新型消防服外層鍍鋁阻燃隔熱面料的研發及性能測試

(江蘇南緯悅達紡織研究院，鹽城，224007)

近年來，火災的頻繁發生使人們的生命財產安全和生活品質受到極大的威脅， 因此，滅火救援裝備的研發成為科研工作者研究的熱點。消防員隔熱防護服是用于消防員在滅火救援靠近火焰區受到強輻射熱侵害時穿著的防護服[1]。火災發生時的高溫酷熱環境對于消防員的防護服裝提出了更高的要求，應更加注重防護服裝的功能性和舒適性。在消防作業中，個體防護裝備的優劣直接影響著消防員作戰效率的高低，隔熱防護服為消防員的生命安全提供重要保障。目前，隔熱防護服主要有外層、隔熱層和舒適層三層復合而成。外層由鋁箔復合基布而成，鋁箔可以對襲來的高溫強輻射進行反射，阻止高溫熱量向里層透射，基布主要采用芳綸或玻璃纖維等阻燃面料，鋁箔與基布通過耐高溫膠熱壓復合，鋁箔基布復合面料作為外層具有較高的熱輻射反射率及優良的阻燃性；隔熱層主要采用芳綸非織造布或隔熱棉制作，以進一步阻擋熱量的傳遞；舒適層主要由芳綸與阻燃黏膠纖維混紡制成的面料制作，以保證消防員在滅火戰斗中身體的舒適性。隔熱消防服的外層面料作為高溫強輻射直接接觸的層面，其結構的設計與加工工藝對整體隔熱防護服的防護性能有直接影響。呂海榮等[2]對使用新型纖維材料研發阻燃防護服裝的主要工藝，包括各層面料的選擇、層次的搭配、參數的確定以及不同層次間的復合進行了分析。李利君等[3]論述了耐高溫阻燃防護服的面料情況，并對防護服的性能評價方法作了分析和探討。李紅燕等[4]研究了消防服用多層織物系統的阻燃性能及熱防護系數。曹永強等[5]用鋁箔、聚酯膜和芳綸基布復合制成消防員隔熱防護服外層面料，但是在實際生產過程中，鋁箔的復合工藝難度較大，既要考慮鋁箔的強力，又要考慮芳綸基布的強力。由于兩者的強力差異較大，故在復合過程中要選擇合適的張力控制才能保證復合后鋁箔面不致破損或不會出現褶皺現象；同時，在兩者復合過程中，鋁箔與芳綸基布接著膠料的選擇也是要考慮的問題，如接著強力和耐高溫性等。另外，鋁箔復合基布外層面料的穿著舒適性較差，這是由于鋁箔屬非柔性材料，復合在基布上后，整個外層面料手感僵硬，穿在身上時會使得消防員的滅火救援動作變得非常不靈活；而且鋁箔為非透氣性材料，消防員在戰斗過程中身體散發的汗液、水汽被阻隔在隔熱層及舒適層，會使得消防員產生悶濕感覺，從而極大地影響消防員的作戰效率。本文探討了在芳綸基布上進行鋁膠涂層來研發隔熱消防服外層面料，旨在為新型消防服用面料的設計與加工提供參考。

1 試驗過程

1.1 材料與儀器

材料：芳綸1313面料(規格見表1)，油性聚氨酯(高鼎精細化工〔昆山〕有限公司)，接著劑(高鼎精細化工〔昆山〕有限公司)，環化磷酸酯阻燃劑(遠瑞寶業股份有限公司)，丁酮(韓國進口)，鋁粉，鋼輥，燒杯，玻璃棒。

儀器：GS-3131型電熱鼓風干燥箱(新蕥檢測儀器有限公司)，LLY-07A型垂直法阻燃性能測試儀(萊州市電子儀器有限公司)，LFY-607A型熱防護性能測試儀(山東省紡織科學研究院)。

表1 芳綸1313面料規格

1.2 鋁膠涂層面料的制備

1.2.1 鋁膠A工藝配方

油性聚氨酯：100%

接著劑：0%～10%

環化磷酸酯阻燃劑：0%～20%

丁酮：0%～30%

鋁粉：0%～5%

1.2.2 鋁膠B工藝配方

油性聚氨酯：100%

接著劑：0%～10%

環化磷酸酯阻燃劑：0%～20%

丁酮：0%～50%

鋁粉：5%～10%

1.2.3 芳綸1313基布涂層工藝

(1)將配制好的鋁膠A倒在芳綸1313面料上，用規定號鋼輥(控制濕涂布量)刮涂于芳綸1313面料表面。

(2)將涂層好的芳綸1313面料放置于100 ℃的電熱鼓風干燥箱中烘干3 min，然后將溫度升高至150 ℃放置10 min，將其取出準備第二次涂層。

(3)將配制好的鋁膠B倒在上述第一次鋁膠A涂層表面，用規定號鋼輥(控制濕涂布量)進行第二次刮涂。

(4)將第二次涂層好的芳綸1313面料放置于100 ℃的電熱鼓風干燥箱中烘干3 min，然后將溫度升高至150 ℃放置10 min，將其取出，即完成消防員隔熱防護服外層面料的制作。

1.3 性能測試

1.3.1 垂直燃燒試驗

采用LLY-07A型垂直法阻燃性能測試儀測定阻燃紡織品的損毀長度、續然時間、陰燃時間及熔融滴落現象。適用于GB/T 5455、GB/T 13488、ISO 1210、ASTM D6413、CFR 1615/1616等標準。依據GB/T 5455—1997《紡織品 燃燒性能試驗 垂直法》[6]進行試驗，測量損毀長度，記錄續然時間和陰燃時間，并觀察有無熔融滴落現象。

1.3.2 熱防護性能試驗

采用LFY-607A型熱防護性能測試儀測定單層或多層阻燃材料的熱防護系數(TPP)，TPP值越大表明熱防護性能越好。適用于GB 8965.1—2009、ISO 17492:2003、NFPA 2112、NFPA 1971等標準，依據GB 8965.1—2009《防護服裝 阻燃防護 第1部分：阻燃服》[7]附錄A熱防護性能試驗方法進行測試。根據計算機界面的溫度采集曲線和人體二級燒傷曲線的相交點，可讀出二級燒傷的時間及TPP值。

TPP=Ft

(1)

式中：TPP——熱防護系數，kW·s/m2；

F——暴露熱通量，kW/m2；

t——導致燒傷的時間，s。

取3塊試樣的平均值為計算結果。

2 結果分析

2.1 垂直燃燒試驗

芳綸1313面料與涂鋁膠芳綸1313面料的垂直燃燒試驗數據如表2所示。

從表2可以看出，芳綸1313面料與涂鋁膠芳綸1313面料的垂直燃燒試驗結果均符合GA 634—2006標準要求；涂鋁膠芳綸1313面料的損毀長度小于芳綸1313面料，其損毀長度減小了16 mm，這是因為涂鋁膠芳綸1313面料在燃燒過程中，鋁膠能夠有效地阻止芳綸面料的燃燒，而且在鋁膠配方中加有阻燃劑，芳綸1313面料自身具有阻燃性，鋁膠涂層于芳綸1313面料上，面料的厚度增加，這也提高了面料的阻燃性能。涂鋁膠之后其續然、陰燃時間均為0 s，也無熔融滴落現象，故涂鋁膠芳綸1313面料能夠滿足消防員隔熱服外層面料的阻燃性能要求。

表2 垂直燃燒試驗數據

2.2 熱防護性能試驗

芳綸1313面料與涂鋁膠芳綸1313面料的熱防護性能試驗數據如表3所示。

表3 熱防護性能試驗數據

從表3可以看出，涂鋁膠芳綸1313面料的TPP值、量熱器升溫及相交時間均大于芳綸1313面料，芳綸1313面料涂鋁膠后的TPP值較涂層前提高了371.9 kW·s/m2，涂鋁膠芳綸1313面料的熱防護性能好于芳綸1313面料。這是因為芳綸1313面料涂鋁膠后，表面的鋁層可以很好地反射高溫熱量；同時，由于涂層后面料的厚度增加，涂鋁層也可以很好地保護基布芳綸面料免遭熱輻射和對流熱源的破壞。所以涂鋁膠芳綸1313面料的熱防護性能較好，能夠滿足消防員隔熱服外層面料的熱防護性能要求。

3 結語

配制鋁膠涂于芳綸1313面料上，對涂鋁膠后芳綸1313面料進行垂直燃燒試驗和熱防護性能試驗，分別測試其損毀長度、續然時間、陰燃時間、熔融滴落現象、熱防護系數、量熱器升溫及相交時間等指標，得出以下結論：

(1) 涂鋁膠芳綸1313面料的損毀長度明顯小于芳綸1313面料，芳綸1313面料經過鋁膠涂層后阻燃性能提高；

(2)涂鋁膠芳綸1313面料的熱防護系數、量熱器升溫及相交時間均大于芳綸1313面料，芳綸1313面料經過鋁膠涂層后熱防護性能和隔熱性能大大提高；

(3)涂鋁膠芳綸1313面料可以用于消防員隔熱服外層面料，其制作工藝過程簡單，同時能滿足穿著舒適等要求。

[1] 中華人民共和國公安部.GA 634—2006 消防員隔熱防護服[S].北京：中國標準出版社,2006.

[2] 呂海榮,楊彩云.新型阻燃防護服的研發及其性能測試[J].科學研究,2008(6):13-16.

[3] 李利君,李風.耐高溫阻燃防護服研究進展[J].消防技術與產品信息,2009(4):12-15.

[4] 李紅燕,張渭源.消防服用織物的阻燃性能及其TPP值[J].紡織學報,2008,26(4):520-525.

[5] 曹永強,柳素燕.新型消防員隔熱防護服外層面料結構及加工[J].防護裝備技術研究,2011(1):9-10.

[6] 國家技術監督局.GB/T 5455—1997 紡織品 燃燒性能試驗 垂直法[S].北京：中國標準出版社,1997.

[7] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 8965.1—2009 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.