随着我国工业的快速发展,火灾频发,严重威胁着人民的生命财产安全,消防安全已引起越来越多的关注,消防人员的防护服须具有高的热防护性能以确保消防员人身安全。火灾救助环境是一个复杂、危险、较为封闭的空间,除烟尘、有毒气体外,还会造成人体伤害的因素包括对流热火焰、热辐射、熔融液滴、高温蒸汽等。为确保消防员能够在外界高温环境下灵活自如地施展救援工作,就要求消防服具备多样化功能:首先具有耐火阻燃,离火自熄,热稳定性优异,且不发生熔融滴落现象的功能;其次还要有透气、防渗透等舒适性功能,这是由于消防员在工作中会产生大量的汗水,面料需具有良好的吸湿快干性能才能保障其正常作业。因此,消防服的防火阻燃层、防水透湿层、隔热舒适层等功能要求,对纤维性能和织物提出了更高的要求。织物阻燃性测试方法主要有极限氧指数法、垂直法、45°倾斜法、烟浓度法等。
火灾救助现场最危险的环境就是高温危害,有效的热防护性能可以将外界的高温较为缓慢地传递到皮肤表层,使高温危害减小到最低。高温往往通过热对流、热传递和热辐射三种方式对人体造成危害,服装介于外界环境与人体皮肤之间,可以通过反射或吸收作用实现温度下降,从而达到热防护目的。表征服装与人体皮肤间温度下降情况的指标就是织物热防护性能。织物热防护性能测试的基本原理就是在织物一侧通定量热,另一侧测量达到皮肤烧伤所用时间。测试方法有热辐射和热对流混合作用防护性测试方法(TPP法)、热辐射防护性能测试方法(RPP 法)、人体模型仪测试法(燃烧假人测试法)等,其中燃烧假人法涉及计算机应用技术、服装工程、人机工效等多项领域的系统工程,能够全面表征服装的热防护性能,是未来测试方法的新趋势。目前,消防防护服装用纤维普遍使用的是间位芳纶,在受火时其织物固化、熔融、成炭从而形成保护层,且燃烧时生烟量小,在安全防护、环保过滤等领域得到了广泛的应用。
聚酰亚胺纤维导热系数低[300 oC 导热系数为0.03 W/(m·k)],阻燃性能好,具有优良的耐紫外、耐热氧化性能,可用于专业防护服,如森林防火服、消防战斗服以及化工、冶金、火力发电、地质、矿业和核工业等领域的专业防护服装。聚酰亚胺纤维的极限氧指数介于35~50,为自熄性材料,在高温火焰中不燃烧、不熔融,而且没有烟雾放出。聚酰亚胺织物高温碳化,发烟率低,损毁长度是主流消防服面料的1/5,利用聚酰亚胺纤维制备的防火服可极大地保障消防官兵的生命安全和提高其作战能力。
聚酰亚胺纤维与市场上常见的阻燃纤维的阻燃效果具有正面的相同效果,即聚酰亚胺纤维的加入,会明显提升诸如阻燃黏胶和阻燃锦纶的阻燃效果。阻燃黏胶与聚酰亚胺纤维混纺后,可大幅提升织物的阻燃特性,其损毁长度从黏胶的约50 mm 大幅降低到12 mm,这与芳纶及其混纺面料形成鲜明对比(表10-2)。
表10-2 聚酰亚胺织物的阻燃特性
将国产阻燃腈纶毯、国产阻燃涤纶毯、进口阻燃腈纶毯、国产阻燃黏胶与聚酰亚胺纤维混纺阻燃毯四种纺织品在同等条件下进行燃烧试验,燃烧时间2.8 s 时国产阻燃腈纶毯被烧穿;燃烧8 s 后前三种阻燃织物均被烧穿;再继续烧灼到18.2 s 后,由阻燃黏胶和聚酰亚胺纤维混纺的织物仍没有燃烧,而只是保留了烧灼痕迹,如图10-3 所示。从左到右依次是国产阻燃腈纶毯、国产阻燃涤纶毯、进口阻燃腈纶毯、国产阻燃黏胶与国产聚酰亚胺混纺阻燃毯(感谢毕慎平先生提供视频资料)。
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图10-3 几种阻燃织物不同燃烧时间下的燃烧试验
将阻燃锦纶、阻燃黏胶和聚酰亚胺纤维混纺,得到的织物的阻燃效果非常好,见表10-3,尤其在抗熔滴方面,聚酰亚胺纤维的作用是无法取代的。从这些直观的试验结果可见,聚酰亚胺纤维具有优越的阻燃特性,在特种服装及防护领域具有重要的应用前景。
表10-3 聚酰亚胺纤维与阻燃锦纶/阻燃黏胶织物的阻燃特性
(资料来源:付常俊博士)
目前,聚酰亚胺纤维已经在部分特殊领域得到应用,抓绒衣已经列装森林武警部队;通过原液染色可得到黑色的聚酰亚胺纤维,制备成头套,列装特警部队;与其他阻燃纤维混纺,研发的消防毯等也已得到应用 (图10-4)。
图10-4 森林武警部队列装的用聚酰亚胺纤维生产的抓绒衣及特警部队列装 的聚酰亚胺纤维头套、消防毯
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