阻燃防護織物熱防護性能與熱濕舒適性能的評價研究

李 杰，狄宏靜，趙 越，王海廣

（江蘇省紡織產品質量監督檢驗研究院，江蘇 南京 210007）

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

紡織品阻燃性能測試一直是國內各檢測機構在紡織品功能性檢測方面研究的熱點。研究方向主要歸結在兩個方面：一是紡織品阻燃性能測試方法的建立，主要從燃燒機理出發，盡可能高度模擬燃燒的實際情況，側重方法的科學性、可操作性和穩定性；二是相關阻燃防護用品產品標準的研究，主要從使用環境需求和防護熱源的形式出發，要求滿足熱防護的基本需求，側重指標的科學性、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性能的TPP法（熱對流和熱輻射混合作用下的防護性能測試）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。本課題從阻燃防護服的產品標準出發，重點研究熱防護性能和熱濕舒適性能兩方面關鍵功能指標，特別是以高性能阻燃面料為基礎，研究了多層組合試樣在不同參數條件下，阻燃防護性能測試的可行性。同時，將熱阻、濕阻、透氣性等指標作為熱濕舒適性能評價指標，探討其替代原產品標準中透濕量這一指標的可行性。

1 試驗材料

1.1 試驗面料的選擇

（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測試方法

1.2.1 克重

測試標準：GB/T 4669—2008《紡織品 機織物 單位長度質量和單位面積質量的測定》；試驗儀器：電子天平；試驗環境：（20±2）℃、（65±3）%相對濕度；試樣尺寸：10 cm×10 cm；重復次數：5 次，取其平均值，精確至0.01 g。

1.2.2 厚度

測試標準：GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》；試驗儀器：YG（B）141D 數字式織物厚度儀；試驗環境：（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處不同位置進行測量；重復次數：10 次，取其平均值，精確至0.01 mm。

1.2.3 織物密度

測試標準：GB/T 4668—1995《機織物密度的測定》；試驗儀器：織物密度鏡；試驗環境：（20±2）℃、（65±4）%相對濕度；重復次數：5 次，取其平均值，精確至1根/10 cm。

1.2.4 熱防護性能

測試標準：GB 8965.1—2009《防護服裝 阻燃防護第1部分：阻燃服》附錄A[1]；試驗設備：TPP熱防護指數測試儀。

1.2.5 熱濕舒適性能

測試標準：GB/T 11048—2018《紡織品 生理舒適性穩態條件下熱阻和濕阻的測定（蒸發熱板法）》；試驗設備：人體舒適度測試系統。

1.2.6 透氣性能

測試標準：GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》；試驗設備：織物透氣量儀。本研究所使用試驗面料的詳細信息如表1所示。

表1 面料基本信息

2 試驗結果及數據分析

2.1 材料組合方式

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

表2 織物系統組合方式

2.2 熱防護性能

織物系統熱防護性能測試結果見表3。從表3測試結果可知，組合織物系統的灼燒時間和TPP值均明顯高于阻燃織物本身，即組合試樣的熱防護性能明顯提高。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內部傳遞。

表3 織物系統熱防護性能測試結果

同時可見，偶數系統編號的組合試樣灼燒時間和TPP值，在織物系統厚度偏小的情況下，均高于奇數系統編號的試樣，即S2＞S1、S4＞S3、S6＞S5、S8＞S7，說明阻燃層材料的熱防護性能對整個織物系統的熱防護性能起到決定性的作用。隔熱層與防水透氣層的位置對織物系統整體熱防護性能基本沒影響，即S5≈S1、S6≈S2、S7≈S3、S8≈S4。這是由于在干態測試條件下，防水透氣層并未發揮防水作用，但真實燃燒環境中會有水滲入阻燃服內部。由于水的導熱性能很好，會加速熱量傳遞，導致TPP值下降，目前的測試方法并未涉及濕態測試條件，在后續的標準制修訂中應考慮。

2.3 熱濕舒適性能

阻燃防護服應該在具備較好熱防護性能的基礎上，同時具備較好的熱濕舒適性能，主要是當人體與防護服之間的微環境濕度過大時，不適感會限制人體的正常生理動作，導致行動遲緩，甚至休克，最后失去活動能力[2-3]。同時，水汽凝結在舒適層和中間層，也會導致熱傳遞加快，增大灼傷的可能性。現行阻燃服標準GB 8965.1—2009《防護服裝 阻燃防護 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。

織物系統熱濕舒適性能測試結果如表4所示。從表4結果可見，防水透氣層的透氣性能、熱阻、濕阻，對整個織物系統的熱濕舒適性能起到關鍵作用。其中，透氣性指標甚至可以代表織物系統的整體透氣性，即組合體整體的透氣性能主要由防水透氣層決定。透濕指數是評價材料透濕性能的無量綱指標，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。從測試結果看，PTFE膜與棉和黏膠材料的透濕性能相當，同時具備防水作用，是很好的防水透濕材料，可用于阻燃服的防水透濕層。該指標是材料的熱阻和濕阻比值乘以常數60，可以同時反映材料的熱阻和濕阻，不受材料厚度限制，能夠區分不同阻燃服的熱濕阻及透濕性能，可以用于評價其熱濕舒適性能[4]。

續表4

3 結語

熱防護性能和熱濕舒適性能是評價阻燃防護服性能最關鍵的兩個指標，通過多層不同功能面料組合的方式，可以兼顧兩種性能，更好地保護使用者的生命安全。阻燃層本身的熱防護性能對組合試樣的熱防護性能起到決定性作用，防水透氣層對織物熱濕舒適性能影響最大。考慮到阻燃防護服在向智能化方向發展，未來的熱防護服的防護性能測試還應向熱量監測、視頻監控、人體功效評價等方向發展。