火、防輻射、防靜電等。隨著研發技術的進步，功能纖維等高新材料不斷面世并且被應用到石油工裝領域，其中間位芳綸更是以其優越的防火阻燃性能越來越多地被用到石油工裝領域。

2.3 國外石油工裝現狀

目前，國外石油石化企業，對個體防護非常重視，一般都將間位芳綸阻燃工裝作為其日常工作服。美國杜邦公司最早在芳綸面料中引入3A概念，將含間位芳綸、對位芳綸和防靜電纖維一起應用到石油工裝領域。間位芳綸獨特的分子結構賦予了面料本身阻燃性和優異的熱防護性，防靜電纖維使面料本身具有防靜電性能，這些性能都不會因洗滌或穿著而削弱。經過長期的實踐，這種面料可以被廣泛運用于全球石油化工行業，可以大幅降低人員在爆燃過程中受到的傷害。

3 芳綸石油工裝

3.1 以芳綸為主的石油工裝面料

(1) 間位芳綸加對位芳綸加防靜電纖維：該面料永久阻燃，離開火源自熄，不熔滴，不收縮。

(2) 間位芳綸加阻燃粘膠加防靜電纖維：該面料永久阻燃，不熔滴，舒適性好。

(3)間位芳綸加氰氯綸加防靜電纖維：該面料永久阻燃，不熔滴，價位適中。

3.2 芳綸石油工裝的制作流程

芳綸石油服裝工藝流程：

間位芳綸纖維→紡紗→織造→剪裁→成品。

3.2.1纖維

石油工裝選用的間位芳綸纖維一般在1.43～2.2 dtex，長度38～85 mm。顏色一般有灰色、寶藍色、大紅色等。

影響纖維選擇的幾個因素：①纖維強度：纖維強度在0.041 cN/dtex以上，纖維強度越大，紡出的紗線強度也就越高。②纖維伸長：纖維斷裂伸長28%以上，斷裂伸長偏大一些，面料的撕破強力就越大。③成本因素：由于市場上纖維越細價格越高，所以綜合考慮市場上2.2 dtex×51 mm纖維應用較多。④紡紗工藝：不同的紡織設備選用不同長度的纖維，棉紡設備一般選擇的長度為38 mm或51 mm；毛紡設備一般選擇的長度為76 mm或85 mm，毛紡設備對纖維的纖度有要求，纖維不能太細，否則容易出現紗結。另外不同長度的纖維紡出的紗線強力不一樣，長度越長紡出的紗線強力就越高[4]。

3.2.2紡紗

目前石油工裝所用的紗線為19.4 tex×2左右，一般紗號需要根據面料克重來確定。克重大相對需要紗號越粗，反之亦然。紗線的條干要均勻，做出的面料才能平整光潔。

3.2.3織布

布料的克重在170～210 g/m2之間。布料的風格有平紋和斜紋兩種，現在以斜紋面料居多。布面要光潔平整，做拒油拒水處理。

面料指標每個公司要求不同，沒有行業標準，現在市場上普遍參考ISO EN 11612和GB8965.1—2009，一般參考B級標準[5](見表1)。

表1 阻燃面料標準

3.2.4剪裁

縫紉線一般選用19.4 tex×3、14.6 tex×3，尺寸根據客戶要求裁剪。

3.2.5成品要求

芳綸材料的成品工裝要求外觀整潔美觀、熨燙平整，要有足夠數量的口袋，留有標簽位置。服裝的防護性能除了面料選擇以外還受多方面因素影響，比如服裝的設計，使用的附件縫線、拉鏈、反光帶等等。設計方面應盡量多地遮蔽皮膚表面，比如不采用翻領設計等，以提高服裝整體的安全性，并建議采用阻燃縫紉線、拉鏈，以免服裝在遇到爆燃時由于附件燃燒使整件服裝破裂，使穿著者直接暴露于火焰中而起不到應有的防護作用。

3.3 芳綸工裝的穿著要求

穿著阻燃防護服還需要注意一些細節，例如要選擇尺碼合適并略微寬松的防護服，尺碼太小會極大地影響穿著的舒適性，并影響操作的靈活度。此外，穿著防護服時不要敞開領子，不要卷起袖管，防護服的油污要處理干凈等，以確保防護服能發揮最佳的作用。

4 發展建議

目前困擾芳綸等高性能纖維材料在國內石油工裝領域應用最大的問題是成本和標準，換句話說因為國內石油行業沒有相應的標準，并且受制于成本因素，相關企業沒有使用高性能產品的積極性。一件普通的棉后處理工裝，市場價格在100～200元，而一件芳綸產品的工裝市場價格約700～800元，所以巨大的價格差異，導致了市場應用的難度。

4.1 加快制定相關標準 推動市場應用

參考國外石油企業的防護標準，建立國內企業屬于自己的標準，需求與要求并行，為行業工人帶來更加全面的安全防護。

4.2 加強產品研發 降低成本

打破上游原材料的壟斷格局，降低采購成本。同時要求生產企業通過新產品開發，集約化生產，達到規模化效應，降低成本，減輕下游防護工裝企業推廣應用的壓力。

4.3 建立完善的產業鏈 加快技術創新合作

加強纖維的生產、紡紗、織布、染整、加工等產業鏈的合作關系，加快技術創新合作，提高防護工裝的性能指標。

5 結論

盡快提高國內產業工人防護水平，建立各種特殊行業的防護標準，最大限度地保護工人的健康，更好地保護生命財產安全，國內的產業工人才能最終享受到科技新材料帶來的更加安全、舒適的工作和生活環境。

參考文獻：

[1] 王祥彬，唐元冰.高性能纖維芳綸[J].濟南紡織化纖科技，2005, (2):31—32.

[2] 鄒振高，王西亭，施楣梧.間位芳綸技術現狀與進展[J].紡織導報，2006, (6):49—52.

[3] 王中平，宋翠艷，董旭海，等.國產間位芳綸在產業紡織品領域的應用[J].山東紡織科技，2010,(4):54—56.

[4] 何敏珠，畢景中，王學，等.間位芳綸低線密度紡紗技術的工藝優化研究[J].高科技纖維與應用，2010, (10):32—34.

[5] GB8965.1 《防護服裝 阻燃防護 第1部分：阻燃服》[S].北京：中國標準出版社.2009.