一、實(shí)驗(yàn)
1．1試樣
本文研究所采用的試樣(如表1)均來(lái)自于消防服產(chǎn)品中普遍使用的織物品類(lèi)，既有國(guó)外企業(yè)生產(chǎn)的間位芳綸Nomex和對(duì)位芳綸Kevlar(美國(guó)杜邦公司)、聚苯并咪唑(PBI)纖維(美國(guó)空氣力學(xué)材料實(shí)驗(yàn)室，AFNL)的織物，也有國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的間位芳綸New Star(煙臺(tái)氨綸有限公司)、芳砜綸Tanlon(上海特氨綸纖維有限公司)等阻燃耐高溫纖維的織物，如表l所示。編號(hào)E1～E4的織物為間位芳綸與少量Kevlar、抗靜電碳纖維混紡的織物(簡(jiǎn)稱(chēng)芳綸類(lèi)織物)或純間位芳綸織物，其中E1～E3織物采用的間位芳綸是Nomex，E4織物采用純間位芳綸New Star；編號(hào)Fl～F3的織物采用的是Tanlon(簡(jiǎn)稱(chēng)芳砜綸類(lèi)織物)；編號(hào)Gl—G4的織物為國(guó)產(chǎn)阻燃棉織物(簡(jiǎn)稱(chēng)阻燃棉類(lèi)織物)；編號(hào)H1、H2的織物為PBI與Kevlar等混紡的織物(簡(jiǎn)稱(chēng)PBI／芳綸類(lèi)織物)。

1．2實(shí)驗(yàn)方法
上普遍使用TPP值評(píng)價(jià)織物的熱防護(hù)性能，通過(guò)對(duì)織物表面導(dǎo)致人體二度燒傷所需熱能的測(cè)定來(lái)評(píng)價(jià)織物的總體熱防護(hù)性能¨J。TPP值越高，織物的熱防護(hù)性能越好。本文實(shí)驗(yàn)按照NFPAl971標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，采用美國(guó)CSI公司生產(chǎn)的TPP-026型號(hào)熱防護(hù)性能測(cè)試儀。實(shí)驗(yàn)時(shí)總熱流量設(shè)定為8．4 J／(cm2·s)，試樣大小為150 mm×150 mm。
實(shí)驗(yàn)時(shí)將試樣水平放置在設(shè)定熱流量的熱源上面，在規(guī)定的距離內(nèi)，熱源由熱對(duì)流和熱輻射兩種不同形式發(fā)熱，其中50％為熱對(duì)流，50％為熱輻射。置于試樣后的量熱計(jì)溫度值隨熱源作用的時(shí)間而變化，從而測(cè)量出造成人體皮膚二度燒傷所需要的時(shí)間，并以此評(píng)價(jià)服裝的相對(duì)熱防護(hù)能力。實(shí)驗(yàn)中采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件程序記錄銅制校準(zhǔn)熱量計(jì)的溫度七升。將溫度上升的速率，或者沿時(shí)間軸的溫度下降速率與熱量計(jì)常數(shù)相結(jié)合進(jìn)行熱流量的計(jì)算。rrPP值即為施加的熱流量和已記錄的基于二度燒傷所需耐熱時(shí)間的乘積。熱防護(hù)性能測(cè)試儀的構(gòu)造簡(jiǎn)圖如圖l所示。

二、結(jié)果與討論
2．1熱防護(hù)性能試驗(yàn)結(jié)果織物試樣在熱防護(hù)性能試驗(yàn)中的測(cè)試結(jié)果及其質(zhì)量變化如表2所示。

2．2 TPP值比較分析
由表2可知，Hl具有zui高的11PlP值，表明了該織物充分利用了高性能纖維PBI與Kelvar的優(yōu)良熱防護(hù)性能，是消防服用外層織物的*選擇之一。由于綜合性能優(yōu)異，H1是當(dāng)前美國(guó)應(yīng)用的消防防護(hù)服外層織物。芳綸和芳砜綸織物均具有較高的11PP值，總體上隨著其織物厚度的增加而增加；我國(guó)自主研發(fā)的Tanlon織物和NewStar芳綸織物熱防護(hù)性能已接近被廣泛使用和認(rèn)可的耐高溫纖維Nomex織物，它們?cè)跓岱雷o(hù)性能方面并無(wú)顯著差異。對(duì)于阻燃棉織物，特別是G1和G3，其TPP值與其較大的厚度是密切關(guān)聯(lián)的。在相同的厚度及面密度條件下，阻燃棉織物的熱防護(hù)性能不及芳綸織物和芳砜綸織物突出。綜合表2中各類(lèi)外層織物的TPP測(cè)試結(jié)果，芳綸織物、芳砜綸織物以及PBI纖維織物因?yàn)槠渥陨淼幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)成為具有良好的耐熱性、阻燃性和熱防護(hù)性的*型阻燃織物，相比于通過(guò)阻燃后整理加工而成的阻燃棉織物熱防護(hù)性能更好。

2．3燃燒后試樣表面外觀變化
織物試樣經(jīng)TPP燃燒試驗(yàn)后的表面外觀如表3所示，不同品類(lèi)的阻燃耐高溫纖維織物經(jīng)燃燒后表面外觀存在較大差異。從織物的尺寸穩(wěn)定性分析，芳綸織物(E1～FA)、阻燃棉類(lèi)織物(G1一G4)以及PBI／Kevlar類(lèi)織物(H1～H2)都具有較好的尺寸穩(wěn)定性，燃燒后織物沒(méi)有產(chǎn)生明顯收縮，而我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的芳砜綸織物(Fl～F3)的經(jīng)緯向尺寸變化較明顯，收縮較大，表明芳砜綸的熱穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步提高。從織物的表面性狀分析，我國(guó)生產(chǎn)的New Star芳綸織物(E4)燃燒后表面有脆化現(xiàn)象，出現(xiàn)孔洞，其織物的TPP測(cè)試值不能充分評(píng)價(jià)其基本的熱防護(hù)性能；阻燃棉類(lèi)織物(Gl～G4)表面也出現(xiàn)面積相對(duì)較大的焦糊狀硬塊，脆化現(xiàn)象較嚴(yán)重；而PBI／Kevlar類(lèi)織物(HI—H2)表面只出現(xiàn)輕微褪色，織物的物理性能基本完好，表明該高性能纖維具有突出的物理及化學(xué)穩(wěn)定性。結(jié)合表2分析可知，阻燃棉類(lèi)織物中具有較小TPP值的G2、G4試樣的表面焦化面積均大于G1、G3，表明燃燒后織物表面外觀變化與織物的1'PP值以及織物厚度具有一定的相關(guān)性。在同品類(lèi)織物中TPP值越小、厚度越薄的織物燃燒后的焦化面積越大，表面外觀變化越顯著。另外，纖維本身的化學(xué)性能是影響織物燃燒后表面外觀變化的決定性因素，芳綸類(lèi)試樣、芳砜綸試樣、阻燃棉類(lèi)試樣、PBI／芳綸類(lèi)試樣各自表現(xiàn)出不同外觀變化特征。

2．4熱防護(hù)性能試驗(yàn)前后試樣的質(zhì)量變化
在TPP試驗(yàn)過(guò)程中織物試樣的質(zhì)量不斷減少，即織物燃燒后有質(zhì)量損失，表2中記錄了熱防護(hù)性能試驗(yàn)中織物試樣燃燒前后質(zhì)量的變化及質(zhì)鼉損失率的情況。其中芳砜綸類(lèi)、芳綸類(lèi)和PBI／芳綸混紡類(lèi)試樣燃燒前后質(zhì)量損失率較小，且平均值接近，都集中在5％一10％之間；質(zhì)量損失zui多的是阻燃棉類(lèi)試樣，平均質(zhì)量損失率在20％～25％之間。通過(guò)阻燃后整理加工方式而具有阻燃性能的阻燃棉織物接觸到熱源后，織物中的阻燃?xì)怏w、阻燃劑等耗盡以后會(huì)散發(fā)大量的熱氣體、熱焦油、煙等，造成質(zhì)鼉損失大而減弱了熱防護(hù)效果，因而織物的熱防護(hù)性能也較差，即TPP值較低；自身具有穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)的芳綸織物、芳砜綸織物以及PBI纖維織物接觸熱源的過(guò)程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和散失少，質(zhì)量損失少，相應(yīng)熱防護(hù)性能好，即TPP值較高。可見(jiàn)，在接觸到猛火等熱源過(guò)程中織物的質(zhì)量損失率越小，越有利于發(fā)揮其熱防護(hù)性能。總之，織物熱防護(hù)性能實(shí)驗(yàn)中織物試樣直接面對(duì)的是對(duì)流熱和輻射熱，同時(shí)試樣背面的溫度的上升還與織物的傳導(dǎo)熱防護(hù)性能相關(guān)。因此，織物的熱防護(hù)性能來(lái)自于織物防護(hù)對(duì)流熱、輻射熱和傳導(dǎo)熱的綜合因素。它與纖維類(lèi)型、纖維的分布排列形式、空氣／體積比率、孑L洞率、特別是單個(gè)孔徑的尺寸，以及織物厚度、面密度、密度、表面性狀都有密切關(guān)聯(lián)。就本研究中的消防服用的四類(lèi)外層織物而言，其熱防護(hù)性能有較大差異，都隨著織物的面密度及厚度的增加而提高。盡管織物面密度大、厚度厚，對(duì)于整體熱防護(hù)性性能而言是有利的，但是也增加了服裝的整體重量，可能增加了對(duì)穿著者的體熱散失的阻礙、加劇了體熱蓄積，因此消防服用外層織物的選擇還需綜合考慮熱防護(hù)性能之外的其他因素，特別是尺寸穩(wěn)定性、熱收縮率、外觀變化等。

三、結(jié)論
本文就消防服用四類(lèi)外層織物芳綸織物、芳砜綸織物、阻燃棉織物及PBI纖維與對(duì)位芳綸的混紡織物等的熱防護(hù)性能進(jìn)行了比較研究。研究發(fā)現(xiàn)，PBI纖維與Kevlar的混紡織物的熱防護(hù)性能，芳綸織物和芳砜綸織物均具有較高的TPP值。研究表明我國(guó)自主研發(fā)的Tanlon織物和New Star間位芳綸織物熱防護(hù)性能已接近被廣泛使用和認(rèn)可的耐高溫纖維Nomex織物，在熱防護(hù)性能方面并無(wú)顯著差異，但在燃燒后外觀穩(wěn)定性方面不足。在TPP試驗(yàn)過(guò)程中，織物試樣燃燒前后存在質(zhì)量損失的現(xiàn)象。通過(guò)阻燃后整理加工方式而具有阻燃性能的阻燃棉織物燃燒后質(zhì)量損失大，熱防護(hù)性能較差；自身具有穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)的芳綸織物、芳砜綸織物以及PBI纖維織物，在接觸熱源的過(guò)程中質(zhì)量損失少，相應(yīng)熱防護(hù)性能好。本研究中的消防服用四類(lèi)外層織物的熱防護(hù)性能隨著織物的面密度及厚度的增加而提高。

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