耐高温阻燃防护服的面料
耐高温阻燃防护服的面料
目前,国际上比较通用的耐高温阻燃防护服的结构由外及内主要分为三层: 阻燃外层、防水透气层和隔热层。下面就这三层所用的材料进行介绍。
2.1 阻燃外层
(1)芳香族聚酰胺纤维。芳香族聚酰胺纤维分为间苯二甲酰间苯二胺纤维(国外商品名为Nomex,国内商品名为芳纶1313)和对苯二甲酰间苯二胺纤维(国外商品名为Kevler,国内商品名为芳纶1414)。Nomex是目前全世界使用最普及的防护服材料,该防护服能有效地提供防护突发火灾所带来的危险,包括高温和火焰,这是因为Nomex是一种耐燃而且耐高温的纤维,遇火不融滴,也不助燃;另外Nomex防护服所提供的防护能力是永久的,不会因为洗涤或穿着而降低。
芳纶1313纤维是由酰胺桥键互相连接的芳基所构成的线型大分子。由于极强的氢键作用,使之结构稳定,具有优越的耐热性能以及优良的阻燃性能、耐化学性能与机械性能等特点[5]芳纶1313纤维在一般高温状态下能保持较高的强力,在177~200℃工作温度下,时间长达20 000 h仍能保持原强度的90%左右。在火焰中不燃,LOI(氧指数)值达到29~32。能耐大多数酸、碱、漂白剂和溶剂,断裂强度0.47 N/tex(1 tex=10-6kg/m)。总之,芳纶1313纤维综合性能较好、耐热寿命长、耐磨、耐多次屈折性好,并耐各种化学试剂,因此适宜制作易燃易爆环境中的工作服及高温下使用的材料[5]。
(2) Visil纤维【6】。Visil纤维是芬兰Sateri OY公司制造的一种新型的耐高温阻燃黏胶纤维,这种纤维由纤维素和硅酸盐组成,不是一种单纯的纤维素纤维。它是在黏胶纤维生产工艺的基础上,采用双相自然再生工艺生产出来的一种混合型纤维。这种纤维以纤维素为主体,其大分子内部形成硅酸盐分子网络和大量的化学结合水。硅酸盐与水结合使纤维素的燃烧性能发生变化,尤其是用铝改变了硅酸表面特性。在热解过程中,无机部分的表面有助于束缚原子团,因此阻滞了燃烧。正是这种原因和化学水的释放作用,使得燃烧速度缓慢,如果移开火源,具有自熄能力。化学水的释放也是Visil纤维具有阻燃性的一个重要因素。
Visil纤维的物理机械性能与普通黏胶纤维相类似,不但吸湿透气易染色,而且耐酸耐碱耐虫蛀;与其他阻燃纤维相比较,成本低,无污染,可加工成各种纺织品。这种纤维可通过自然生物降解成为有机和无机的混合土壤。如果在高温条件下炭化,会燃烧生成无毒的SiO2。由于这种纤维的分子结构决定了其技术性能的特殊性,根据ISO 4589《塑料———氧指数法测定燃烧性》标准测试,其LOI为28~31;回潮率为9%~11%;吸水能力50% ~ 60%;单纤维强度1.5 ~1.9 cN/dtex;伸长率18%~25%;硅酸盐含量(SiO2+Al2O3)30%~33%。
(3)芳砜纶纤维(PSA)[9]。芳砜纶,即聚砜基酰胺纤维,是上海市纺织科学研究院和上海市合成纤维研究所共同研究和生产的一种耐高温纤维,由对苯二甲酰氯和4′4二氨基二苯砜及3′3二氨基二苯砜为主要原料聚合后,溶解于二甲基乙酰胺中,然后经湿纺工艺或干纺工艺加工而成。它的成纤高聚物是由酰胺基和砜基相互连接对位苯基和间位苯基所构成的线型大分子,由于大分子主链上存在强吸电子的砜基基团,通过苯环的双键共扼,使其具有优异的耐热特性。
芳砜纶的力学性能与芳纶1313相近,而其耐热性、热稳定性、阻燃性等方面优于芳纶1313纤维。此外,它还具有润滑性、耐摩性、抗冲击性、电绝缘性等。其LOI值高达33,耐化学性好,在热空气中(300℃,2 h)收缩率<2%、强度保持率(300℃,100 h)为80%。
2.2 具有良好的防水透湿性能的防水层
防水层紧靠外层织物，起到防水、防止蒸汽和有害化学物质渗透的作用。我们知道，一般火场上大量使用水当灭火剂来扑救火灾，如果消防服不防水，则会有很多不利影响:①在冬季，消防员穿着湿透的消防服会造成冻伤;②湿透的消防服靠近火焰时产生的热蒸汽会对消防员造成烫伤;③吸水过多会增加负重，影响灵活性和舒适性。所以防水层主要的设计目的是使消防人员保持干爽，保护穿着者免受有毒烟雾和有害化学物质的伤害。同时，消防员在救火时活动量大，出汗多，所以消防服在满足防水的要求同时，还必须具有透湿汽性，以使汗液能及时排出。因此防水层织物既要防水又要透汽，即为水分不能透过、但水蒸气能透过的防水透湿织物。
最著名的微孔膜防水透湿涂层织物是美国GoRE公司生产的GoRE一TEx⑧织物，由GO既专利技术制成的白色GORE一TEX薄膜，此薄膜每平方厘米由90亿个小孔组成，这些小孔比水分子小2万倍、比水蒸气分子大700倍，同时呈不规则排列。因此GoRE一TEx⑧面料既可使人体自然排出汗气，又可以阻挡外部的雨雪及寒风侵入人体，因而被誉为“人体的第二层皮肤。GoRE一TEx⑧织物于1976年推向市场，它能够减小湿气在织物中积聚的量，提高舒适感，尤其是在恶劣气候条件下避免服装内产生明显的水蒸气凝聚;其次在一定条件下，为人体提供恰当的生理舒适感，最大限度地减少防水层对汗液的蒸发散热的不利影响。
2.3 隔热层[7]
据资料表明,火场的温度在60~1 100℃之间,而辐射热在1.5~200 kW/(m2•s),因此适应火场的防护服必须具有良好的热防护性能,包括防直接灼烧的热传导性能和防辐射热的渗透性能。只靠单薄的阻燃外层是不够的,如果采用增加外层材料厚度来达到要求,又会使成本太高。新型消防服装一般选用服用性能较好的永久性阻燃短纤维做成薄型毡类无纺布,这类材料作为消防服的隔热材料对消防服的热防护作用特别突出。
专利CN 101001547A[14]中公开的美国杜邦公司的一种用于消防员的防护服,其隔热层为包含对芳族聚酰胺或间芳族聚酰胺的棉絮。隔热层用于防止热量的传入,以提高消防人员或高温作业人员的耐受时间。隔热层往往位于服装的最内层,因此其舒适性也是十分重要的。几种性能优良的隔热材料如下:100%防水阻燃羊毛、芳香族聚酰胺的针刺织物及芳香族聚酰胺的无纺絮垫。
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